无线传感网络应用设计

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1、第10章无线传感网络应用设计无线传感网络具有很强的应用相关性，在不同的应用要求下需要配套不同的网络模型、软件系统和硬件平台。无线传感网络与传统的无线通信网络有很大的区别，传统的无线通信网络的首要设计目标是提供尽可能高的服务质量，节点的能量可以补充，因此能量消耗是次要考虑的问题。而无线传感网络的节点不能补充能量，尽可能延长网络系统的生存周期成为无线传感网络的首要设计目标。通过本章的学习，读者可以掌握在组建和部署无线传感网络应用的过程中，关于传感器网络系统的硬件设计与软件开发的一些重要内容，如功能单元、设计原则、芯片选

2、型、电源选择、操作系统选择、开发环境建立、软件开发工具等。本章还以常用的温湿度采集与无线网络传输为例，并给出了部分程序代码。10.1无线传感节点的设计原则无线传感网络中的感知节点是一个完整的嵌入式系统，要求其各个模块的性能必须是相互协调和高效的，各个模块的选择可以根据实际的应用系统来权衡和取舍。由于无线传感网络的工作特点，在设计无线传感器节点设计的时候需要遵循一些基本原则。1．最大限度地降低功耗由于多数无线传感网络节点采用电池供电，加之不同的工作环境差异极大，传感器数量大，低功耗是无线传感网络节点设计的重要准则。设

3、计时从硬件和软件两个方面降低功耗，硬件上尽可能使用低电压、低功耗的芯片；软件上可以添置电源管理功能，合理分配能量，使得电池的使用时间尽量长。2．微型化无线传感网络节点在保证对目标系统本身的特性不会造成影响的基础上，要求在体积上尽可能的小。在某些应用场合，甚至需要目标系统能够小到不容易让人察觉的程度，以完成一些特殊任务。在软件方面，要求所有软件模块都应该精简，没有冗余代码，对不同的应用系统需要配套不同的软件代码。3．扩展性和灵活性无线传感网络节点需要定义统一、完整的外部接口，在需要添加新的硬件部件时，可以在现有节点上

4、直接添加，而不需要开发新的传感器节点。可以根据需要开发多种应用，在相同的硬件平台上实现多种应用。软件的扩展性体现在节点的软件不需要额外设备就可以自动升级。4．稳定性和安全性传感器节点的各个部件都能够在给定的外部变化范围内正常工作，在给定的温度、湿度、压力等外部条件下，传感器网络节点的各个模块都要保证正常的功能，因此传感器节点必须具有稳定性和安全性。稳定性在软件上也要得到保证，一方面要保证逻辑上的正确性与完整性，另一方面保证硬件出现问题时，能够及时感知并采取积极的措施，如协议栈复位、看门狗设计等。5．低成本31低成本

5、是无线传感网络节点的基本要求。只有低成本，才能大量地布置在目标区域中，也才能表现出无线传感网络的各种优点。低成本的客观要求也产生了对传感器节点各个部件提出了苛刻的要求。10.2无线传感节点的功能模块在本书第一章中，对无线传感网络感知节点的基本功能单元进行了划分，主要包括传感单元、处理单元（包括存储器）、无线通信单元、供电单元等部分，下面介绍这4个部分承担的工作以及器件选型。1．传感单元传感技术的发展经历了3个阶段：一般传感器、智能传感器、无线传感器。早期的一般传感器只能实现数据的采集。智能传感器是在一般传感器的基础

6、上进行改进，使传感器具有计算处理能力，这样传感模块不但能够实现数据等信息的实时采集，还能对采集到的数据信息进行一定程度的计算和处理，便于进行监控。无线传感器则是在智能传感器的基础上集成无线功能的模块，使得传感器不再是单独的数据采集模块，而是一个能够实现数据实时采集、计算和处理，数据信息交换和控制的有机整体。无线传感模块是无线传感网络中的节点，它是无线传感网络的基本组成部分，属于无线技术中较为底层的一个分支。传感器模块中可应用的传感器种类很多，有麦克风、光传感器、温度传感器、湿度传感器、振动传感器、磁传感器、加速度传

7、感器、烟雾传感器、红外传感器，等等。随着技术的发展，传感器本身的性能也在提高，如有些温湿度传感器系列能支持低功耗模式，采集完数据后，自动转入休眠状态。例如，美国Crossbow公司基于Mica节点开发了一系列传感器板，采用的传感器有光敏电阻ClairexCL94L、温敏电阻ERTJ1VR103J（松下电子公司）、加速度传感器ADIADXL202、磁传感器HoneywellHMC1002等。温湿度传感器SHTxx系列能支持低功耗模式，采集完数据后自动转入休眠模式，电流小于1μA。多数传感器的输出是模拟信号，而无线传感

8、网络是数据网络，需要进行A/D转换。在网络节点配置模/数和使用数字换能器接口都是常采用的方案。传感器网络除了对现场的特定物理量进行监测外，如果需要控制现场的一些物理量，在传感器模块中还可以和各种执行器（如电子开关、声光报警设备、微型电机等）结合兼具监测和控制的功能。传感器电源的供电电路设计对传感器模块的能量消耗来说非常重要。对以小电流工作的传感器（几百微安）