利用Wi-Fi技术构建无线传感器网络

2006年9月从Intel分拆出来的初创公司GainSpan，近日在北京举行小型记者见面会。GainSpan总裁兼首席执行官Vijay Parmar在接受采访时表示，采用GainSpan的Wi-Fi无线传感网络(WSN)解决方案，不仅能够享受到成熟的Wi-Fi技术带来的各种好处，还能确保在单节AA电池下维持长达5～10年的电池寿命(取决于不同应用中的采样频率)。“我们是目前唯一能够做到这一点的公司。”Parmar对此非常自豪。

随着Wi-Fi在医院、家庭、以及工商业领域大规模部署的展开，以及由802.11n所推动的手机、多媒体消费类电子市场的快速增长，Wi-Fi 在技术成熟度、硬件平台、网络设施、架构支持等方面具有一定的优势。但将Wi-Fi应用于WSN却并不容易，功耗成为首先要解决的问题。Parmar表示，有效的激活/待机状态转换以及系统的电源管理是完成这一指标的关键所在。

完整解决方案

据介绍，编号GS1010的该款无线SoC芯片采用ARM7内核，包括实时时钟(RTC)、功耗控制单元、闪存(Flash）和SRAM，以及多个支持定位系统的I/O端口，由台积电采用0.18微米工艺制造。GS1010采用10x10mm QFN封装，1.8V工作时电流为2mA，3.6V时5mA。具备定位跟踪以及监控物资(TDOA和RSSI)功能。另外，其还支持IEEE 802.11b/g/n标准，并提供802.11i(WPA2-PSK)、AES编码、EAPFAST三种方式保证数据和信息安全。目前，该公司正在积极构建同大学和政府机构的合作关系，并已经同三顾有限公司(Metatech)签署了分销协议。“未来几个月内，我们将致力于提升公司在中国市场的认知度。”Parmar表示。

图1 GainSpan GS1010 ULP Wireless Soc。

为了帮助客户缩短开发周期，GainSpan还提供了一整套包括评估套件、SDK、开发平台在内的软硬件工具。评估套件能快速方便的测评GS1010无线片上系统的性能，以及嵌入式Wi-Fi网络软件开发平台。并将传感器采集到的温度、光敏、湿度、压力、加速度、信号强弱以及电量数据展现在GainSpan可视化软件上(GUI)，并预留了客户自选的传感器接口和调试以及程序烧录接口。

其SDK则包括了开发板；802.11b/g无线接入器；副开发板外加温度，湿度，光敏，压力和双轴加速度传感器；GainSpan嵌入软件源代码包括I/O驱动、API；参考应用程序中的Slingshot、硬件调试接口程序、以及MULTI-集成软件开发系统。Parmar声称，GS1010的SDK能够帮助工程师节约10～12个月的开发时间。

图2 GainSpan GS1010 SoC 开发平台。

如何在无线传感器网络中管理一个电池供电的传感器节点，是企业级无线网络应用领域遇到的一个重大挑战。目前，企业级网络普遍期望无线传感器网络与节点之间保持一种‘随时待命’的状态，应运而生的管理系统(GMS)软件则可在其中发挥很大作用。

GainSpan的GMS软件可以在Linux OS的任何平台上运行。通过将企业级管理网络(NMS)与片上系统SoC相连接，GMS能够帮助配置、控制、监控WSN以及每一个节点，并确保与节点间的通讯均通过最短路径跳转实现。

该软件采用了空中(Over-The-Air)升级协议栈，在管理WSN节点配置和固件升级的同时，还延长了节点电池的使用寿命。而支持SNMP、XML、CORBA等网络标准协议则使得Wi-Fi WSN能与工业控制、楼宇自动化、企业网络管理系统等已有的网络系统兼容。此外，智能化的数据处理能力还可集中管理、预处理和归纳传感器收集到的数据。嵌入的集群和高速缓冲存储器映射功能，则使系统能够无缝隙转移检测到的错误。

图3 GainSpan管理系统(GMS)软件。

对阵Zigbee

目前，ZigBee技术已经在WSN领域得到了较为广泛的应用。但Parmar表示，从长远来看，Zigbee在安全性、技术成熟度、节点管理、QoS特性、设备互操作性等方面都不及Wi-Fi。

“只要有无线LAN接入点，任何场所都能成为传感器网络区域，这将能够节约大量的硬件成本。” Parmar强调说，“而基于ZigBee和IEEE802.15.4的基础网络并未得到普及，即使制造相应的芯片，能够应用的市场也非常有限。”此外，他表示，尽管802.15. 4有非常便宜的模块解决方案，但由于无需考虑与Zigbee等其他设备的互操作性，以及无所不在的Wi-Fi网络所提供的架构支持、快速安装等优势，将Wi-Fi用于传感器网络将有助于投资回报(ROI)和总拥有成本(TCO)上利益的最大化。

GainSpan已经在去年获得了Opus Capital、Intel Capital、New Venture Partners等风投公司共计2000万美元的投资，并于Q4季度开始了GS1010的量产。Aginova、RF Digital以及日立(Hitachi)公司都推出了基于GS1010的产品。但Parmar也坦陈，短期内完全取代Zigbee WSN的目标并不现实，“这是今后5-10年内的目标。”