文摘

无线传感器网络(网络)在过去的几十年里有了很大进展,现在广泛使用,尤其是对远程监控;的潜在用途似乎无穷无尽。三种类型的无线传感器技术(蓝牙、无线个域网和蚂蚁)用于监测的生物力学和生理活动自行车和骑自行车的人,分别。然而,无线监控这些活动还面临着一些挑战。本文的目的是强调各种方法监测循环提供了一个有效和高效的方法来克服各种挑战和限制的运动自行车使用无线传感器接口。综述了几种设计标准和比较不同解决方案的实现当前WSN研究,如低功耗、长途通信、体积小,重量轻。结论是通过观察一个先进的网络技术和自适应的例子(ANT)网络强调减少能耗和延长电池寿命。奴隶节点的节能达到88 - 95%相比类似蚂蚁协议用于医疗康复。

1。介绍

骑自行车需要一个非常高水平的耐力支持高的健康水平和合适的培训项目和团队合作。骑自行车是一项竞争激烈的运动,胜利和失败之间的利润率通常以秒或毫秒。统计信息可以用来进一步提高和完善团队技能和骑自行车的培训计划在国际比赛中增加竞争力。运动员获得的数据可能被处理生产性能概要文件。运动员的比较资料可以偶尔来衡量一个运动员的进步和监控和监督他或她,这样一个教练可以纠正任何缺陷的参数。

在本文中,不同类型的无线传感器网络(网络),用于监测的生物力学和生理参数的自行车和自行车,分别将批判性的回顾和比较。比较这些无线传感器技术将多个性能指标的基础上,有关体育活动涉及自行车和骑自行车。一些生物力学和生理参数传感器覆盖相关的规范和应用程序循环监控,包括心率、速度、节奏和踏板动力。

本文的目的不是批评而是制定潜在扩展现有方法和理解未来的研究挑战。此外,系统的审查在循环应用程序中使用的基础是用来描述当前的WSN研究实现。审查从最近的研究比较无线技术和性能指标。同样,一只蚂蚁网络例子介绍了克服的局限性功耗和电池寿命。

本文的贡献是提出一个全面的概述,面对许多挑战,其中自行车性能监控系统的无线传感器网络。此外,对比不同无线技术都是基于各种性能指标。我们试图强调几个无线传感器网络技术应用于无线传感器的自行车监控,从而提供一个全面、最新的无线传感器网络的调查研究中使用自行车性能监视系统。一种新的无线传感器技术(即。,ANT) that is used in bicycle performance monitoring was introduced, which aims to reduce the power consumption and prolong battery life of the bicycle performance monitoring system based on message rate reduction, as will be presented in Section6。从文献综述,我们发现蚂蚁无线技术提供了巨大的潜力在节能领域的传感器网络传输。本文重点是在多个无线协议连接到几个有关自行车传感器。此外,这项调查提供了一个良好的最新参考那些感兴趣区域的无线传感器的自行车性能监视。基于我们的知识有限,本文是第一篇论文处理无线传感器的广泛调查自行车性能监控,关注节能方案协议。

剩下的论文结构如下。部分2描述了问题陈述的车队。的比较类型的无线技术用于传输数据的骑自行车的人将在部分3。公共自行车运动的生物力学和生理参数将在部分4。部分5分类和描述以前的工作类型的无线技术,强调了研究方法,每个研究的优点和缺点。此外,一个表的比较研究将总结。此外,生物力学和生理信号和传感器与自行车和自行车都将被描述在同一部分。部分6将解释提出自行车无线传感器监控的例子。未来的工作和成熟度评估将在部分7。最后,结论将在部分8。

2。问题陈述和挑战

传感器开发技术的进步,之前一次自行车训练计划主要依赖传统的秒表(1)来衡量运动员的表现。这个方法不准确,使用时不提供信息的衡量一个运动员在跑道上的性能和能力。此外,该方法还缺乏科学的支持,没有证据表明培训用秒表可以提高运动员的竞争性能。有许多挑战当试图实现无线传感器设备和网络尤其是自行车性能监视系统如下。(我)自行车的监控参数必须实时、准确,以便教练组能即时反馈给提高自行车的性能。(2)无线传感器监测系统必须运行在低功耗(即。,电池必须持续至少五个小时的培训)。(3)骑自行车的人之间必须有一个灵活的传输范围和教练团队,因为它取决于类型的学科,如跟踪、道路或越野。(iv)理想情况下,轻量级和小型无线传感器和显示单元(安装在自行车),特别是对于一个竞争激烈的专业比赛。(v)系统应该扩展到包括其他(新)测量参数,如体温、左/右轴(陀螺传感器),特定的运动员力量配置文件,和压力水平。(vi)必须引入一个高效的算法来减少能源消耗的三大消费者的权力基础,即传感器、微控制器和收发器。

3所示。无线技术

有很多无线技术标准,并采用自行车监测系统。两种最常见的无线协议无线个域网(2和蓝牙3]。也有替代无线标准蚂蚁,这是常用的传感器网络(4,5]。作为惯例,无线技术要求,比如发射功率(dBm),数据速率(kbps)、通信(m)的范围,功耗(W)和体重(公斤)这些标准之间的差异。实际上,功耗、重量和大小必须尽可能小,网络的覆盖范围必须尽可能大的提高自行车的性能。例如,一个最糟糕的情况发生在自行车和教练定位太遥远了。

三个无线标准占据2.4 GHz的ISM波段用于循环监测是蓝牙,无线个域网(6),和蚂蚁,蚂蚁是常用的商业产品。蓝牙在2.4 GHz的ISM波段运作,以宽带速度1到24 Mbps根据蓝牙版本(7)和一个通信范围约1米/ 10 m / 100 m [8]。此外,蓝牙是一个极为无处不在的“轻”标准(例如,它是建在大多数手机、pda、笔记本电脑),可以很容易地适应其他服务或网络(9]。

ZigBee无线技术,运营在868 MHz, 915 MHz, 2.4 GHz频段(10]。无线个域网是主要用于装应用程序而设计的,与附加功能如低成本、低数据率(最多250 Kbps),和电池寿命长。在许多无线个域网的应用,无线设备参与或贡献是非常有限的;设备大部分时间处于睡眠模式。因此,无线个域网设备电池能够工作了好几年,不需要更换(11]。无线个域网使广泛部署的无线网络近似通信范围的100米。这允许它工作多年来在小硬币电池的控制和监视应用程序,如智能电网(12),病人监控(13),自动化系统(14),控制系统(15),和其他几个应用程序。

第三类是蚂蚁,一个超低功耗专有的无线技术在2.4 GHz频段(16]。它成立于2004年由传感器公司Dynastream [17]。通常,蚂蚁收发机设备都被视为一个黑盒,应该不需要太多的设计潜力实现;也就是说,它被认为是一个infrastructureless网络。蚂蚁的设计满足体育(18),医学领域(19),和行业(20.],特别是骑自行车的性能监控和运动员的体能水平。蚂蚁收发器等已经内置到设备周期电表,节奏米,速度监控,距离米,心率带形成个人区域网络(锅)性能监控的用户。例如,这些网络的性能指标测量速度、心率、体重。蚂蚁的三个关键领域的操作如下:(i)运动,(2)健康,(3)家庭健康(18]。它也可以用于数据传输的设备;在这篇文章中,一项运动自行车应用程序将被考虑。

之间的主要区别在于三个协议用于自行车监测总结在表1(21- - - - - -31日]。无线个域网和蓝牙协议是基于IEEE 802标准虽然蚂蚁不是基于这个标准。经典的蓝牙、无线个域网和ANT使用低数据率。一般来说,蓝牙和无线个域网的设计一个无线个人区域网(WPAN)通信范围约为100米,而蚂蚁指定为WPAN范围约为30米(32]。相比,蓝牙,无线个域网协议是典型的网络或控制应用程序,需要低数据率、低复杂性(33]。此外,无线个域网可以支持网络中大量节点(65535),很容易删除或添加节点的网络中,一个强大的网状网络的一个节点的故障不会降低其他的网络,和低功率需求(34]。

ANT无线个域网的直接比较合适。无线个域网的内部/ IEEE 802.15.4标准提供服务2.4 GHz ISM频段的无线数据速率为250 kbps (35,36)相比,蚂蚁是1 Mbps (37]。因此,需要无线个域网传输无线超过ANT给定的数据量。蚂蚁被设计在一个超低功耗模式(即。长时间睡眠模式)、快速唤醒(38150年),迅速传播µ年代,回到睡眠模式。延迟的蓝牙高延时小于10秒,无线个域网30 ms (27),和蚂蚁接近零延迟17,39]。延迟为循环应用程序是一个非常关键的问题,因为骑自行车必须实时监控参数。

无线个域网和蓝牙利用直接序列扩频(DSSS) [40)和跳频扩频(FHSS) [41分别)计划,以确保安全的无线连接,而蚂蚁使用一种自适应同步(42)网络技术,确保共存。

图1显示了一个比较之间的数据传输速率和通信范围无线技术用于自行车无线传感器监控,而图2显示这些无线技术的电力消耗。

从之前的讨论,很明显,现有的无线标准,蓝牙和无线个域网是不适合解决无线监测运动自行车的性能,功耗或硬件的复杂性。此外,延迟是蚂蚁相比,蓝牙和无线个域网更好。

响应这一主题,传感器公司在无线传感器监测Dynastream解决实际问题通过引入蚂蚁无线标准技术(43]。这无线标准享受超低功耗消费(44),体积小,因此非常适用于WSN应用程序要求电池寿命长,特别是在体育和健康监测。

4所示。生物力学和生理参数在骑自行车

大多数研究工作涉及四种常见自行车参数:(i)速度,(ii)心率,(iii)节奏,(iv)的力量。这四个参数是关键因素在提高自行车的性能,这是解释如下。

4.1。速度或轮胎旋转

自行车的轮胎旋转和速度是车轮旋转的数量或转每分钟(RPM)。知道避免过度训练的速度让骑自行车的人通过调节训练负荷(45),量化外部负载(46]。速度或轮胎旋转可以测量通过使用磁传感器(舌簧开关)和永久磁铁。叉叶片上的磁传感器被放置在前轮或后轮的chainstay和永久磁铁固定在一个说在前面或后轮。产生的脉冲传感器的数量成正比的旋转后或前轮(RPM)和地面的速度的自行车可以在千米每小时计算(公里/小时)或英里每小时(英里/小时),根据以下方程: 在哪里车轮半径计和RPM车轮角速度和(2π/每分钟60)是革命的单位转换成弧度每秒。

4.2。心率

心率(HR)每分钟心脏跳动的次数。心率监测设备通常是安装在运动员的身体在胸带的形式,包含一个脉冲无线传感器。人力资源设备能够测量和评价运动员的身体健康状况。知道心率是非常重要的,让每一个骑自行车的人实现他或她的培训计划尽可能多;之间的差异训练心率和每个骑车人的参考价值必须尽可能小(47]。心率也用于评估身体压力或内部负载,结果从外部负载(46]。心率在自行车是可互换的工作负载(瓦)由骑自行车;例如,心率91次/分钟,当工作负载是25 W,当它成为137次/分钟当工作负载等于100 W (48]。

4.3。节奏

节奏是踏板的旋转速度的测量。计量单位是每分钟转数(RPM)。自行车可以增加和骑自行车的人可以是一个富有成效的车队的一部分,如果骑自行车优化自行车的节奏。知道节奏让骑自行车的人保持在一个安全,高效的范围的每分钟转数(RPM)来保护自己的膝盖49长距离],这是特别重要的。还可以使用节奏估计数量的卡路里含量的自行车旅行。此外,维持一个理想的节奏(60 - 80)RPM帮助一个骑自行车的有效消耗卡路里。使用抑扬顿挫的节奏可以测量传感器,两个元素:一个永久磁铁连接到正确的自行车曲柄臂和磁传感器安装在chainstay(舌簧开关)。产生的脉冲磁场传感器直接成正比的曲柄旋转测量每分钟的转数(RPM)。

4.4。踏板动力

踏板动力是人类来源的能量转化为运动通过使用脚踏板和曲轴系统的自行车。踏板动力主要是感兴趣的在大功率范围内(超过75 W),这发生在运动,康复活动,和运动训练。知道骑自行车的功率输出允许骑自行车的优化性能,尤其是在比赛中。通常,踏板动力用于量化的外部负载。踏板的力量可以测量两种方法。第一和最常见的方法是使用应变仪连接到左或右曲臂测量应用扭矩和至少一个磁传感器测量转速的节奏。因此,踏板动力()可以用以下公式计算50- - - - - -52]: 在哪里曲臂上的应用扭矩在N·m和CAD是自行车节奏或曲轴角速度在RPM。

第二种方法来测量踏板动力是计算的和力量,面对在自行车骑自行车。许多力量作用于自行车和自行车,但主要力量空气阻力、滚动阻力、坡度阻力,并迫使由于速度变量。每个力可以通过使用不同的传感器测量如温度传感器、湿度传感器、压力传感器、风速传感器和加速度计传感器。总踏板动力可以计算这些力量的总和乘以自行车的速度。因此,总骑自行车的踏板动力建模,46,53- - - - - -55] 在哪里是空气阻力,是起草的影响,滚动阻力,力是由于速度变化,梯度阻力,公里的自行车速度,是机械效率的因素。

5。以前的作品

在过去的几十年中,流动性的问题,大小(56,能够处理(即。,microprocessors or microcontrollers), flexible memory, and robust modes of transmission have been solved in wireless sensors due to the advancement in wireless sensor technology. Many new wireless standards provide a reliable and secure platform for a sensor network. Such wireless sensors support wearable [57),不引人注目的58)设备也从远程监控中获益。这种发展好处很多实际应用包括那些在体育领域。在体育应用程序中,一个传感器网络允许实时数据的收集和使用,也可以比较数据之间的运动员。

数据从一个运动员或病人的转移到远程数据处理机或存储现在可能远程执行。最常见的数据只是点对点的传输方式,这意味着一个发射机的运动员和一个接收器在监控端基于调频通信传输(6]。

在本节中,几种类型的自行车无线传感器监控(BWSM)是批判性的回顾。本文将分类基于无线技术的类型或平台。

5.1。基于无线个域网系统平台

肌肉工作,汗水,和心率监测阿姆斯特朗(6]。这项研究代表了一个有益的介绍如何ZigBee无线技术可以用来提高测量过程。

优势。能耗降低。

缺点。小的覆盖范围限制通信由于ZigBee标准的局限性。

踏板的力量、速度、节奏和心率数据传输通过无线个域网分别为每一个骑自行车的他的电脑网络在库恩等人的作品。45]。他们比较这些测量参数在开发ABT系统与商业Schoberer Rad Messtechnik (SRM)电表十二30小时的骑自行车。他们发现这个系统相当令人信服。

优势。骑自行车的系统具有低成本和轻量级的开销和收发器单元可用于多个广播频道。因此,许多网络可能是活跃在同一时期的同一地点。

缺点。传播范围是50米在户外条件和笔记本的尺寸很大。另一个限制因素是电池容量,特别是当电源插头是不可用的。

Le et al。47)建立了一个辅助自行车教练(ABT)预测控制器测量的参数和自行车骑手:转速(RPM),在集团和心率(bpm)的骑自行车的人。收集到的数据通过无线个域网网络转移到一个笔记本电脑监控和监督。

优势。ABT的预测控制系统是一个有效的培训方式骑自行车组。

缺点。系统没有考虑其他参数如功率、速度、节奏的自行车,和风速,留给未来的工作。

沃克et al。59)监测脉搏心率(bpm)、热点₂(%),皮肤温度(°C),环境温度(°C),自行车速度或车轮速度(公里或英里/小时),和自行车位置基于远程移动监控系统(rmm)。此外,该系统可用于监测老年人至关重要的事件。

优势。低功耗无线传感器(ZigBee模块),重量轻,和实时应用程序(时间从传感器位置传输数据到远程设备大约是10毫秒);监控可以由人不承认的医院或医生的办公室。这最后的优势提高检索的历史,一个人的状态,并允许一个医疗中心服务大量的人,减少医院和医疗费用,使观察者意识到紧急情况下快速。

缺点。无线传感器节点(任何)沟通有困难的障碍阻碍了视线发射机和接收机之间的节点。

测量车轮旋转率(RPM),角速度(RPM)自行车,引导角度,在框架上三个点的加速度是由彼得森et al。60]。他们比其他人更雄心勃勃的使用功耗Xbee-pro无线模块界面的微控制器基于Arduino平台传输测量参数监测系统,基于GUI工具包。

优势。系统创建了一个准确的评估精益通过数值积分和精密陀螺仪信号的滤波、光学编码器是无摩擦的低速和高可靠性,具有快速的动态响应。

缺点。自行车架的辊很难直接测量,而高精度的光学方法反击由重量和费用的单位。光学方法也可以影响路面弯曲;反射率和一个更大的电池尺寸要求供应系统。

自行车的位置估计和广播可达性取决于Hayashi et al。61年使用无线个域网的WSN)。自行车的位置可以估计基于基站,互联网协议网关和网络管理服务器。

优势。低功耗、广域传感器网络、监控长3.5公里的距离,遥远的阅读,和远程控制和自行车管理(包括温度传感器、GPS传感器,亮度传感器和加速度传感器)。这个项目找到了新的服务安全,环保,安全。

缺点。大型基础设施、网络中的多个组件和所需的传输终端和基站之间的视线。

Olieman et al。62年)测量振动产生的自行车车轮、速度、轮胎气压、路面。无线惯性加速度传感器(ProMove2)被用来实时测量自行车的振动。

优势。实时测量;WSN节点的快速连接电脑的网关。GUI软件是用来显示获得的数据进行进一步的处理,在接收机设计存储每一秒的数据,和自动暂停是关闭的。

缺点。实验部分失败因为一些比其他的频率被取消;最好的测试和分析参数,还需要更多的实验。

Marin-Perianu et al。63年)采取了一种不同的方式从其他关注决定骑自行车的下肢的实际情况在现实和实时条件下段。移动传感器网络设计用于监测下肢运动学实时在骑自行车。这个设计是基于ProMove(低功率2.4 GHz无线广播连接到一个中央节点)。这个系统比较的结果与摄像系统。

优势。用一个简单的无线系统高精度捆绑式助推器和小型感应系统可以帮助户外骑自行车的人在比赛或训练。反馈是即时的,它提供了主要好处直接向用户提供全面的洞察在现实情况下人体运动学。该系统可以用于任何运动运动,包括游泳、划船、滑雪,并运行。

缺点。系统资源有限,传感精度,计算能力,电池容量,无线通信和鲁棒性;惯性测量有误差积累。

5.2。基于蓝牙系统平台

杨et al。64年]监控一个骑自行车的运动和呼吸除了道路条件。剪辑的系统是由传感器、加速度计、微控制器、蓝牙模块,和PDA。

优势。系统成本低、耐用、易洗、舒适、耐磨;骑自行车的人的健康、安全条件和长期监测和分析工作。

缺点。自行车上的皮带和相对沉重的大比其他带传感器。

Casamassima et al。65年)开发了一个新的平台来提高帕金森症患者的节奏和振幅利用步态康复基于可穿戴系统合格生产实时音频通过声乐消息反馈病人在一个舒适的和有效的方式。系统由三个基本要素:Android手机蓝牙无线技术的基础上,惯性传感器节点,基于ARM Cortex-M3单片机。

优势。该系统是移动和不引人注目的。穿起来很舒服,可以由病人没有限制和现实生活中监测在户外和室内环境。

缺点。电力消耗是相对较高的,6个小时的电池寿命。这意味着必须充电或更换电池使用时超过6小时。

5.3。基于蚂蚁系统协议

一只蚂蚁无线传感器被秋雨et al。66年监测的生物力学参数的自行车:速度(公里/小时),节奏(RPM),距离(公里),自行车的位置,迫使(N),倾向,和运动员的运动幅度和生理参数:心率(bpm)和心率变异性。测量参数传输到远程位置(教练)通过一个框架系统由ANT协议,移动电话,移动网络GPRS或UMTS和互联网。教练给了反馈消息建议运动员警报的形式弹出消息或铃声报警,以改善他们的表现。

优势。该系统具有低功耗、低成本,因为使用ANT协议和移动电话;此外,该方法使用移动和互联网的基础设施网络的可能性。

缺点。系统默认值使用消息率(4赫兹)的蚂蚁设备框架。可以使它小于4赫兹(例如,1 Hz),尤其是对生理参数,它并不改变迅速为了减少功耗,延长电池寿命的传感器平台。

蚂蚁收发器被约翰逊et al。67年)患者的步态分析系统需要恢复中风后步态和平衡控制。他们用超低功耗无线传感器生物反馈鞋垫和蚂蚁与GSM / GPRS收发器接口发送数据通过蓝牙家庭网络或通过GSM / GPRS网络。紧缩的步态系统提供实时生物反馈配置足底表面在步态的立场阶段。系统帮助诊断和治疗这些条件,也可以用作生物反馈系统来监控运动限制联合手术后。

优势。系统显示良好的可靠性和低功耗和共存与GSM / wi - fi和蓝牙。系统具有低延迟和基于开源的移动设备。因此,硬件是适当可用来构建个人服务器(WBAN)生物反馈的无线人体局域网gait-analyzing系统。

缺点。高功耗的消息率高(例如,超过4赫兹)和少量的数据采样时间抖动,因为它是基于TDMA的访问方法。

此外,也有一些研究如(46,68年]采用wi - fi技术,形成一个特别的自行车网络监控,但这些研究的研究中,由于系统的功耗或大小。

这个故事的描述之前的研究总结了表2安排,根据类型的无线技术,连续的其他信息,包括硬件配置和功率效率。

通过回顾总结在表的先前的研究2,很明显,他们中的大多数人支持自行车的ZigBee无线标准监控。这个协议是最常选择的无线传输技术,因为它的低成本(69年,低功耗70年,71年),网络弹性高,大量的节点(72年),更大的覆盖范围和安全网络(73年]。蓝牙是嵌入在大多数便携式移动电话和电脑74年),具有低成本、低电磁干扰(75年),低功耗应用程序(76年],和低复杂性[77年),但它已经出现在一些作品被认为是在这个研究。无线个域网和蓝牙广泛应用于事件监视,因为这两个标准的低功耗,这是网络的一个关键特性(78年,79年]。

ANT是最新的无线标准技术和商业自行车等产品广泛应用于SRM (80年],PowerTap [81年],Garmin向量[82年),和先锋83年]。然而,目前仍缺乏相关研究文献自行车监控地址这个技术尽管它使用在医疗和康复监测的部分5。3。因此,使用这种技术的一个例子作为申请BWSM将在后面一节中介绍。

此外,从表中提取一个条形图2,如图3。这图显示了当前消费比较无线传感器技术,已在以前的研究工作中使用。图3研究表明,降低能耗是完成工作(67年),采用蚂蚁无线标准技术。相关研究的一些作品提到的健康(即。,rehabilitation) applications, which based on Bluetooth and ANT wireless standard technologies are considered in this study. This is due to limited research works in sport cycling based on these technologies.

有几个性能指标,传统上被选为定量表示运动员的成就和自行车。一般来说,四个性能指标通常用作演示了在前一节中。测量这些参数的性能取决于几种传感技术,表中描述3和主要的相关位置传感器(参数)的关键因素骑自行车图所示4。这些传感器可以将自行车监测系统的一部分,以及相应的测量生物力学和生理信号。这些信号的测量及其中提取一些特征有利于数据的后续处理实时生物力学和生理参数的集合,允许运动员的综合评价和自行车随时获得。

6。提出BWSM的例子

在本节中,提出的例子基于ANT的BWSM无线标准技术将突出显示。蚂蚁协议运行在2.4 GHz的ISM波段125通道的宽度等于1 MHz的波特率1 Mbps (22]。为了建立一个蚂蚁之间的连接设备或模块,必须为这些设备常见的通道配置。有几个相关的信息通道的操作参数应以蚂蚁模块的网络,这是(84年)如下。(我)网络密钥和网络数量确保机密性和授权访问。(2)无线电频率(RF):无线电频率是125独特的射频通道之间的不同“0到124,”代表2.4 GHz的抵消1 MHz的增量,可以由以下公式计算: 频率值必须设置相同的主人和奴隶节点创建连接时。例如,如果所需的射频频率2466 MHz射频频率(默认),它代表了66年射频频率值。(3)通道ID:为了让蚂蚁渠道建立,主机必须指定其通道ID(无论是主人还是奴隶)。(iv)渠道类型:这指定类型的交流(本实验采用单向),这将发生在英吉利海峡。(v)数据类型:有四种形式的数据证实了蚂蚁,即承认,广播,破灭,和先进的破裂,每个8字节的数据包在传输所需的射频通道。(vi)渠道时期:这是两个连续的数据传输之间的时间间隔与广播数据类型。频道消息率变化在0.5到200 Hz之间和默认值等于4赫兹。通道时期是一个16位字段的值取决于以下表达式: 32768年代表外部时钟源的蚂蚁模块。

在这个例子中BWSM如图5,六个节点形成一个简单的独立的渠道网络,五人被从节点。每个节点由传感器、单片机和ANT模块。一个节点是主节点(中央节点),由一个单片机,蚂蚁模块和液晶显示器(LCD)。从节点(1、2、3、4和5)相关日志数据从传感器的心率、节奏、速度、和左和右踏板动力。生物力学和生理参数的收集的数据来自多个从节点将播放到主节点。主节点接收和分析这些数据,稍后将显示在液晶被骑自行车的人。从节点只建立一个通道,因此可以使用单一通道ANT执行模块,而一个主节点需要five-received-channels ANT模块。

主人和奴隶的功耗和电池寿命估计基于节点功率估计工具(85年),和北欧半导体nRF24AP2-8CH ANT模块(86年被选中。功耗和电池寿命估计两种情况;在第一种情况下,使用默认值,而在第二种情况下消息率改变。

第一个案例。默认情况下,一个广播(即。,unidirectional) data packet will be sent by slave nodes and received by a master node in every time slot at the 4 Hz message rate; this message rate is chosen to provide more easily discoverable networks with good latency and power consumption characteristics [84年]。的波特率微控制器可以为蚂蚁提供的数据设置为57 Kbps为了达到最大吞吐量(87年];此外,一枚硬币电池CR2032 (3 v / 220 mAh)被选为电源电压保持系统的体积小。

每个奴隶节点的平均电流消耗相关的这些参数是大约170µ电池寿命是255天每天训练五小时(日常培训要求骑自行车)88年),而主节点的平均电流消耗是443年µ一个电池寿命是98天。

第二个案例。在WSN应用程序的典型实用,测量参数不改变迅速在循环监控,和更新的数据每隔几秒钟是可以接受的。因此,消息的速度每2秒(0.5赫兹)是足够的。在这种情况下,每个奴隶节点的平均电流消耗成为24µ这可以延长电池寿命1698天(4.5年),每天五小时的训练,而主的平均电流消耗是58岁µ,可以延长电池寿命734天(2年)。很明显,第二例BWSM网络是一个适当的选择。图6图表显示了两种情况下的平均电流消耗和主、从节点的电池寿命。

节能是实现提出BWSM主节点和从节点的88%和95%,分别,而类似的无线标准技术(即。ANT)研究工作中采用(67年),如图7。

7所示。未来的工作和成熟度的评估

评估当前的成熟度水平循环监测系统的研究,介绍了一组重要的特性的描述自行车监测系统的功能和性能。自行车运动监测研究的可行范围包含将大大受益于收集数据的能力不显眼,不阻碍运动或性能。这些数据包含的生物力学和生理参数信息自行车和自行车,分别,除了其他参数,如位置和高度。

新的无线电台通信技术可以简化这个数据收集通过允许数据从不同的地方收集同步在自行车和骑自行车。这将使数据从多个传感器简化使用数据熔度允许进一步分析。这些数据可以显示在一个清晰的和灵活的方式为骑自行车和教练。无线个域网和蓝牙都是常见的无线电台通信接口,允许建立了网络节点的数据的集合。在实践中,新产品使用蓝牙和无线个域网时主要的传感器网络应用程序,他们是更常见的在网络的世界。

蓝牙低能量(bie)也称为智能蓝牙扩展蓝牙4.0版本的89年]。

发布2006年10月,使用相同的频率ISM乐队的经典蓝牙(2.4 GHz)与1 Mbps的数据速率在10米范围内(31日,38]。bie是视为一个有吸引力的技术要求高数据率无线传感器网络应用程序,但短程(44]。BLE具有几个优势经典蓝牙,哪些领域:(i)是用来传输数据以非常低的延迟15倍更有效地比经典的蓝牙,(ii)只有三个通道用于广告,而32经典蓝牙渠道,让祝福在17倍的效率比经典的蓝牙,(3)节省大量的能源,因为奴隶设备不呆在倾听模式时,没有任何数据传输(38,90年],(iv)的能耗bie是十分之一,经典的蓝牙,这使得使用硬币电池电力设备一年多(91年]。

祝福和蚂蚁都是超低功耗无线传感器传输,既消耗15马在传输模式中,也有类似的睡眠/有功功率,运营能力多年来在一个硬币电池,数据率1 Mbps,无线协议操作范围在2.4 GHz 2.483 GHz,免疫干扰,它们用于无线个人区域网(WPAN)。相反,他们有不同的规格,如表中列出4(44,89年- - - - - -99年]。另一方面,蚂蚁的特点是频率捷变,这是类似于蓝牙跳频方案技术。这个属性允许蚂蚁通道改变其工作频率提高共存与其他蓝牙等无线技术,无线个域网和wi - fi。蚂蚁工作频率时自动改变显著退化是观察到通道(84年,One hundred.]。此外,蚂蚁需要较少的开销传输相同的数据,更高效的扫描/启动,需要较少的事务时间每连接事件。BLE技术仍然是未经证实的,尽管许多公司已经宣布他们支持这项技术的94年),而蚂蚁是一个成熟的技术与超过6000万个设备在当今市场上18]。

这允许设备基于ANT的效率比祝福他们喜欢来自不同制造商的蚂蚁设备之间交换数据在多个应用程序(如卫生、体育和健身。

蚂蚁协议已经被使用在自行车监控商业产品和尚未开发潜力研究。这种类型的无线技术利用自行车的全部能力和将监控网络研究的一个新概念,它具有更好的特性,如超低功耗(小coin-cell电池持续3 +年)、低复杂性、零延迟,可以支持网络上大量的设备,和兼容不同类型的网络拓扑。不幸的是,目前有一个短的通信距离大约30米。进一步的硬件部署使用ANT自行车监控系统应考虑基于成熟度的评估。

8。结束语

本研究为骑自行车提供了无线传感器测量系统的调查基于三种常见的无线通信协议标准(蓝牙、无线个域网和ANT)可用的商业和学术。评估的特点和行为的各种性能指标,介绍了包括数据率、输出功率,传输范围、功耗、延迟、复杂性,网络拓扑结构,网络中设备的数量。这些无线标准技术进行了的比较来确定最适合自行车监控。

研究结果指出,蚂蚁,这是一种新的无线技术适用于WSN在自行车无线监控。这种技术的一个例子是采用BWSM网络;通过这个例子,功耗降低相比类似蚂蚁协议在医疗康复应用程序和延长电池寿命。降低功耗,延长电池寿命的消息率通过调整蚂蚁奴隶和主节点并选择最合适的蚂蚁芯片功耗更小(即。nRF24AP2-8CH)。这导致了一个节能提出了主人和BWSM 88%和95%分别从节点。

蚂蚁的主要优势是超低功耗消耗,低延迟和高可靠性。它也可以用于其他应用程序需要更长的电池寿命连续监控,如老年人的监控系统101年),煤矿安全监控系统(102年,植物病害远程监控(103年在医学、工业和农业应用程序分别。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

承认

这项工作是由马来西亚外交部高Education-Universiti Kebangsaan马来西亚(UKM)格兰特没有引用:PKT1/2013。