【正文】 Id Time parent voltage temp light adc2 adc3 adc4 adc5 adc61 2010430 10:22:44 0 402 494 978 785 614 475 362 2882 2010430 10:22:46 0 431 491 3。為今后的進(jìn)一步深入研究應(yīng)用提供一條思路。使用相關(guān)的應(yīng)用程序組件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析處理。因此該WSN的路由協(xié)議，數(shù)據(jù)封裝協(xié)議等具有商業(yè)保護(hù)，不開源，我們無法做到直接將無線傳感網(wǎng)的基站節(jié)點(diǎn)通過USB接口連接到網(wǎng)關(guān)開發(fā)板上，否則數(shù)據(jù)無法解析以及做進(jìn)一步處理應(yīng)用。 系統(tǒng)的測(cè)試步驟及結(jié)果本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)中我們引入一臺(tái)24口的交換機(jī)。因此每個(gè)節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)鏈路都是根據(jù)功耗狀態(tài)不同動(dòng)態(tài)變化的。圖中4號(hào)節(jié)點(diǎn)直接傳送到基站，3號(hào)節(jié)點(diǎn)需經(jīng)過2號(hào)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)接。標(biāo)有GW的節(jié)點(diǎn)表示通過USB接口連接在電腦上的MIB520，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)功能。圖57 MoteView參數(shù)設(shè)置示意圖參數(shù)設(shè)置正確之后，我們就可以查看網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的情況，了解相關(guān)的傳感數(shù)據(jù)信息。運(yùn)行終端應(yīng)用平臺(tái)MoteView進(jìn)行適當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)置。其中基站的設(shè)備號(hào)通常為0，其他節(jié)點(diǎn)的設(shè)備號(hào)則從1開始依次遞增。注意燒寫程序時(shí)需要使用COM口。也可以通過MoteConfig軟件，將程序燒入IRIS節(jié)點(diǎn)。為滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的要求，研究人員在TinyOS中引入4種技術(shù)：輕線程、主動(dòng)消息、事件驅(qū)動(dòng)和組件化編程。這里的MIB520上就有一個(gè)TinyOS操作系統(tǒng)，其主要目的是為用戶提供一個(gè)良好的用戶接口。整個(gè)系統(tǒng)是由組件構(gòu)成的，通過組件提高軟件重用度和兼容性，程序員只關(guān)心組件的功能和自己的業(yè)務(wù)邏輯，而不必關(guān)心組件的具體實(shí)現(xiàn)，從而提高編程效率。二是整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行是由事件驅(qū)動(dòng)而運(yùn)行的，沒有事件發(fā)生時(shí)，微處理器進(jìn)入睡眠狀態(tài)，從而可以達(dá)到節(jié)能的目的。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)的自身特點(diǎn)，面向它的開發(fā)語言也有其相應(yīng)的特點(diǎn)。圖54 PN2軟件界面截圖該無線傳感網(wǎng)的固件程序是由nesC語言編寫的。s notepad）編譯、鏈接、燒寫固件程序到節(jié)點(diǎn)中。（2） 把節(jié)點(diǎn)XM2110插在MIB520CB接口板上，通過USB連接線連接到PC上， PC會(huì)提示安裝FTDI公司的USB硬件驅(qū)動(dòng)程序。2．Zigbee網(wǎng)絡(luò)的搭建 我們利用Crossbow公司的基于mesh的無線傳感網(wǎng)來搭建Zigbee網(wǎng)絡(luò)，該無線傳感網(wǎng)支持Zigbee協(xié)議。通過執(zhí)行命令ping 。如圖52所示：圖52 WiFi模塊的連接示意圖圖53 筆記本的無線連接示意圖,連接上無線AP。 36 Mb/s 48 Mb/s。 18 Mb/s。 9 Mb/s 11 Mb/s。 Mb/s。 54 Mb/s Cell 02 Address: 00:15:70:9F:79:FC ESSID:NJUPT Mode:Managed Frequency: GHz (Channel 1) Quality=65/100 Signal level=78 dBm Noise level=96 dBm Encryption key:off Bit Rates:1 Mb/s。 24 Mb/s。 12 Mb/s。 11 Mb/s。 2 Mb/s。t support scanning. eth0 Interface doesn39。我們把ARM開發(fā)板接通電源，利用串口線將ARM開發(fā)板與裝有Linux系統(tǒng)的電腦連接。1. WiFi網(wǎng)絡(luò)的組建該過程我們只用一臺(tái)筆記本電腦通過WiFi連接無線AP來進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，實(shí)際可以連接多臺(tái)筆記本電腦。本章在此基礎(chǔ)上搭建基于WPAN和WLAN融合的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)并進(jìn)行測(cè)試。XMesh軟件提供網(wǎng)絡(luò)算法，該網(wǎng)絡(luò)具有穩(wěn)定的交互，反饋功能并連接所有到服務(wù)器的Mesh網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。XServe 和 XOtap是運(yùn)行于PC機(jī)或星形網(wǎng)關(guān)的服務(wù)器層應(yīng)用實(shí)體。這也使得它很容易連接到數(shù)據(jù)庫(kù)，分析，并將傳感器的數(shù)據(jù)圖形化。MoteView被設(shè)計(jì)成一個(gè)用戶和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)之間的接口（“客戶層”）。圖415 MoteWorks軟件平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖如圖415所示，MoteWorks是端到端的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。原型區(qū)域還有45個(gè)節(jié)點(diǎn)用于電路試驗(yàn)板。該MDA100傳感器系列板卡有一個(gè)精密熱敏電阻，光傳感器和一般原型區(qū)域。IRIS節(jié)點(diǎn)采用兩節(jié)5號(hào)電池供電，由于無線傳感網(wǎng)的低功耗特性，因此持續(xù)工作時(shí)間可以長(zhǎng)達(dá)一兩年。圖413 無線傳感點(diǎn)結(jié)構(gòu) GHz~ GHz，內(nèi)含有一個(gè)Atmel RF230的射頻模塊。通過查看電腦設(shè)備管理器會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)串口，例如COM 3和COM 4（COM口的序號(hào)會(huì)隨機(jī)變動(dòng)，不唯一）。圖49 MIB520CB接口板圖410 XM2110節(jié)點(diǎn)實(shí)物圖圖411 傳感器板MDA100圖412 基站實(shí)物圖把節(jié)點(diǎn)XM2110插在MIB520CB接口板上，即可構(gòu)成無線傳感網(wǎng)絡(luò)的基站結(jié)構(gòu)，如圖412所示，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)的功能。Crossbow公司開發(fā)的IRIS系列的基于mesh的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN，該網(wǎng)絡(luò)具有LowPower（低功耗）、MultiHop（多跳）、SelfConfiguring（自組織）、SelfHealing（自愈）、Dynamic Routing（動(dòng)態(tài)路由）等特點(diǎn)。圖47 Zigbee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) Crossbow公司基于mesh的無線傳感網(wǎng)WSN在實(shí)現(xiàn)整體實(shí)驗(yàn)平臺(tái)過程中，我們選用了Crossbow公司基于mesh的無線傳感網(wǎng)WSN來構(gòu)建本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的Zigbee網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)嵌入式網(wǎng)關(guān)中的Zigbee網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)。雖然混合網(wǎng)功能強(qiáng)大，但是由于任何控制和同步信息均要通過多重鏈路到達(dá)接收點(diǎn)，要實(shí)現(xiàn)同步和控制比較困難。信息流首先傳到同一子網(wǎng)內(nèi)的主節(jié)點(diǎn)，通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)到達(dá)更高層的子網(wǎng)，隨后繼續(xù)上傳直至到達(dá)中心采集設(shè)備。對(duì)等網(wǎng)絡(luò)可以構(gòu)造更為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，適合于設(shè)備分布范圍廣的應(yīng)用，比如在工業(yè)檢測(cè)與控制、貨物庫(kù)存跟蹤和智能農(nóng)業(yè)等方面。但是對(duì)等網(wǎng)中仍然需要一個(gè)協(xié)調(diào)器，不過該協(xié)調(diào)器的功能不再只為其他設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，而是完成設(shè)備注冊(cè)和訪問控制等基本的網(wǎng)絡(luò)管理功能，協(xié)調(diào)器的產(chǎn)生同樣是由上層協(xié)議規(guī)定。對(duì)等網(wǎng)，也可以分為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和簇樹兩種結(jié)構(gòu)。在這種網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)調(diào)器一般使用持續(xù)電力系統(tǒng)供電，而其他設(shè)備采用電池供電。在星型網(wǎng)中，以協(xié)調(diào)器為中心，所有設(shè)備只能與中心設(shè)備協(xié)調(diào)器進(jìn)行通信，因此在星型網(wǎng)絡(luò)的形成過程中，第一步就是建立協(xié)調(diào)器。在沒有發(fā)送或接收消息時(shí)，終端設(shè)備可以進(jìn)入體眠模式。(3)終端設(shè)備。其主要任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備消息和允許子節(jié)點(diǎn)連接到路由器。(2)路由器。每個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)有且僅有一個(gè)協(xié)調(diào)器，其主要任務(wù)是為網(wǎng)絡(luò)選擇合適的頻段，啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，接受其他節(jié)點(diǎn)加入該網(wǎng)絡(luò)。 Zigbee WPAN接入點(diǎn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) Zigbee節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1. Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)Zigbee網(wǎng)絡(luò)中主要有三種類型的節(jié)點(diǎn)：協(xié)調(diào)器(Coordinator)、路由器(Router)和終端設(shè)備(End Device)。5)完成上述設(shè)置后保存退出即可。圖44 無線AP設(shè)置登陸界面4）進(jìn)入主界面以后我們可以查看無線AP的相關(guān)信息，可以根據(jù)我們的需要和應(yīng)用對(duì)無線AP的相關(guān)參數(shù)，工作模式等進(jìn)行配置。3）我們可以通過網(wǎng)頁(yè)接口管理無線AP的配置。為了確保網(wǎng)絡(luò)連接成功，我們可以通過命令行提示符執(zhí)行命令ping 。在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，.，缺省網(wǎng)關(guān)等其他地址可以不填。1）將無線AP設(shè)備接通電源。 基于無線AP設(shè)備的WLAN實(shí)現(xiàn)基于嵌入式網(wǎng)關(guān)硬件平臺(tái)的限制以及實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的設(shè)備條件，我們利用南京智達(dá)康公司的無線接入點(diǎn)AG3621設(shè)備來構(gòu)建WLAN，如圖42所示。第四章 嵌入式網(wǎng)關(guān)中接入點(diǎn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)前面第二章提出了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合的總體設(shè)計(jì)方案，在第三章構(gòu)建了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合方案中的嵌入式網(wǎng)關(guān)的軟硬件平臺(tái)， WLAN、Zigbee接入點(diǎn)功能。2） 信息數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)處理及發(fā)送功能。 嵌入式網(wǎng)關(guān)軟件平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)嵌入式軟件平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)主要需要完成以下的工作：(1)交叉編譯環(huán)境的建立；(2)引導(dǎo)加載程序Bootloader的實(shí)現(xiàn)；(3)ARMLinux內(nèi)核的移植與下載；(4文件系統(tǒng)的建立；（5）網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序的實(shí)現(xiàn)HHARM6410開發(fā)套件已經(jīng)將前四步工作完成，我們只需在現(xiàn)有的嵌入式Linux系統(tǒng)上進(jìn)行嵌入式網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用程序開發(fā)。depend用來設(shè)置Makefile文件中各個(gè)目標(biāo)所需要的依賴文件列表；(d)Makefile中可以使用變量，變量一般使用大寫，可以使用等號(hào)為它們直接定義字符串的值，而引用時(shí)只需在用小括號(hào)括起來的變量名前加上$符號(hào)；(e)Makefile也可使用特殊變量，如一些預(yù)定義變量：AS匯編程序名，默認(rèn)為as：CC C語言編譯程序，默認(rèn)值為cc。Makefile文件的編寫規(guī)則如下：(a)Makefile中的一條規(guī)則包含3個(gè)方面的內(nèi)容：make要?jiǎng)?chuàng)建的目標(biāo)文件，編譯目標(biāo)文件時(shí)需要的依賴文件列表，通過依賴文件創(chuàng)建目標(biāo)文件的命令組；(b)Makefile的一行中以開頭的部分全部是注釋；(c)在編寫Makefile時(shí)我們會(huì)使用一些常用的目標(biāo)名如clean、depend。Makefile是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)文件，它以文本形式存儲(chǔ)，其中包含的規(guī)則指明了make命令怎樣編譯文件以及編譯何種文件。make管理項(xiàng)目在數(shù)據(jù)庫(kù)中維護(hù)了當(dāng)前開發(fā)工程中各個(gè)文件的依賴關(guān)系，在編譯前就可以確定是否能找到所需文件。(4)使用make管理項(xiàng)目當(dāng)使用GNU中的編譯語言gcc編程開發(fā)應(yīng)用時(shí)，需要使用make管理項(xiàng)目。ARMLinux支持RAM版本內(nèi)核，即將內(nèi)核編譯成RAM中運(yùn)行的方式，然后將二進(jìn)制映像下載到開發(fā)板的SDRAM中指定的位置，從其代碼段第一句開始執(zhí)行，內(nèi)核就可以運(yùn)行起來，就像在FLASH上一樣，只不過程序存儲(chǔ)在SDRAM中，斷電或復(fù)位后就丟失了。(b)直接在目標(biāo)板上進(jìn)行開發(fā)的模式，即將宿主機(jī)和目標(biāo)板通過串口相連，在宿主機(jī)運(yùn)行minieom作為目標(biāo)板的顯示終端，在目標(biāo)板上調(diào)試應(yīng)用程序。關(guān)于移植工作，主要要考慮兩點(diǎn)：一是由于目標(biāo)扳的glibc庫(kù)與PC標(biāo)準(zhǔn)的libc庫(kù)是有所不同的，所以往往會(huì)出現(xiàn)函數(shù)未定義的情況，這就需要自己定義了。在這種方式下，可以使用宿主機(jī)上的gdb進(jìn)行調(diào)試，編譯速度也較快(不必每次都編譯整個(gè)ARMLinux系統(tǒng))。Bootloader：初始化以太網(wǎng)和串口，實(shí)現(xiàn)tftp客戶端協(xié)議，支持從tftp SERVER下載到RAM，燒寫FLASH及運(yùn)行。在實(shí)際開發(fā)過程中，我們使用打印串口的調(diào)試方法。 binutils：一些輔助工具，包括objdump(可以反編譯二進(jìn)制文件)，as(匯編編譯器)，Id(鏈接器)等等。(1)開發(fā)工具 使用GNU開發(fā)套件，GNU開發(fā)套件作為通用的Linux開放套件，包括一系列的開發(fā)調(diào)試工具。雙方之間一般通過串口、并口或以太網(wǎng)接口建立連接關(guān)系。 基于嵌入式Linux的軟件開發(fā)基于嵌入式Linux的軟件開發(fā)采用一種交叉編譯調(diào)試的方式。（4）Linux 的高度模塊化使添加部件非常容易。它是免費(fèi)的，源代碼可以得到。原型可以在標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)上開發(fā)然后移植到具體的硬件上，加快了軟件與硬件的開發(fā)過程。嵌入式系統(tǒng)選擇Linux 的原因有：（1）可應(yīng)用于多種硬件平臺(tái)。Linux 帶有Unix 用戶熟悉的完善的開發(fā)工具，幾乎所有的Unix 系統(tǒng)的應(yīng)用軟件都已移植到了Linux 上。同時(shí)由于有GPL 的控制,大家開發(fā)的東西又大都相互兼容，不會(huì)走向分裂之路。支持廣泛的計(jì)算機(jī)硬件,包括X86，Alpha，Sparc，MIPS，PPC，ARM， 等現(xiàn)有的大部分芯片。作為一個(gè)便宜、成熟并且提供高端嵌入式系統(tǒng)所必須特性的操作系統(tǒng)，嵌入式Linux 操作系統(tǒng)以價(jià)格低廉、功能強(qiáng)大又易于移植而正在被廣泛采用，成為新興的力量，所以，眾多商家紛紛轉(zhuǎn)向了嵌入式Linux。很多高端RTOS 供應(yīng)商已經(jīng)提供了這些功能，但其價(jià)格也很高，一般人難以接受。如今，業(yè)界已經(jīng)達(dá)成共識(shí)：即嵌入式Linux 是大勢(shì)所趨，其巨大的市場(chǎng)潛力與無限商機(jī)必然會(huì)進(jìn)一步吸引眾多的廠商進(jìn)入這一領(lǐng)域。Linux 可以支持不同的設(shè)備，支持不同的配置。我們可以預(yù)見，在不久的將來，嵌入式設(shè)備會(huì)無處不在。另外，結(jié)合國(guó)內(nèi)實(shí)情，當(dāng)前國(guó)家對(duì)自主操作系統(tǒng)的大力支持，也為源碼開放的Linux 的推廣提供了廣闊的發(fā)展前景。盡管從八十年代末開始，陸續(xù)出現(xiàn)了一些嵌入式操作系統(tǒng)，比較著名的有Vxwork、pSOS、Neculeus 和Windows CE。用戶可以在HHARM6410 平臺(tái)上開發(fā)應(yīng)用程序或更改其上的操作系統(tǒng)的工作方式（因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)是開放源代碼的），和在PC 上開發(fā)應(yīng)用唯一的不同之處在于它