无线传感器网络节点的软件设计方案

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1、无线传感器网络节点的软件设计方案绪论1.1课题背景无线传感器网络作为一门新兴的，跨学科的技术，已经引起了国内外相关领域的广泛关注，被列为全球未来三大高科技产业之一，其发展速度惊人，并有着广阔的前景。无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术以及无线通信技术等多个领域的关键技术，无线传感器网络中的节点之间能够写作的实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种客观环境或监测对象的数据信息，并对这些信息进行处理，有选择性的将有用信息传输给需要这些信息的用户。另一个方面，近几年人们提出了物联网（InternetofThings,IOT【1】）的概念，它可以

2、认为是“物物相连的互联网”，通过把感应器、处理器和无线通信模块等设备嵌入到电网、铁路、桥梁、建筑、电器等各种物体中，使它们相互连接，构成物联网，它被称为是继计算机技术、互联网和移动通信网之后的又一次信息产业浪潮，由物联网和互联网构成智慧地球。智慧地球的基础是需要世界更全面的互联互通和更深入的智能化，它涉及几乎所有的行业并赋予人们能力去越来越智慧地解决问题。国际上有多个国家和地区已经启动了相应的研究计划，如我国的“感知中国”概念、日本的U-Japan计划、韩国的U-Korea计划、美国的“智慧地球”等，而欧洲智能系统集成技术平台（EPoSS）在《InternetofTh

3、ingsin2020》中分析预测，未来物联网的发展将经历四个阶段：2010年之前RFID被广泛应用于物流、零售和制药领域，2010~2015年物体互联，2015~2020年物体进入半智能化，2020年之后物体进入全智能化。这些技术的发展和应用，都为无线传感器网络的发展提供了良好的外部环境，无线传感器网络将形成巨大的、全新的制造、运营产业。美国总统信息科技顾问委员会的报告指出，无线传感器网络是21世纪最具有科技重要性和经济前途的九大领域之一。48无线传感器网络是信息感知和采集技术的一场革命，作为一个崭新的研究领域在基础理论和工程应用两个方面向科技工作人员提出了大量的挑战

4、性研究课题。在此背景下，本文主要研究的是无线传感器网络节点的设计。1.1无线传感器网络的特点无线传感器网络（WirelessSensorNetwork，WSN【2】）是一种全新的信息获取平台，能够实时监测和采集网络分布区域内的各种监测对象的信息，并将这些信息发送到网关节点，以实现复杂的指定范围内的目标检测与跟踪。无线传感器网络结构（如图1-1）。图1-1典型的无线传感器网络结构无线传感器网络由大量功能相同或不同的无线传感器节点组成，每一个传感器节点由数据采集某块(传感器、A/D转换器)、处理器模块(微处理器)、通信模块(无线收发器)和供电模块(电池、DC/DC能量转换

5、器)等组成(如图1-2)。处理器模块通信模块数据采集模块供电模块48图1-2传感器节点结构框图其中，数据采集模块主要负责数据的收集，并将其传给处理器单元；处理器模块接收来自数据采集模块发送的数据并将其传给通信模块的接收端；通信模块分为接收模块和发送模块，发送模块将从处理器接收的数据发送给数据模块，完成通信；通电模块为整个节点的各个模块正常工作提供所需的能量。无线传感器网络具有以下特点【3】：(1)能量资源有限网络节点由电池供电，而电池的容量是有限的，这就决定了可用的能量石有限的，无线传感器网络一般应用在环境比较恶劣的地方，有的地方人类有甚至不能到达，这些特殊性决定了在

6、应用的过程中不能及时地更换电池，无法给无线传感器网络补充能量，因此，需要高效地使用能量来最大化网络生命周期。(2)硬件资源有限传感器节点是一种微型嵌入式设备，无线传感器网络中会部署很多传感器节点，要高效地使用能量就需要各节点具有低功耗、低成本的特点。由于能量有限，所能携带的处理器也有限，处理能力相对较弱，导致计算能力和存储能力有限。在硬件设备受限的条件下，传感器要完成正常的工作，如数据的采集、转换、管理、处理等，就要优化设计以实现硬件的协调工作。(3)大规模性无线传感器网络的大规模性包括两个方面：一个方面是传感器节点通常分布在很大的地理区域内，在这些区域内需要部署许多

7、传感器节点；另一个方面，在一定的比较小的空间内分布大量传感器节点，因此传感器的分布比较密集。这种大规模性的优点是：由于可以通过许多空间视角观察传感器网络，因此获得的信息具有更大的信噪比；大量冗余节点的存在，使无线传感器网络具有特别强的容错性；增大了监测区域的覆盖，可以减少盲区；通过利用分布式算法处理大量信息可以降低对单个传感器节点精度的要求。(4)自组织性在无线传感器网络中，传感器节点往往被安置在没有基础结构的地方，通常是通过飞机播撒到未知区域，其位置不能预先精确设定，节点之间的相互邻居关系也不知道，这就要求传感器网络具有自组织的能力。网络节点播撒后