作者：沙超，董挺挺等

    0引言

    無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（wirelesssensornetwork）綜合了微電子技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等先進技術(shù)，能夠協(xié)同地實時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對其進行處理，處理后的信息通過無線方式發(fā)送，并以自組多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送給觀察者。傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景十分廣闊，在軍事、工農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測，醫(yī)療護理、搶險救災(zāi)、危險區(qū)域遠程控制以及智能家居等領(lǐng)域都有潛在的使用價值，已經(jīng)引起了許多國家學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視[1]。

    傳感器節(jié)點是傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)成單位，由其組成的硬件平臺和具體的應(yīng)用要求密切相關(guān)，因此節(jié)點的設(shè)計將直接影響到整個傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能。

    本文首先介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，然后從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件平臺設(shè)計的基本原則出發(fā)，著重分析了硬件平臺的構(gòu)成以及硬件平臺核心部件設(shè)計的一些關(guān)鍵問題，并提出設(shè)計構(gòu)想。

    1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

    無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，通常包括傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點（sinknode）、外部網(wǎng)絡(luò)和用戶界面[2]。大量傳感器節(jié)點隨機部署在感知區(qū)域（sensorfield）內(nèi)部或附近，能夠通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，傳感器節(jié)點將采集到的數(shù)據(jù)沿著其他傳感器節(jié)點逐跳進行傳輸，在傳輸過程中所采集的數(shù)據(jù)可能被多個節(jié)點處理，經(jīng)過多跳路由后到匯聚節(jié)點，再由匯聚節(jié)點通過外部網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)傳送到處理中心進行集中處理。

    傳感器節(jié)點通常是一個微型的嵌入式系統(tǒng)，構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)層支持平臺，從網(wǎng)絡(luò)功能上看，每個傳感器節(jié)點兼顧傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的終端和路由器雙重功能，除了進行本地信息收集和數(shù)據(jù)處理外，還要對其他節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)進行存儲、管理和融合等處理，同時與其他節(jié)點協(xié)作完成一些特定任務(wù)[3]。

    匯聚節(jié)點的處理能力、存儲能力和通信能力相對較弱，它連接傳感器網(wǎng)絡(luò)與internet等外部網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)兩種協(xié)議棧之間的通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，同時發(fā)布處理節(jié)點的監(jiān)測任務(wù)，并把收集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到外部網(wǎng)絡(luò)[3]。

    2硬件平臺的設(shè)計與實現(xiàn)

    2.1無線傳感器節(jié)點的特點

    無線傳感器節(jié)點作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，具有以下特點：

    a）微型化。應(yīng)用中的傳感器節(jié)點要高度集成化，保證對目標系統(tǒng)的特性不會造成影響。

    b）低功耗。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點有嚴格的電源要求，因為網(wǎng)絡(luò)往往部署在無人值守的地方，節(jié)點使用電池供電，不能頻繁更換電池，因此，如何節(jié)省電能是應(yīng)用的首要問題。

    c）計算能力和存儲容量有限。傳感器節(jié)點都有嵌入式微處理器和存儲器，嵌入式微處理器的處理和存儲器的存儲容量有限，因此傳感器的計算能力十分有限。

    d）通信能力有限。傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信帶寬窄，覆蓋范圍小，還經(jīng)常受到自然環(huán)境的影響，導(dǎo)致傳感器節(jié)點通信失敗。因此，網(wǎng)絡(luò)的自恢復(fù)性、抗毀性也是應(yīng)解決的重點問題。

    e）傳感器數(shù)量多，分布范圍廣。網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點密集，數(shù)量巨大，此外，傳感器網(wǎng)絡(luò)可以分布在很廣的地域。因此，維護十分困難，傳感器網(wǎng)絡(luò)的軟、硬件必須具有高強壯性和容錯性。

    2.2節(jié)點的組成與核心模塊設(shè)計

    傳感器節(jié)點完成對周圍環(huán)境中對象的感知并進行適當?shù)奶幚砗�，將測量值無線傳送給監(jiān)控中心。因此，傳感器節(jié)點的基本功能是：準確地采集環(huán)境參數(shù)的值，并進行初步的處理，遇險情時進行聲光報警；接收監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)請求命令，將采集的數(shù)據(jù)發(fā)往監(jiān)控中心等。

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