本发明专利技术提供基于嵌入式GPS模块时钟校正的无线传感器网络的节点，所述节点包括传感单元、处理单元、通信单元和电源，其中，所述电源与所述传感单元、所述处理单元、所述通信单元相连接，所述传感单元与所述处理单元相互连接，所述通信单元与所述处理单元相互连接，所述节点还包括GPS模块，所述GPS模块与电源相连接，所述GPS模块与所述处理单元相互连接；所述处理单元使用ARM7TDMI-S?LPC2132微控制器；所述通信单元使用CC2420无线收发芯片。本发明专利技术的优点在于解决了传感节点之间为了同步时钟而发送同步数据包会带来的能量消耗，克服了周期状态偏移和周期状态重合的问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线传感器网络技术，更具体地说，涉及一种基于嵌入式GPS模块时钟校正的无线传感器网络的节点。
技术介绍
无线传感器网络是由部署在目标区域的大量传感节点相互协作、感知、自组织构成的一种多跳网络。传感节点间通过相互分エ和合作来监测被部署的目标区域的信息。传感节点实质上是ー种特殊的微小型的嵌入式系统，传感节点包括由传感器和具有AD模数转换功能的模块组成的传感单元、由CPU和嵌入式操作系统等组成的处理单元、由无线通信模块组成的通信単元和电源。所述传感节点受到エ艺及成本的约束，一般采用电池作为电源，致使传感节点的 能量非常有限。传感节点有限的电源限制了无线传感器网络的生存周期，在某些应用领域内，更换电源几乎是不可能的，例如军事侦察领域，并且更换电源的成本甚至要超出重新部署ー个传感节点的成本。通常,采用嵌入永久时钟的MAC (Medium Access Control媒体访问控制)同步机制的传感节点能够在很大程度上減少能耗，并且有效增加数据的吞吐量。但是，采用嵌入永久时钟的MAC (Medium Access Control媒体访问控制)同步机制的传感节点会随着时间的推移产生时钟偏移，使得通信效率下降。传感节点之间发送同步数据包会带来部分能耗，同时频繁的发送同步数据包会使整个无线传感器网络变得不稳定。例如S-MAC、T-MAC和TEA-MAC等基于竞争的MAC协议都必须通过严格的同步时钟来协调。所以将同步时钟作为硬件嵌入到传感节点中，并将传感器在出厂时便设置好统ー的同步时钟，于是出厂后的传感器都拥有相同的侦听/睡眠周期，且步调一致。图I示出了现有技术中的周期为Is的时间段内的传感节点的状态分布示意图。如图所示，在ー个周期为I秒的时间段内，传感节点处于侦听状态的时间为300ms，传感节点处于睡眠状态的时间为700ms。在侦听状态中，传感节点开启无线射频并侦听信道，等待接收其他传感节点向其发送数据。在睡眠状态中，传感节点关闭无线射频，只运行系统所必须的一些应用程序，此时传感节点的同步时钟仍继续运行，直到睡眠状态的时间片结束。在嵌入永久时钟的传感节点中，时钟的运行始于传感器的出厂，直到传感器的能源消耗殆尽为止。时钟以固定的侦听/睡眠周期不间断地运行在传感器的整个生命周期内。由于无线传感器的能源主要消耗在接收数据和发送数据的能耗上，在系统运行和处理数据以及保持时钟方面消耗的能源所占的比例很小，所以即使时钟运行在无线传感器的整个生命周期内，时钟运行的能源消耗也是十分微小的。嵌入永久时钟的传感节点最大的优点在于传感节点之间不需要彼此发送同歩数据包来校正时钟。因为传感节点内部都运行有统ー的时钟，每个传感节点都在统ー的时刻下运行，所以同步时钟的校正可以忽略。周期侦听与睡眠状态之间的切换也节省了能源，且实现起来并不复杂。通过嵌入永久时钟解决了传感节点之间的同步问题，但是在S-MAC协议中，使用周期侦听/睡眠机制会遇到一些问题由于传感节点大部分时间处于睡眠状态，用于接收或发送数据的状态占用的时间很少，因此，在一条传输链路建立起来后需要很长一段时间才能将数据发送出去，导致信道利用率低，呑吐量不大。鉴于上述问题，图2示出了现有技术中的接入唤醒机制下的链路建立的示意图。图3示出了现有技术中的基于永久时钟的接入唤醒机制的流程示意图。如图所示，如果在无线传感器网络中一条传输链路建立起来之后，通过应用程序屏蔽使得传感节点退出周期性的侦听/睡眠状态，进入正常的无睡眠工作模式。此时传感节点内部的永久时钟仍然运行，只是通过应用程序将其屏蔽，等待数据传输完成后，释放该传输链路，再将传感节点激活，此其恢复原来的周期性的侦听/睡眠模式。在屏蔽前，所有传感节点的时钟都在同步的模式下运行，所以激活后该传感节点内部的时钟仍然与其它传感节点的时钟保持同歩。这种周期性的侦听/睡眠模式与正常模式之间的切換大大提高了信道的利用率，増加了传输 链路的数据吞吐量。任何ー个时钟随着时间的推移都会不可避免的发生不同程度的时间偏差。一般而言，时钟偏移的程度与时间成正比的关系，即，时间越长时钟偏移越严重。对于寿命较短(通常在ー个月以内)的无线传感器网络而言，在传感节点整个生命周期内时钟偏移都是非常微小的。此时，可以认为时钟偏移对短寿命的无线传感器网络不会产生影响。然而，在寿命较长的无线传感器网络中，随着时间的推移，时钟偏移的幅度越来越大，大幅度的时钟偏移会造成无线传感器网络通信质量的严重下降。周期状态偏移依据嵌入永久时钟的传感节点的定义，所有传感节点在ー个周期内的侦听时间段和睡眠的时间段都是重合的，即在某ー时间区间内，ー个传感节点在侦听状态，其它传感节点同样处于侦听状态。图4示出了现有技术中传感节点的周期状态偏移的示意图。如图所示，如果发生了严重的时间偏差，即在ー个时间区间内，节点A处于侦听状态，节点B可能处于侦听与睡眠交替的状态。当A、B两节点建立链路时，节点A向节点B发送消息而此时节点B有可能已进入睡眠状态而最終无法收到消息，直到在下ー个周期的公共侦听时间区间内，节点B才能收到节点A的消息。周期状态重合周期状态重合是周期状态偏移的一种极端情況。图5示出了现有技术中传感节点的周期状态重合的示意图。如图所示，节点A在处于侦听状态的整个时间段内，节点B完全处于睡眠状态，则A、B在任意时刻都无法建立连接互相通信。为了克服上述这些缺陷，需要设计ー种使用GPS时钟校正的新型的无线传感器网络的节点。
技术实现思路
本专利技术提供基于嵌入式GPS模块时钟校正的无线传感器网络的节点，所述节点包括传感单元、处理单元、通信単元和电源，其中，所述电源与所述传感単元、所述处理単元、所述通信単元相连接，所述传感単元与所述处理単元相互连接，所述通信単元与所述处理単元相互连接，所述节点还包括GPS模块，所述GPS模块与电源相连接，所述GPS模块与所述处理単元相互连接；所述处理単元使用ARMHDMI-S LPC2132微控制器；所述通信単元使用CC2420无线收发芯片。优选的是，所述CC2420的SCLK引脚与所述ARMHDMI-S LPC2132的SCLK引脚相连。优选的是，所述CC2420的SO引脚与所述ARMTTDMI-S LPC2132的MISO引脚相连。优选的是，所述CC2420的SI引脚与所述ARMTTDMI-S LPC2132的MOSI引脚相连。优选的是，所述CC2420的CSn引脚与所述ARMHDMI-S LPC2132的GIO 2引脚相连。 优选的是，所述CC2420 的 SFD 引脚与所述 ARMHDMI-S LPC2132 的 Timer Capture引脚相连。优选的是，所述CC2420的CCA引脚与所述ARMHDMI-S LPC2132的GIO I引脚相连。优选的是，所述CC2420 的 FIFOP 引脚与所述 ARMHDMI-S LPC2132 的 Interrupt引脚相连。优选的是，所述CC2420的FIFO引脚与所述ARMHDMI-S LPC2132的GIO 0引脚相连。优选的是，所述GPS模块使用BNX1315。优选的是，所述ARMHDMI-S LPC2132通过RxDl和TxDl接ロ与所述GPS模块相连接。采用如权利要求I所述的基于嵌入式GPS模块时钟校正本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于嵌入式GPS模块时钟校正的无线传感器网络的节点，所述节点包括传感单元、处理单元、通信单元和电源，其中，所述电源与所述传感单元、所述处理单元、所述通信单元相连接，所述传感单元与所述处理单元相互连接，所述通信单元与所述处理单元相互连接，其特征在于，所述节点还包括GPS模块，所述GPS模块与电源相连接，所述GPS模块与所述处理单元相互连接；所述处理单元使用ARM7TDMI？S？LPC2132微控制器；所述通信单元使用CC2420无线收发芯片。
【技术特征摘要】
1.基于嵌入式GPS模块时钟校正的无线传感器网络的节点，所述节点包括传感单元、处理单元、通信単元和电源，其中， 所述电源与所述传感单元、所述处理单元、所述通信单元相连接， 所述传感单元与所述处理单元相互连接， 所述通信単元与所述处理単元相互连接，其特征在干， 所述节点还包括GPS模块，所述GPS模块与电源相连接，所述GPS模块与所述处理単元相互连接； 所述处理单元使用ARMHDMI-S LPC2132微控制器； 所述通信単元使用CC2420无线收发芯片。2.如权利要求I所述的基于嵌入式GPS模块时钟校正的无线传感器网络的节点，其特征在于,所述CC2420的SCLK引脚与所述ARMHDMI-S LPC2132的SCLK引脚相连。3.如权利要求I所述的基于嵌入式GPS模块时钟校正的无线传感器网络的节点，其特征在于,所述CC2420的SO引脚与所述ARMTTDMI-S LPC2132的MISO引脚相连。4.如权利要求I所述的基于嵌入式GPS模块时钟校正的无线传感器网络的节点，其特征在于,所述CC2420的SI引脚与所述ARMTTDMI-S LPC2132的MOSI引脚相连。5.如权利要求I所述的基于嵌入式GPS模块时钟校正的无线传感器网络的节点，其特征在于,所述CC2420的CSn引脚与所述ARMTTDMI-S LPC2132的GIO 2引脚相连。6.如权利要求I所述的基于嵌入式GPS模块时钟校正的无线传感器网络的节点，其特征在于，所述CC2420的SFD引脚与所述ARMTTDMI-S LPC2132的Timer Capture引脚相连。7.如权利要求I所述的基于嵌入式GPS模块时钟校正的无线传感器网络的节点，其特征在于，所述CC2420的CCA引脚与所述ARMTTDMI-S LPC2132的...
【专利技术属性】
技术研发人员：田景文，张振彬，高美娟，
申请(专利权)人：北京联合大学，
类型：发明
国别省市：
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