网络节点硬件功能设计
现有较多的无线传感网解决方案,包括各芯片产商推出的单片机外接射频芯片和集成射频、微处理器的单芯片等。在节点设计中较常采用的ZigBee射频芯片有Atmel的AT86RF230、TI的CC2420、Freescale的MC1319x和MC1320x、Microchip的MRF24J40等。此外,芯片产商推出了单芯片解决方案,如TICC2430延用了CC2420芯片的架构,在单个芯片上整合了ZigBee射频前端、内存和微控制器;Freescale的MC1321x/MC1322x和Jennic的JN5121/JN513x单芯片解决方案等。
●基于Atmel的AT86RF230射频芯片和AVR单片机设计方案
典型的终端节点和汇聚节点设计如图4所示,采用Atmel的8位RISC结构低功耗ATMegal1281VMCU作为系统控制核心。采用512KB的AT45DB041D作为外部程序存储器。射频模块使用Atmel的支持ZigBee协议的AT86RF230,RF功率达到3dBm,室外传输距离可达300米以上节点的扩展接口可连接模拟输入、数字I/O、I2C、SPI和UART接口,这些扩展接口使其易于与传感器及其它外设连接,例如外接光度、温温度、气压、声、地磁和加速度等传感器。
●基于TI的CC2420芯片和ARM单片机设计方案
在设计无线传感器网络网关时,需要较强的数据处理能力,用以实现复杂路由协议以及信息处理等。如图5所示Crossbow的imote2节点采用了MarvellPXA271高性能、低功耗处理器。该处理器使用动态电压调节技术,频率范围13MHz~416MHz,可工作于低电压(0.85V)低频率(13MHz)模式,具备了优良的动态电源管理技术。此外,该处理器封装内集成三个芯片256KBSRAM,32MBFLASH以及32MBSDRAM,减小了体积。通过提供多种I/O,能够灵活的支持不同种类的传感器。该处理器还支持一个MMX协处理器,提高多媒体处理能力,可以用于无线多媒体传感器网络中的语音和图像处理。Imote2使用TI的CC2420ZigBee射频芯片,支持2.4GHz、16通道250kb/s数据传输,发送功率-24~0dBm。有效通讯距离是30米,可以通过SMA接口外接天线来增加传输距离。
Imote2系统结构
●节点设计其他考虑
在智能交通系统专用无线传感器网络节点设计时需要如下考虑:
①节点低功耗设计。终端节点都是电池(可用太阳能蓄电池)供电。
②节点成本要低廉。在进行大规模交通信息采集等部署时,节点成本将是项目关键。
③节点的数据处理及存储能力。一些节点需要进行高速信息采集并且运行识别算法,所以需要数据处理能力。还需要考虑在有限的空间之内存储程序、数据、以及支持代码在线更新等功能。
④此外,根据不同应用场合的需要,无线传感器节点要具有不同的传感器接口,能外接不同的传感器。
其中,能耗管理应该作为重点考虑。特别是采用32位ARM处理器外接射频芯片的解决方案,需要有效降低节点能耗,需要在系统级软件上进一步改善能耗管理,例如优化TinyOS或嵌入式Linux电源管理功能。

