[实用新型]一种无线传感器网络中的中间件装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及无线传感器网络同步技术领域，具体涉及一种无线传感器网络中的中间件装置。

背景技术

无线传感器网络(WSN)是指由大量无处不在的，具有通信与计算能力的微小传感器节点密集分布在监控区域内而构成的根据环境自主完成指定任务的自治测控网络系统。

在分布式无线传感器网络中，分簇汇聚的拓扑结构是一种能量高效的组网方式，它通过数据的簇内汇聚和簇间转发机制，有效减少了无限传感器网络通信过程中节点的总能耗。如图1所示，基于分簇汇聚的传感网络通常由若干个簇头骨干节点和大量传感器普通节点构成。簇头作为一种无线传感器网络中间件装置，它承担着与底层传感器节点和上层网关进行无线通信的双重任务：一方面收集簇内底层各线传感器节点现场采集到的数据，并将其通过无线网络接口上传给网关；另一方面接收上层远端计算机通过网关发布的控制指令，并将其转发给下层的簇内传感器节点。

然而，目前现有的无线传感器网络中间件装置，通常只能完成数据收集和转发的任务，并不具备同步配置的功能。如何设计出一种新型高性能的中间件装置，对分簇式无线网络内的节点进行同步配置，将有利于实现无线传感器网络的时间同步。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种无线传感器网络中的中间件装置，能够实现分簇式无线网络内的节点进行同步配置，而且成本不高，能耗较低，能够被大量部署。

该方案是这样实现的：

一种无线传感器网络中的中间件装置，该中间件装置应用于簇型拓扑结构的无线传感器网络中，该中间件装置包括微处理器、GPS模块、Zigbee模块、Wi-Fi模块和电源模块；GPS模块、Zigbee模块、Wi-Fi模块均与微处理器相连，电源模块分别与微处理器、GPS模块、Zigbee模块和Wi-Fi模块相连；其中，

Zigbee模块，连接无线传感器网络中的下层传感器节点，用于实现本中间件装置与下层传感器节点之间的无线通信；

Wi-Fi模块，连接无线传感器网络中的上层网关，用于实现本中间件装置与上层网关之间的无线通信；

GPS模块，采用授时型GPS模块，用于实时接收精准的GPS秒脉冲信号，产生精准的秒脉冲触发信号，输出给微处理器；

微处理器，用于将来自GPS模块的秒脉冲触发信号作为本中间件装置的时钟基准，对内部时钟进行校准；通过Zigbee模块对簇内传感器节点进行同步和访问，通过Wi-Fi模块与上层网关通信；

电源模块，用于为微处理器、Zigbee模块、Wi-Fi模块、GPS模块提供直流电源。

较佳地，所述微处理器包括第一同步单元、时钟单元、上层通信单元、下层通信单元、下层同步单元；

第一同步单元将来自GPS模块的秒脉冲触发信号作为时钟基准，对时钟单元进行时钟校准；

时钟单元为上层通信单元、下层通信单元、下层同步单元提供同步后时钟，作为其工作时钟基准；

上层通信单元连接Wi-Fi模块，占用所在中间件装置被分配到的时间段通过Wi-Fi网络与上层网关进行通信；

下层通信单元连接Zigbee模块，采用轮询的方式通过Zigbee网络访问簇内的各个传感器节点；

下层同步单元连接Zigbee模块，具体包括第一同步模块和第二同步模块；第一同步模块周期性向传感器节点发出一个同步信息Sync，并接收Zigbee模块测量出发送准确时间TM1，其中，所述发送准确时间TM1是Zigbee模块将待发送数据从MAC层到达物理层的时间记录下来作为发送准确时间的；并且，第一同步模块在每个Sync信息发出后发出一个接续信息Follow_Up，该Follow_Up信息记载了Sync信息的发送准确时间TM1；

第二同步模块，在接收到来自传感器节点的延迟请求信息包Delay_Req后，在延迟响应信息包内记录Delay_Req的接收准确时间TM3，并反馈给传感器节点；其中，所述接收准确时间TM3是Zigbee模块将所接收数据从物理层到达MAC层的时间记录下来作为接收准确时间的。

较佳地，微处理器采用16位的低功耗单片机，单片机通过SPI接口与GPS模块相连，通过两个UART接口分别与Zigbee模块、Wi-Fi模块相连，GPS模块内部设有秒脉冲信号输出端，该输出端与微处理器的I/O端口相连，为微处理器提供精准的时钟触发信号。

有益效果：