傳感器用于測量和數(shù)據(jù)采集；但是它們需要有效的數(shù)據(jù)傳輸機制，以使成熟的應用程序能夠利用它們收集的數(shù)據(jù)。流行的數(shù)據(jù)傳輸方法是通過無線方式。在無線機制中，由于多種原因，802.11 Wi-Fi脫穎而出。Redpine關于傳感器應用中使用Wi-Fi的內(nèi)容豐富的論文描述了這些優(yōu)勢。并且還涵蓋了此類應用場景的實現(xiàn)。

無線傳感器網(wǎng)絡架構

如圖1所示，在中央設施監(jiān)視的一組傳感器通常稱為“傳感器網(wǎng)絡”，從中得出的傳感器網(wǎng)絡被組織為相互連接的節(jié)點的網(wǎng)格。傳感器部署在各種環(huán)境中并用于多種用途，包括樓宇自動化，設施管理，環(huán)境監(jiān)控，工業(yè)自動化，軍事區(qū)，資產(chǎn)管理等。傳統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡已使用專有的無線傳輸機制，并且最近使用基于標準的無線傳輸（例如Zigbee或Bluetooth）。

這些無線機制的特點是運行功率低，成本低，覆蓋范圍小，并且具有專有的網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，包括網(wǎng)狀網(wǎng)絡。傳感器有可能充當中繼器，并能夠適應不斷變化的情況。

無線傳感器網(wǎng)絡

但是，近來，基于802.11'Wi-Fi'的無線網(wǎng)絡已經(jīng)在企業(yè)和工業(yè)環(huán)境中普及，尤其是其中經(jīng)常部署傳感器的環(huán)境。完善的標準化無線網(wǎng)絡的存在為傳感器的部署帶來了新的可能性-使用Wi-Fi作為傳輸機制。802.11當然不是在考慮傳感器應用程序的情況下設計的，但是實現(xiàn)方面的創(chuàng)新使802.11的使用成為可能，同時滿足了所有傳感器要求和更多要求。

典型的Wi-Fi部署將放置一組接入點，以覆蓋整個運營區(qū)域-可能是大型工廠車間，多個辦公室，醫(yī)院，校園等。在幾乎所有情況下，網(wǎng)絡都是星形配置，可以提供客戶端漫游或切換功能。接入點通過有線連接或部分通過無線分配系統(tǒng)連接到企業(yè)網(wǎng)絡。這種情況下的優(yōu)勢之一是中央控制器或協(xié)調(diào)器的位置-它可以位于網(wǎng)絡上的任何位置，并具有Internet連接，可能位于世界的任何位置。使用基于IP的標準化傳輸，無需添加其他網(wǎng)絡基礎結構即可將傳感器信息傳輸?shù)骄W(wǎng)絡的任何部分。

Wi-Fi還可以用于確定和提供客戶端設備的位置。通常，設備的傳輸由多個接入點或接收器接收，或者設備從多個接入點接收信標。測量的相對信號強度或相對到達時間為定位客戶端設備提供了方法。這些場景中的接入點都經(jīng)過仔細定位，以提供最佳的測距測量，并且在部署場景的信號傳播細微差別之前進行了全面的測量。

傳感器節(jié)點要求

當然，“傳感器”本身就是收集數(shù)據(jù)的設備–用于測量溫度，濕度，壓力，接近度，位置流量，聲音，存在，液體或氣體等的傳感器。傳感器可輕松部署在任何位置。最終的“傳感器節(jié)點”是一個獨立的設備，可收集數(shù)據(jù)，對其進行處理并將其無線傳輸至控制單元。傳感器節(jié)點具有以下特征，可以成功部署具有成本效益的無線傳感器網(wǎng)絡：

• 極低的功耗，具有多年的電池壽命
• 標準化無線傳輸
• 良好的無線范圍，易于部署
• 與附近的其他無線設備共存的能力
• 易于配置
• 低成本

傳感器節(jié)點

現(xiàn)在，我們將了解如何在基于Wi-Fi的傳感器解決方案中滿足所有這些要求。Wi-Fi傳感器節(jié)點。

圖2描繪了傳感器節(jié)點的典型配置。微控制器是設計中的主要編程元素。它配置傳感器和無線子系統(tǒng)；并根據(jù)需要處理電池或電源管理以及傳感器數(shù)據(jù)的調(diào)節(jié)。它也可能是提供超低功耗定時睡眠模式的設備或功能塊。Wi-Fi子系統(tǒng)可以根據(jù)使用的芯片組以各種方式進行劃分，但通常由MAC，基帶處理器，RF收發(fā)器和RF前端組成。

系統(tǒng)的電池消耗取決于幾個因素。它們包括傳感器的功耗，微控制器和無線子系統(tǒng)的活動模式功耗以及睡眠模式下的功耗。在典型的工作占空比為幾毫秒打開而幾分鐘關閉的情況下，整個能量消耗可能由睡眠模式功率決定，其他影響因素是喚醒時達到工作點所花費的時間，當然，峰值活動模式消耗。用于關鍵監(jiān)視的傳感器通常也始終保持活動狀態(tài)，在這些情況下，傳感器的功耗變得很重要。基于Wi-Fi的傳感器網(wǎng)絡的基本優(yōu)點是，沒有傳感器節(jié)點會負擔從其他節(jié)點中繼數(shù)據(jù)的需求。

無線信道上的數(shù)據(jù)傳輸可以采用兩種模式之一。在第一種模式下，節(jié)點在完全傳輸?shù)絎i-Fi網(wǎng)絡協(xié)議的情況下，在傳輸其數(shù)據(jù)之前被喚醒并關聯(lián)到接入點或BSS。在第二模式下，傳感器節(jié)點喚醒并發(fā)送數(shù)據(jù)，而無需執(zhí)行與BSS的關聯(lián)過程。在這種情況下，將需要對基礎結構系統(tǒng)或控制器進行自定義以接收此數(shù)據(jù)。普通或現(xiàn)成的接入點將不會處理或響應未關聯(lián)的客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)包，除非它們是特殊類型的數(shù)據(jù)包，例如探測請求。但是，此模式的優(yōu)點是傳感器節(jié)點在較短的時間內(nèi)處于喚醒狀態(tài)，從而延長了電池壽命。兩種模式下的顯著優(yōu)點是所有傳輸都可以完全遵守802.11協(xié)議的沖突避免機制。并且在擁擠的ISM頻段中，所有傳輸設備都遵循相同的協(xié)議是有利的，可確保最大程度地避免沖突。

802.11的功率優(yōu)勢來自使用高傳輸數(shù)據(jù)速率以最小化活動時間。借助高達64-QAM的調(diào)制方案，Wi-Fi的頻譜效率也高于大多數(shù)其他協(xié)議。例如，總計為1k字節(jié)的傳感器信息可以802.11g或802.11n格式在短至160毫秒的時間內(nèi)發(fā)送，或者更常見的數(shù)據(jù)字節(jié)可以在大約30μs的時間內(nèi)發(fā)送。因此，通常，準備無線子系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)所花費的時間會消耗大量能量。因此，子系統(tǒng)針對這些應用進行了優(yōu)化，以盡可能快地開啟。

功耗操作說明

一個重要的要求是在部署之前以及部署之后（在某些情況下）易于配置。設備的出廠配置通常包括RF校準，MAC地址和某些配置特定的信息。其他參數(shù)（如無線網(wǎng)絡配置，IP地址，報告間隔和其他操作參數(shù)）通常是通過串行接口配置的。在某些情況下，還可以通過特殊模式通過無線接口本身對其進行配置。這些配置接口還可以用于交付固件升級。

802.11n的優(yōu)勢

IEEE 802.11n標準主要提供高吞吐量，高效率和遠程數(shù)據(jù)連接，并包括使用多個天線和收發(fā)鏈。但是，該標準還包括單流模式，旨在為包括傳感器節(jié)點的低功耗小型設備提供11n的優(yōu)勢。在這些客戶端設備中使用單流802.11n WLAN具有以下好處：

更高的吞吐量和更少的傳輸時間–通過提高PHY和MAC的效率來實現(xiàn)

范圍更廣–通過在接入點使用多個天線

保留802.11n網(wǎng)絡容量–傳統(tǒng)802.11a / b / g客戶端的存在迫使11n節(jié)點使用保護機制，并導致網(wǎng)絡容量整體下降。802.11n有助于避免這種情況。

傳感器節(jié)點中的RS10002-NBZ-S0M

Redpine Signals RS10002 WiSeMCUTM設備是業(yè)界首款具有多協(xié)議無線（Wi-Fi + Bluetooth + Zigbee）子系統(tǒng)的無線MCU。它是一個完全集成的模塊，具有超低功耗ARM Cortex M4F微控制器作為應用處理器，內(nèi)置無線子系統(tǒng)，高級安全性，電源管理，頻率參考，RF功率放大器，分集式RF前端和被動。RS10002設備非常適合傳感器應用，因為它可以使用不同的無線協(xié)議（Wi-Fi，BT，BT LE，ZigBee，BT）從多個傳感器收集數(shù)據(jù)，并使用Wi-Fi通過網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)。系統(tǒng)級和配置文件驅(qū)動的細粒度電源控制可提供5年以上的電池壽命。它提供了更高的吞吐量，從而導致更少的“清醒”時間，從而大大降低了功耗。RS10002-NBZ-S0M支持IPv6 / IPv4上的TCP / UDP，因此非常容易集成到現(xiàn)有的WLAN中。它支持無線配置，并提供多個數(shù)字和模擬接口，可與各種傳感器配合使用。

編輯：hfy