无线传感器网络第5讲-节点结构

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1、传感器网络节点结构2本章目标无线传感器网络中构成一个节点的主要组件控制器，射频调制解调器，传感器，电池理解这些组件的能量损耗方面考虑不同操作模式的透视图和不同能量损耗对协议设计有什么样的影响传感器节点的操作系统支持一些示例节点注解:本章的细节是WSN专有的；能量损耗原理也适用于MANET3概要传感器节点结构能量供应和损耗传感器节点的运行时间环境个案研究:TinyOS4传感器节点结构一个WSN节点的主要组件控制器通信装置传感器/驱动器存储器能量供应MemoryControllerSensor(s)/actuat

2、or(s)CommunicationdevicePowersupply5Adhoc节点结构核心:本质上一样但是:更多辅助设备硬盘，显示器，键盘，声音接口，照相机，…本质:一个笔记本电脑级的装置6控制器主要选择:微控制器–通用处理器，嵌入式应用的最佳化，低能量损耗数字信号处理器–信号处理任务的最佳化，在这里并不匹配现场可编程门阵列–可能对测试有益专用集成电路–只有当需要最佳性能，并不灵活微处理器示例德州仪器的MSP43016位精简指令集计算机内核，相当于4MHz，支持2-10kbytesRAM的版本,一些资料获

3、取控制系统，收发始终，价格从0.49美金开始爱特梅尔公司的ATMega8位的控制器，内存比MSP430，但是处理速度比MSP430慢7通信装置哪种传输介质?无线电频率上的电磁波?电磁波，光?超声波?无线电收发机以无线波的形式传输一个比特流或者字节流接受无线波之后把它转回为比特流或字节流ü8收发器特征性能接口：比特，字节，分组级？支持的频率范围典型的是ISM的433MHz–2.4GHz频带多路通道?数据速率?范围?能量特征接收数据的能量损耗？不同状态转换的时间和能量损耗？传输功率控制？功率效率(发射功率中消耗功率

4、的百分比?)无线电性能调制?(ASK,FSK,…?)噪声因数?NF=SNRI/SNRO增益?(信号放大)接收机灵敏度?(达到给定Eb/N0的最小S)阻塞性能(在提示的频率偏移干涉下达到的BER)带外辐射载波检测&RSSI特征频率稳定度(举例来说.,温度变化）电压范围9收发器状态收发器可以进入不同的运行状态，典型的是：发射接收闲置–准备接收，但是并没有接收计算机硬件的一些功能可以关闭，这样可以减少一些能量损耗睡眠–收发机的有效部分被关闭不能立即接收信息离开睡眠状态的恢复时间和启动能量对收发器意义重大研究问题:唤醒

5、接收器–当收发器处于睡眠状态时可以通过无线电唤醒(看起来是矛盾的!)10无线收发机的例子几乎是不限种类的都可用一些例子RFMTR1000一族916或868MHz400kHz带宽多达115,2kbps开关键控或者ASK输出功率动态可协调最大功率大约是1.4mW功率损耗低ChipconCC1000频率范围从300MHz到1000MHz,，在250Hz步上可编程FSK调制提供RSSI（接收信号强度指示）ChipconCC2400802.15.4工具2.4GHz,DSSS调制解调250kbps比上述的收发机有更高的功率

6、损耗InfineonTDA525x一族举例来说.,5250:868MHzASK或者FSK调制RSSI,，高效的功率放大智能的电源中断，“自我查询”机制极好的抗阻塞性能11Adhoc网络中无线接收机的例子Adhoc网络:通常需要更高的数据速率典型的Adhoc网络是IEEE802.11b/g/a数据速率高达54MBit/s相对的长途通讯(100sofmeterspossible,typical10sofmetersathigherdatarates)在可移动的环境中工作的相当好(不过当然不会是完美的)问题:设备昂贵

7、，功率相当缺乏12唤醒接收器主要能量问题：接收过程空运转和准备接收会消耗相当大量的功率什么时候开启接收器是不明确的基于MAC协议的争辩：接收器总是开着的基于MAC协议的TDMA：在高处同步，是不能变的令人满意的是:接收器可以（只能）检测到收文当检测到信号时唤醒主要的接收器实时接收理想的是：唤醒的接收机可以处理简单的地址然而，我们并不清楚能否真正的建立起来它们13光通信光通信消耗的能量更少全反射。举例:通过角形反射器被动读出信息如果镜子在正确的角度，激光会被直接返回到源处可以称镜子是阻止反射的！它允许数据被送回激

8、光源200µm14超宽带通信标准的无线收发机：将一个信号调制到载波上需要相当小的带宽变换方法:使用一个大带宽,不调制,只是发射一个突发激励几乎形成一个矩形脉冲脉冲非常短在脉冲存在/消失的时候编码信息需要接收机完全的时钟同步相当短的范围（通常上）优势对多径传播相当有弹力Prettyresilienttomulti-pathpropagation很好的测距能力好的墙壁穿透能力15传感器本身