无线传感器网络节点的系统研究

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1、无线传感器网络节点的系统研究符智杰莫庆龙陈嘉琪广东省科学院自动化工程研制中心广东广州510000摘要：本文通过总结无线传感器网络硬件节点的设计原则，提出了一种无线传感器网络通用节点设备的基本构架，设计实现了基于超低功耗处理器Atmega128L和射频芯片CC2420的无线传感器网络节点设备，其组成的网络系统性能稳定、通信效率高、功耗低，可以广泛应用于控制、信号采集与传输等领域。关键词：无线传感器网络、节点设计、通信网络技术中图分类号：F626文献标识码：A文章编号Abstract:thispapersummarizesthewirelesssensornetworkhardwarenod

2、eofthedesignprinciple,putforwardakindofwirelesssensornetworkgeneralnodethebasicframeworkoftheequipment,designrealizedbasedonlowpowerconsumptionprocessorAtmega128LandrfchipCC2420ofwirelesssensornetworknodeequipment,itsnetworkofsystemhasstableperformance,communicationwithhighefficiency,lowpowercons

3、umption,andcanbewidelyusedincontrol,signalacquisitionandtransmission,andotherfields.Keywords:wirelesssensornetwork,nodedesign,communicationnetworktechnology1引言随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟，具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器开始在世界范围内出现。本文就是面向具体的应用，以实现无线传感器网络无所不能的感知能力为目标，研究无线传感器节点的系统结构、组成和实现技术。通过总结无线传感器网络硬件节点的

4、设计原则，提出了一种无线传感器网络通用节点设备的基本构架，设计实现了基于超低功耗处理器Atmega128L和射频芯片CC24205的无线传感器网络节点设备。该设备具有能量自检测功能，并可以改变通用硬件接口上的数据采集部分实现多种不同类型的应用。采用模块化软件设计，引入有限状态机进行系统模式调度，设计实现了既能独立运行又支持嵌入式操作系统的节点适应层软件。2无线传感器网络硬件结构及通信2.1传感器网络硬件结构无线传感器网络典型的体系结构如图1所示。传感器节点分布于网络的各个部分，用于收集数据，并且将数据路由至信息收集节点（Sink）。信息收集节点与信息处理节点通过广域网络（如Interne

5、t网络或卫星网络）进行通信，从而对收集到的数据进行处理。网关传感器节点控制区域互联网、E星或移动通信网络监控中心图1无线传感器网络通信体系结构图无线传感器网络节点一般由4个部分组成：传感器模块、处理模块、无线收发模块和能量供应模块，如图2所示。其中，传感器模块负责信息采集和数据转换；处理模块控制整个传感器节点的操作，处理本身采集的数据和其他节点发来的数据，运行高层网络协议；无线收发模块负责与其他传感器节点进行通信；能量供应模块为传感器节点提供运行所需的能量，通常是微型蓄电池。传感器AC/DC处理器存储器网络MAC收发器传感器模块处理器模块无线通信模块能量供应模块5图2传感器节点的体系结构

6、2.2无线传感器网络通信2.2.1数据采集最底层的传感数据采集应用由自主的传感器节点提供的。每个传感器节点收集关于它周围环境的即时数据。由于传感器节点离观察点很近，故对传感器的精度要求并不高，降低了成本。高的空间分辨率可以通过布置密集的传感器节点来达到。而传统的传感应用方法是使用一些有着精密复杂的信号处理能力的高质量传感器。无线传感器网络结构则通过布置密集的传感器节点提供较高的健壮性，单个节点阻塞和组件失效不会造成太大的破坏。2.2.2传感数据到Internet我们可以将来自传感器节点的数据传输到Internet上，这些数据可能是原始的，或者被过滤过，或者被处理过。建立到每个传感器节点的

7、直接的广域网的连接是不可行的，因为设备代价太昂贵，它需要消耗传感器节点大量的能量，设备安装也容易对环境带来一些很大的干扰。因此在我们的传感器网络的系统结构中，到广域网的连接功能由基站完成，我们为基站设备提供足够的能量和存储空间。基站可以使用无线局域网与布置了传感器的小块领域通信（通过silk节点）。为了向终端用户提供数据，基站提供WAN连接，并且为传感器区域集合提供了永久性数据存储。3节点系统设计3.1节点系统结构节点硬件采取模块化