CN104080142A - 一种基于毫米波的多跳簇式无线传感器网络系统 - Google Patents

一种基于毫米波的多跳簇式无线传感器网络系统 Download PDF

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许洪华
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Suzhou University of Science and Technology
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Abstract

本发明公开了一种基于毫米波的多跳簇式无线传感器网络系统，包括簇头节点，数据采集节点和毫米波路由节点以及数据中心，一个所述簇头节点与若干个所述数据采集节点组成一个簇，所述数据采集节点采集数据传送给所述簇头节点，所述簇头节点通过所述簇将数据收集后传输到所述毫米波路由节点后向所述数据中心汇聚数据。本发明设计了一种基于60GHz毫米波的多跳簇式无线通信系统，簇内通信采用传统的无线传感网络，簇间通信采用60GHz毫米波多跳传输。从根本上解决大规模无线传感器网络簇间通信带宽瓶颈问题。

Description

一种基于毫米波的多跳簇式无线传感器网络系统
 
技术领域
本发明涉及网络系统，具体涉及一种基于毫米波的多跳簇式无线传感器网络系统。
背景技术
许多无线传感器网络结构设计时，往往假设节点均匀分布（随机抛洒）。实际应用中，传感器节点往往成组部署。所以，实际应用中，无线传感器网络往往以一个个簇状部署，簇间的连通度和覆盖不足；另一方面，物联网技术和云计算快速发展，无线传感器网络节点数量不断增加，单个节点采集的数据也不断增加，簇内产生的数据剧增，簇间通信带宽面临挑战，并成为瓶颈。
本发明设计一种基于60GHz毫米波的多簇多跳无线通信系统。簇内通信采用传统的无线传感器网络，簇间通信采用60GHz毫米波多跳传输。60GHz频段频谱资源丰富，可用带宽达7GHz～9GHz，简单调制即可提供每秒4～6Gbps传输速率。另一方面，60GHz毫米波传输方向性强、处于氧吸收峰值附近，传输衰减快，这两个特点使之在通信中可以获得较高的空间复用率。基于60GHz毫米波的多簇多跳无线通信系统，具有较高的簇间速率和空间复用率，从根本上解决大规模无线传感器网络簇间瓶颈问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种基于毫米波的多跳簇式无线传感器网络系统，簇内为传统的无线传感网络，簇间通信采用60GHz毫米波多跳传输，从根本上解决大规模无线传感器网络簇间通信带宽瓶颈问题。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种基于毫米波的多跳簇式无线传感器网络系统，包括簇头节点，数据采集节点和毫米波路由节点以及数据中心，一个所述簇头节点与若干个所述数据采集节点组成一个簇，所述数据采集节点采集数据传送给所述簇头节点，所述簇头节点通过所述簇将数据收集后传输到所述毫米波路由节点后向所述数据中心汇聚数据。
进一步的，所述数据节点采集数据是以无线方式单跳或者多跳传送给所述簇头节点的。
进一步的，所述数据节点包括MC13213最小系统，所述MC13213最小系统与调理电路连接，所述MC13213最小系统与天线电路相连接，所述MC13213最小系统还与电源电路相连接；且所述数据节点采用纽扣电池供电。
进一步的，所述簇头节点包括毫米波射频前端，时钟电路，中频信号处理电路，基带处理及控制电路和ZigBee通信电路，所述毫米波射频前端与中频信号处理电路连接，还与所述时钟电路连接，所述中频信号处理电路与所述基带处理及控制电路连接，所述基带处理及控制电路与所述ZigBee通信电路连接。
进一步的，所述毫米波路由节点包括毫米波射频前端，时钟电路，中频信号处理电路和基带处理及控制电路，所述毫米波射频前端与中频信号处理电路连接，还与所述时钟电路连接，所述中频信号处理电路与所述基带处理及控制电路连接。
优选的，所述毫米波射频前端为低功耗单片60GHz的MKR-V-TXRX，且TxI+、TxI-和TxQ+、TxQ-为中频信号输入通道，接收中频信号；RxI+ 、RxI- 和RxQ+、 RxQ-为毫米波中频信号IQ输出通道，向中频处理电路输入中频信号；所述中频信号处理电路包括混合信号前端芯片AD9862、上变频芯片AD6622和下变频芯片AD6620；所述基带处理及控制电路采用 MCF52233，处理基带信号。
本发明的有益效果: 
本发明设计了一种基于60GHz毫米波的多跳簇式无线通信系统，簇内通信采用传统的无线传感网络，簇间通信采用60GHz毫米波多跳传输。从根本上解决大规模无线传感器网络簇间通信带宽瓶颈问题。
附图说明
图1是本发明的多跳簇式无线传感器网络系统组成结构；
图2是本发明的数据采集节点结构示意图；
图3是本发明的簇头节点结构示意图；
图4是本发明的毫米波路由节点结构示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
参照图1所示，一种基于毫米波的多跳簇式无线传感器网络系统，包括簇头节点，数据采集节点和毫米波路由节点以及数据中心，一个所述簇头节点与若干个所述数据采集节点组成一个簇，所述数据采集节点采集数据传送给所述簇头节点，所述簇头节点通过所述簇将数据收集后传输到所述毫米波路由节点后向所述数据中心汇聚数据。
进一步的，所述数据节点采集数据是以无线方式单跳或者多跳传送给所述簇头节点的。
进一步的，如图2所示，所述数据节点包括MC13213最小系统，所述MC13213最小系统与调理电路连接，所述MC13213最小系统与天线电路相连接，所述MC13213最小系统还与电源电路相连接；且所述数据节点采用纽扣电池供电。
进一步的，如图3所示，所述簇头节点包括毫米波射频前端，时钟电路，中频信号处理电路，基带处理及控制电路和ZigBee通信电路，所述毫米波射频前端与中频信号处理电路连接，还与所述时钟电路连接，所述中频信号处理电路与所述基带处理及控制电路连接，所述基带处理及控制电路与所述ZigBee通信电路连接。
进一步的，如图4所示，所述毫米波路由节点包括毫米波射频前端，时钟电路，中频信号处理电路和基带处理及控制电路，所述毫米波射频前端与中频信号处理电路连接，还与所述时钟电路连接，所述中频信号处理电路与所述基带处理及控制电路连接。
优选的，所述毫米波射频前端为低功耗单片60GHz的MKR-V-TXRX，且TxI+、TxI-和TxQ+、TxQ-为中频信号输入通道，接收中频信号；RxI+ 、RxI- 和RxQ+、 RxQ-为毫米波中频信号IQ输出通道，向中频处理电路输入中频信号；所述中频信号处理电路包括混合信号前端芯片AD9862、上变频芯片AD6622和下变频芯片AD6620；所述基带处理及控制电路采用 MCF52233，处理基带信号。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于毫米波的多跳簇式无线传感器网络系统，包括簇头节点，数据采集节点和毫米波路由节点以及数据中心，其特征在于，一个所述簇头节点与若干个所述数据采集节点组成一个簇，所述数据采集节点采集数据传送给所述簇头节点，所述簇头节点通过所述簇将数据收集后传输到所述毫米波路由节点后向所述数据中心汇聚数据。
2.根据权利要求1所述的基于毫米波的多跳簇式无线传感器网络系统，其特征在于，所述数据节点采集数据是以无线方式单跳或者多跳传送给所述簇头节点的。
3.根据权利要求1所述的基于毫米波的多跳簇式无线传感器网络系统，其特征在于，所述数据节点包括MC13213最小系统，所述MC13213最小系统与调理电路连接，所述MC13213最小系统与天线电路相连接，所述MC13213最小系统还与电源电路相连接；且所述数据节点采用纽扣电池供电。
4.根据权利要求1所述的基于毫米波的多跳簇式无线传感器网络系统，其特征在于，所述簇头节点包括毫米波射频前端，时钟电路，中频信号处理电路，基带处理及控制电路和ZigBee通信电路，所述毫米波射频前端与中频信号处理电路连接，还与所述时钟电路连接，所述中频信号处理电路与所述基带处理及控制电路连接，所述基带处理及控制电路与所述ZigBee通信电路连接。
5.根据权利要求1所述的基于毫米波的多跳簇式无线传感器网络系统，其特征在于，所述毫米波路由节点包括毫米波射频前端，时钟电路，中频信号处理电路和基带处理及控制电路，所述毫米波射频前端与中频信号处理电路连接，还与所述时钟电路连接，所述中频信号处理电路与所述基带处理及控制电路连接。
6.根据权利要求4或5所述的基于毫米波的多跳簇式无线传感器网络系统，其特征在于，所述毫米波射频前端为低功耗单片60GHz的MKR-V-TXRX，且TxI+、TxI-和TxQ+、TxQ-为中频信号输入通道，接收中频信号；RxI+ 、RxI- 和RxQ+、 RxQ-为毫米波中频信号IQ输出通道，向中频处理电路输入中频信号；所述中频信号处理电路包括混合信号前端芯片AD9862、上变频芯片AD6622和下变频芯片AD6620；所述基带处理及控制电路采用 MCF52233，处理基带信号。
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