基于Linux內(nèi)核的無線多頻段WSN網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

目前，物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IOT）正呈現(xiàn)飛速發(fā)展的態(tài)勢。本文介紹一種無線多頻段WSN網(wǎng)關(guān)，可通過以太網(wǎng)或者移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控多個(gè)頻段的無線傳感器子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行情況。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在感知層采用4個(gè)頻段的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。各頻段子網(wǎng)通過一個(gè)多頻段網(wǎng)關(guān)裝置接入到網(wǎng)絡(luò)層。用戶可以通過監(jiān)控終端監(jiān)控現(xiàn)場數(shù)據(jù)，監(jiān)控終端既可以是固定的PC機(jī)，也可以是移動(dòng)的3G設(shè)備。同時(shí)，網(wǎng)關(guān)還具備良好的擴(kuò)展性，網(wǎng)關(guān)可以同時(shí)接入多個(gè)頻段的WSN網(wǎng)絡(luò)。多頻段WSN網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　
圖1 多頻段WSN網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 網(wǎng)關(guān)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

網(wǎng)關(guān)的主控制單元采用ARM9芯片S3C2440A，主頻400 MHz，外擴(kuò)64 MB SDRAM、64 MB NAND Flash。微處理器的外設(shè)數(shù)據(jù)控制器（PDC）向串行外設(shè)提供DMA通道，使其與片內(nèi)以及片外存儲(chǔ)器讀寫傳輸數(shù)據(jù)時(shí)不經(jīng)過處理器。

網(wǎng)關(guān)3G網(wǎng)絡(luò)接入端采用USB接口，實(shí)現(xiàn)與3G網(wǎng)絡(luò)的通信；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)接入端分別是2．4 GHz子網(wǎng)接入模塊、780 MHz子網(wǎng)接入模塊、470 MHz子網(wǎng)接入模塊和433 MHz子網(wǎng)接入模塊，各子網(wǎng)模塊都是通過串口實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)關(guān)主控制單元的通信。以太網(wǎng)控制部分整個(gè)網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 以太網(wǎng)控制部分整個(gè)網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)框圖

2．1 多頻段無線傳感網(wǎng)子網(wǎng)接入部分

由于S3C2440A芯片自身只有3通道的串口。而4個(gè)頻段的子網(wǎng)接入模塊都是采用串行通信接口，ARM9芯片本身不能滿足本系統(tǒng)需求，所以需要利用外圍擴(kuò)展芯片，設(shè)計(jì)串口擴(kuò)展電路來滿足系統(tǒng)的需求。本設(shè)計(jì)采用TI公司的TL16C554A芯片，通過并行數(shù)據(jù)線和地址線擴(kuò)展出來4路全功能串口。