无线传感器网络的监控平台研究

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1、http://www.paper.edu.cn无线传感器网络的监控平台研究李永战，冯立波，蔡浩，赵洋，苏进，冯贤文，高迪北京邮电大学自动化学院，北京（100876）E-mail：lyz0115103@163.com摘要：本文介绍了无线传感器网络监控平台的体系结构，分析了国内外当前典型的硬件节点，重点讨论了目前无线传感器网络节点常用的处理器、射频芯片和传感器各自的特点，最后介绍了几种国内外比较典型的后台软件。关键词：无线传感器网络，监控平台，硬件节点，后台软件中图分类号：TN981.引言无线传感器网络(WirelessSensorNetworks,WSNs)综合了传感器技术、嵌

2、入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，获得详尽而准确的信息，传送到需要这些[1,2]信息的用户。无线传感器网络具有十分广阔的应用前景，成为进入2000年以来公认的新兴前沿热点[3,4]研究领域，被认为是将对21世纪产生巨大影响力的技术之一。主要应用在军事、环境、健康、家庭和其他商业领域。当然，在空间探索和灾难拯救等特殊领域，WSN也有其得天[5]独厚的技术优势。同许多技术一样，早期提出的无线传感器网络应用也是在军事方面。在军事领域，美国陆军提出的“智能传感器网络通信计划”和“无

3、人值守地面传感器群”项目，美国海军确立了“传感器组网系统”项目、“协同作战能力”研究等。许多无线传感器网络的相对[6]位置判断功能使得网络节点可用反向天线阵（由随机分布的辐射单元组成）的辐射单元，[7,8]这种天线阵能够将传感器网络感知到的数据从敌军阵地中传送出来。环境监控中应用无[9]线传感器网络是很自然的，ALERT系统中就有数种传感器来监测降雨量、河水水位和土壤[10]水分，并依此预测爆发山洪的可能性。无线传感器网络在健康监测方面的应用主要有两类。一类是运动员身体机能监测，如通过可穿戴传感器测量运动员的脉搏和呼吸速率，然后[11][12]将这些信息传送到通用计算机以被分

4、析。另一类是家庭健康监测，如个人体重管理等，可以将病人的体重信息以无线方式传输到通用计算机中保存起来。其他例子包括监测糖尿病[13,14]患者每天的血糖量，远程监控慢性病患者等。家庭是无线传感器网络的一个巨大应用空[15]间。如基于无线传感器网络的信息家电，这种家电可以互相紧密合作并与房屋居住者透[16][17]明互动。这些网络是诺曼提出的信息家电的延伸。探索外部星球一直是人类梦寐以求的理想，借助于航天器布撒的传感器网络节点实现对星球表面长时间的监测，是一种经济可[18]行的方案。NASA的JPL(JetPropulsionLaboratory)实验室研制的SensorWeb

5、s就是为将来的火星探测进行技术准备的，己在佛罗里达宇航中心周围的环境监测项目中进行测试和完善。灾难拯救也是一个应用无线传感器网络的重要领域，目前一种无线救灾系统——雪崩救[19]灾信标——已经上市。无线传感器网络在其他商业领域也得到了应用，如在车辆监测和[20]跟踪系统中成功地应用了传感器网络。在学术领域，美国的多个著名高校和研究机构都在从事WSNs的理论和应用方面的研究，并且处于领先地位。比如，加州大学伯克利分校研制的传感器系统“智能尘埃”(SmartDust)[21]，其体积只有一立方毫米，可以悬浮在空中。加州大学洛杉矶分校研制了WINS无线集-1-http://www.

6、paper.edu.cn[22]成网络传感器(Wirelessintegratednetworksensors)。在国内，中科院上海微系统研究所、沈阳自动化所、软件研究所、计算所、电子所、自动化所和合肥智能技术研究所等科研机构，哈尔滨工业大学、清华大学、北京邮电大学、西北工业大学、天津大学和国防科技大学等院[23]校在国内较早开展了这一领域的研究，并已经取得一些初步成果。2.无线传感器网络监控平台的体系结构无线传感器网络应用过程中面临着一系列挑战性的问题，例如通信能力有限、电源能量有限及计算能力有限等等。由于无线传感器网络资源受限的特性，并且缺乏与用户网络的接口，在应用过程中

7、其可视化受到很大的限制。结果，很难找到发展和使用过程中产生的问题。信息获取及处理的监控平台因此成为发展无线传感器网络应用中的一个关键问题。平台由硬件节点和后台软件组成：无线传感器网络中获取数据的普通节点，与通用计算机相连的汇聚（sink）节点和运行在通用计算机上的后台软件，如图1所示。普通节点通过自身的传感器，获取周围环境中用户感兴趣的数据，并组成AdHoc网络，通过多跳中继的方式，将数据传送到sink节点。sink节点通过串行接口板将数据送到通用计算机。后台软件从通用计算机串口读取数据，进行可视化显示