基于RFID的无线传感器网络节点的设计

2010年第10期，第43卷 通 信 技 术 Vol.43，No.10,2010 总第226期 Communications Technology No.226,Totally基于RFID的无线传感器网络节点的设计张刚建， 邹传云， 段 宏（西南科技大学 信息工程学院，四川 绵阳 621010）【摘 要】基于射频识别(RFID)的无线传感器节点的设计与实现，设计将RFID和无线传感技术结合起来，在运用中两者互补实现智能网络的构建。

该系统采用星形拓扑结构由中央节点、路由节点和传感器节点组成，详细介绍了传感器节点的软、硬件设计和系统的工作流程。

并在实际的应用场所进行试验验证，节点能够按照预定的程序进行工作，处理各种突发事件，达到进行智能管理的目的，从而使网络具有可靠性，有广泛的应用前景。

【关键词】射频识别；无线传感网；节点【中图分类号】TN92 【文献标识码】A【文章编号】1002-0802(2010)10-0073-02 Design of Wireless Sensor Node Based on RFIDZHANG Gang-jian， ZOU Chuan-yun， DUAN Hong（College of Information Engineering，Southwest University of Science and Technology, Mianyang Sichuan 621010, China）【Abstract】This paper gives the design and implementation of wireless sensor node based on RFID. The design combines RFID with wireless sensor technology, and through mutual complement of these two technologies, achieves the construction of intelligent network. The system adopts the star-like topology composed of central node, router node and sensor node. This paper describes in detail hardware and software design of the sensor node and work flow of the system. The actual experiment in the application place indicates that the node could effectively work and deal with emergencies according to the predetermined procedures, and achieve the goal of intelligent management, the network is of high reliability and thus has broad application prospects.【Key words】RFID; wireless sensor network; node0 引言近几年大型超市发展越来越迅速，规模也越来越大，由于超市内商品种类繁多，所需的温度和保质期又不相同，从而就引发出超市内商品管理困难的问题。

现提出一种具有RFID读取功能的传感节点的设计，通过这样的无线传感网络节点不仅可以监控超市内不同地点的温度、湿度，还可以利用RFID来读取商品的物理信息、销售状况，这样就可以方便有效的进行超市的管理，减少资源的浪费。

1无线传感器网络的设计1.1 设计思想这里的设计思想是将RFID阅读器融合到传感器节点上来，RFID具有实体标识功能，传感器网络具有信息收集功能，通过网络中传感器节点将两者的功能融合到一起。

1.2 网络拓扑结构的结构组成基于RFID的无线传感网络实际上是RFID技术和传感器技术的结合，其组成主要包括：中央节点也就是信息处理中心、路由节点、普通传感器节点，如图1所示，图1中C：中央节点；R：路由节点；G：普通传感器节点；T：标签。

网络采用的是星形拓扑结构，网络中含有少量的路由节点，每个路由节点周围又有若干个普通传感器节点，一个路由节点和它周围的普通传感器节点组成一个微网[2]。

在这个网络中的中央节点是使用者进行操作的，同时也是所有信息的目的地。

在网络中除了中央节点外的每一个节点都是采用电池供电的，一般网络要求在不更换电池的前提下至少使用2年，这就要求在节点不使用的时候都能够处于低功耗的休眠状态，当需要使用的时候又可以唤醒，而当电池电量低需要更新时会发出指示信号。

网络中，每个节点在不需要其他配置收稿日期：2010-03-30。

基金项目：四川教育厅科技项目（NO.2006A096）。

作者简介：张刚建（1986-），男，硕士研究生，主要研究方向为射频识别；邹传云（1960-），男，博士，教授，主要研究方向为无线通信、超宽带通信、光通信；段宏（1987-），男，硕士研究生，主要研究方向为射频识别。

7374 的情况下都可以自启动并运行，节点的数量也没有限制，可以无限的扩展，从而整个系统具有大规模应用性。

系统中使用的RFID 系统遵守广泛应用的RFID 标准和协议，可以方便和其他RFID 系统连接。

图1 无线传感器网络拓扑结构1.2.1 中央节点组成框架中央节点是网络的一个数据信息汇集与控制信号发出点。

如图2所示。

图2 中央节点的电路组成框架图2中，射频收发模块负责接收各传感器节点发出的有载射频模拟信号，并将其解调为基带数字信号。

在PC 接口电路中，根据相应的通信协议来获取传感器节点发出的数据信息，并存放于预先设置好的存储器段内。

电脑终端通过PC 接口模块，按部就班地读取这些数据信息。

1.2.2 路由节点组成框架图3为路由节点的电路组成框架示意图。

图3 路由节点的电路组成框架在这里，信息进行汇集和转发，中继信息处理模块的基本作用将接收到的数据与控制信息进行再生处理，消除因传输引人的噪声与误差干扰，以便信息进行无差错的传输。

1.3 传感器节点的设计 1.3.1 节点开发平台的介绍MICA2平台是由美国伯克利大学开发，它有一个主控制器，一个射频收发器和一根射频天线，它是专门为无线传感器网络设计的，具有功耗低、体积小等特点。

MICA2平台上的Atmega128L 主控制器包含128 K 字节的片上FLASH ，4 K 字节的EEPROM ，4 K 字节的SRAM ，可编程串口，SPI 接口，时钟频率是7.37 MHz 。

平台采用3 V 电池供电，同时支持低功耗的休眠模式。

1.3.2 节点的硬件组成无线传感器节点一般有传感器模块、数据处理模块、电源模块和数据传输模块组成，由于本设计需要节点能够读取商品上的标签，所以节点安装一个能够读取标准电子标签的阅读器。

传感器模块采用的数字式温湿度传感器芯片SHT11，这样节点在读取标签的同时也可以方便的知道节点附近的温湿度。

具体硬件组成框图如图4所示。

图4 硬件组成框设计中采用的射频芯片和传感器芯片： （1）射频芯片CC1000CC1000是根据Chipcon 公司的SmartRF 技术，在0.35 µm CMOS 工艺下制造的一种理想的超高频单片收发通信芯片。

它的工作频带在315、868及915 MHz ，但CC1000很容易通过编程使其工作在300～1 000 MHz 范围内。

它具有低电压，极低的功耗，高灵敏度，小尺寸，集成了位同步器等特点[3]。

（2）传感器芯片SHT11SHT11是瑞士Sensirion 公司生产的具有I2C 总线接口的单片全校准数字式相对湿度和温度传感器。

该传感器采用独特的CMOSens TM 技术，具有数字式输出、免调试、免标定、免外围电路及全互换的特点。

2 工作流程系统工作流程如图5（a ）所示。

使用者通过中央节点向节点发送读取信息的指令，节点通过射频模块接收到指令并通过SPI(串行外设接口)传给主控制器，然后主控制器分别向RFID 阅读器和温湿度传感器发送命令让它们完成读取指令，射频模块会将它们收集的信息转发到控制中心进行分析，然后给出相应的措施来提醒工作人员进行处理。

（a ）系统工作流程 （b ）阅读器工作流程图5工作流程（下转第77页）ITU-T这两个标准化组织给出了不同的标准,分别为SIP-T与SIP-I 协议。

下面以SIP-T协议为基础,从一个呼叫的建立与撤销,来分析一下这两种协议之间的基本消息映射关系[5-6]图3 典型通话中SIP与ISUP协议的映射 从图3中可看出，SIP中用来发起呼叫的INVITE消息，和ISUP的IAM消息相对应，意在发起呼叫。

ISUP端以返回ACM消息，来表示被叫终端状态正常；映射成SIP中的临时应答消息，以通知主叫方呼叫的进展情况。

其中包含了ACM 消息中关于“被叫端状态”等参数。

ISUP协议中对于承载的要求，会在其所转换成的SIP消息的SDP部分得以体现，用来协商建立一个满足要求的承载。

当被叫端接通电话，ISUP的ANM应答映射成SIP的200OK消息，以提示呼叫端连接建立完成。

当此通话结束，需要被撤销的时候，SIP协议中的BYE 消息，与ISUP协议中的Release消息则会用于释放链路。

3 结语IMS网络正在逐步走向试商用，这个全新的网络架构在带来巨大便利性的同时，必将会伴随着现有网络极大的变革，因此也必须面对各种问题和挑战。

与传统网络的互通互联，就是这些问题中首当其冲的一个。

在介绍IMS网络各功能实体的基础上，着重关注了它与PSTN网络互通的具体实现方式，并以具体的通信实例详细介绍了其中的过程；并且以SIP-T协议为基础，研究了这个过程中的协议转换这个核心问题，无疑具有显著的理论和应用价值。

参考文献[1] 刘清亮，林朝辉.MS技术发展及标准化的进展情况[J].邮电设计技术,2009(02):10-14.[2] 3GPP TS 23．228(V8.11.0).IP Multimedia Subsystem (IMS) (Stage2)[S]．France: 3GPP Organizational Partners,2007.[3] 舒志华，代素娟，李泽宇，等.SIP和DSS1协议互通的研究与实现[J].小型微型计算机系统,2009(07):1351-1356.[4] 陈金权.IMS与CS/PSTN互通的可行性分析[J].通信技术,2008,41(10):157-159.[5] PETERSON V J. IETF. RFC3372, Session Initiation Protocol forTelephones (SIP-T) [S]. USA:[s.n.],2007.[6] CAMARILLO G, ROACH A B, PETERSON J,et al.IETF. RFC3398,Integrated Services Digital Network (ISDN) User Part (ISUP)to Session Initiation Protocol (SIP) Mapping[S].USA:[s.n.],2007.（上接第74页）整个系统中关键的部分是RFID阅读器读取工作，这也是设计的重点所在。