一种无线传感器网络多跳传输装置的制作方法

1.本实用新型涉及无线传感器网络技术领域，尤其涉及一种无线传感器网络多跳传输装置。


背景技术：

2.现阶段无线传感器网络发展迅速，物联网产业、工业4.0、智慧城市、车联网、vr/ar虚拟现实、自动驾驶、5g万物互联等各种概念项目都需要传感器支撑。
3.现阶段无线传感器网络的部署，需要对巨量低功耗、低速率、低成本的传感节点提供可靠稳定的路由传输。无线传感器网络具有形态不确定、地理区域不确定、部署密度不确定等特点，其多跳传输网络的拓扑形态和布置位置难以预先规划，具有很强的自生长特点，且传感器无线通信具有广播特征通信，在物理信道上暴露，这种特性也要求无线传感器网络的汇聚节点、网关节点具有易部署、易维护、高稳定性的特点，整个网络需要具备高安全性。
4.面对无线多跳传输技术的需求目标，ad
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hoc、mesh等技术还在发展过程中，现有通信网中无线多跳传输技术存在传输形式单一的问题，导致资源浪费、适应性低。


技术实现要素：

5.本实用新型实施例提供了一种无线传感器网络多跳传输装置，以解决现有技术传输形式单一导致资源浪费、适应性低的问题。
6.本实用新型实施例公开了如下的技术方案：
7.一种无线传感器网络多跳传输装置，用于无线传感器网络中的无线节点处，所述无线传感器网络多跳传输装置包括：主天线模块、辅天线模块、加密模块和中央处理模块；所述中央处理模块分别与所述主天线模块、所述辅天线模块和所述加密模块连接，所述主天线模块和所述辅天线模块均包括：射频信号调制解调收发单元、射频中继放大转发单元和毫米波收发单元，所述射频信号调制解调收发单元、所述射频中继放大转发单元和所述毫米波收发单元分别具有与所述中央处理模块电连接的开关。
8.进一步：所述加密模块为国密sm7安全芯片。
9.进一步，所述无线传感器网络多跳传输装置还包括：时间同步模块，所述时间同步模块与所述中央处理模块连接。
10.进一步，所述无线传感器网络多跳传输装置还包括：电源模块，所述电源模块分别与所述主天线模块、所述辅天线模块、所述加密模块、所述中央处理模块和所述时间同步模块连接。
11.进一步：所述射频信号调制解调收发单元、所述射频中继放大转发单元和所述毫米波收发单元均包括至少一个天线端口。
12.本实用新型实施例的无线传感器网络多跳传输装置，可以采用多种方式接收和转发信号，增加传输形式，提高传输能力，扩展多跳路径的灵活性；确保节点身份安全及传输
数据安全，增加网络安全性，提高节点间时间同步性，提高无线节点的传输可靠性。
附图说明
13.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1是本实用新型实施例的无线传感器网络多跳传输装置的结构框图。
具体实施方式
15.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
16.本实用新型实施例公开了一种无线传感器网络多跳传输装置。该多跳传输装置用于无线传感器网络中的无线节点处。多跳传输路径是从无线传感器网络的起始的无线节点经过中转的无线节点到达目标的无线节点的传输路径。其中，起始的无线节点为传感接点，中转的无线节点为汇聚节点，目标的无线节点为网关节点。具体的，传感节点为无线传感器设备。汇聚节点为具有数据汇集、分发、中继等至少一种功能的无线节点，可以有至少一层汇聚节点，每层中可以有至少一个汇聚节点。网关节点直接具备或者连接相关设备后具备网络方式转换的功能，如网关节点通过有线(rs485/以太网)或无线(gprs/wifi/3g/4g/5g)方式将数据上传至汇聚服务器。
17.如图1所示，该无线传感器网络多跳传输装置包括如下的模块：主天线模块101、辅天线模块102、加密模块103和中央处理模块104。中央处理模块104分别与主天线模块101、辅天线模块102和加密模块103连接。
18.主天线模块101用于在自身与其他无线节点的主天线模块或辅天线模块之间配置控制信道或业务信道。辅天线模块102用于在自身与其他无线节点的辅天线模块之间配置业务信道。具体的，控制信道用于提供无线节点接入或命令下发通道。业务信道用于提供无线节点间的业务数据通信通道。
19.加密模块103用于对与本无线节点建立通信链路的其他无线节点进行安全认证，确保连接的无线节点为经过权威机构颁发安全签名证书的节点，以及，用于对信号加密后进行转发，避免产生信息泄露、信息篡改、拒绝服务等威胁，以及防止传感节点受攻击者操纵、获取传感节点的信息，从而控制部分网络的威胁，提高了传输的安全性。优选的，加密模块为国密sm7安全芯片，采用国密sm7算法进行安全认证和加密。具体的，以低功耗加密方式在控制信道上对连接的无线节点进行身份认证，若身份认证通过，保持该控制信道；否则，删除多跳传输路径并重新配置建立控制信道，直至连接的新节点身份认证通过。
20.中央处理模块104用于控制其它模块工作。中央处理模块104可采用内核为cortex
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m4的超低功耗微控制器stm32l451ret6芯片。
21.具体的，主天线模块101和辅天线模块102均包括：射频信号调制解调收发单元
111、射频中继放大转发单元112和毫米波收发单元113。射频信号调制解调收发单元111配置了调制解调器和mac协议，用于接收来自上一无线节点发送的信号，并将该信号进行解调、调制以及采用mac协议处理后转发到下一无线节点。射频中继放大转发单元112用于接收来自上一无线节点发送的信号，增加射频输出功率，将该信号进行放大处理后直接转发到下一无线节点。毫米波收发单元113用于将从上一无线节点收到的解调后射频数据信息以毫米波调制方式转发到下一无线节点或将从上一无线节点收到的毫米波信号，直接转发到下一无线节点。具体的，射频信号调制解调收发单元111、射频中继放大转发单元112和毫米波收发单元113分别具有与中央处理模块104电连接的开关。这样，中央处理模块104可控制打开对应的开关从而采用对应的单元进行信息的收发。具体的，射频信号调制解调收发单元111、射频中继放大转发单元112和毫米波收发单元113均包括至少一个天线端口。在一具体实施例中，射频信号调制解调收发单元111可采用nrf52840芯片，射频中继放大转发单元112可采用nrf24l01射频收发器和射频增益放大器芯片rfx2401c，毫米波收发单元113可采用perasox710芯片组。
22.通过上述的结构设计，可以使得该无线传感器网络多跳传输装置可以采用多种方式接收和转发信号，实现一对一、一对多、多对一或者多对多的业务传输，从而使得该装置适应性广，提高传输效率。
23.优选的，该无线传感器网络多跳传输装置还包括：时间同步模块105。时间同步模块105与中央处理模块104连接，在中央处理模块104的控制下工作。时间同步模块105采用rtc独立时钟方式，用于保证本无线节点与无线传感器网络内的其他无线节点的时间基准源一致。具体的，时间同步模块105接收网关节点周期性下发的本地时间戳，对本无线节点进行时间同步，确保节点时间在异常情况下不丢失，保障网络时间长期统一，低时延性，提升网络稳定性。
24.优选的，该无线传感器网络多跳传输装置还包括：电源模块106。电源模块106分别与主天线模块101、辅天线模块102、加密模块103、中央处理模块104和时间同步模块105连接，用于对这些模块供电。
25.综上，本实用新型实施例的无线传感器网络多跳传输装置，可以采用多种方式接收和转发信号，增加传输形式，提高传输能力，扩展多跳路径的灵活性；确保节点身份安全及传输数据安全，增加网络安全性，提高节点间时间同步性，提高无线节点的传输可靠性，操作便捷，现场上电安装即可使用，不需额外设置，支持点区域、线性区域和面区域的节点分布方式，节点容量广，适应性广。
26.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。