无线传感器网络节点介绍.docx

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1、基于系统集成技术的节点类型和特点在节点的功能设计和实现方面,目前常用的节点均为采用分立元器件的系统集成技术。已出现的多种节点的设计和平台套件,在体系结构上有相似性,主要区别在于采用了不同的微处理器,如AVR系列和MSP430系列等;或者采用了不同的射频芯片或通信协议,比如采用自定义协议、802.11协议、ZigBee[1]协议、蓝牙协议以及UWB通信方式等。典型的节点包括BerkeleyMotes[2,3],SensoriaWINS[4],MITµAMPs[5],InteliMote[6],IntelXScalenodes[7],CSRIO研究室的CSRIO节点[

2、8]、Tmote[9]、ShockFish公司的TinyNode[10]、耶鲁大学的XYZ节点[11]、smart-itsBTNodes[12]等。国内也出现诸多研究开发平台套件,包括中科院计算所的EASI系列[13-14],中科院软件所、清华大学、中科大、哈工大、大连海事大学等单位也都已经开发出了节点平台支持网络研究和应用开发。这些由不同公司以及研究机构研制的无线节点在硬件结构上基本相同,包括处理器单元、存储器单元、射频单元,扩展接口单元、传感器以及电源模块。其中,核心部分为处理器模块以及射频通信模块。处理器决定了节点的数据处理能力和运行速度等,射频通信模块决定

3、了节点的工作频率和无线传输距离,它们的选型能在很大程度上影响节点的功能、整体能耗和工作寿命。目前问世的传感节点(负责通过传感器采集数据的节点)大多使用如下几种处理器:ATMEL公司AVR系列的ATMega128L处理器,TI公司生产的MSP430系列处理器,而汇聚节点(负责会聚数据的节点)则采用了功能强大的ARM处理器、8051内核处理器、ML67Q500x系列或PXA270处理器。这些处理器的性能综合比较见表1。表1、无线传感器网络节点中采用的处理器性能比较性能参数处理器ATMega128LMSP430F1611ML67Q5002PXA270总线带宽(位)81

4、63232时钟频率(MHz)7.3728460Upto520工作电压3.33.33.32.5/3.3工作电流20mA600uA120mA-休眠电流25uA4.3uA20uA-内部FLASH128KB48KB+256B256KB-内部SRAM4KB10KB32KB-在无线传感器网络中,广泛应用的底层通信方式包括使用ISM波段的普通射频通信、具有802.15.4协议和蓝牙通信协议的射频通信。使用普通ISM频段的无线传感器网络节点根据在不同的国家和地区对于ISM波段频率的定义不同,一般将通信频率设置为433MHz或者868/915MHz。在硬件的设计中,所采用的芯片包括

5、Chipcon公司的CC1000,Nordic公司的nrf903,Semtech公司的XE1205。还有部分无线传感器网络节点使用了带有802.15.4/ZigBee协议的通信芯片,具有这样协议的芯片包括Chipcon公司的CC2420,RFWave公司的RFW102芯片组。还有部分节点采用了Bluetooth协议进行通信,具有Bluetooth协议的芯片组包括Ericsson公司生产的ROK101007等。上述这些射频芯片的性能比较以及代表性节点的性能比较见表2和表3。表2、无线传感器网络节点中采用的射频模块综合比较性能参数射频模块CC1000nrf903XE

6、1205CC2420RFW102ROK通信频率(MHz)300~1000433/868/915433/868/915240024002400调制方式FSKGFSKFSKO-QPSKASKGFSK编码方式NRZ/曼彻斯特直接同/异步NRZDSSSDSSSFHSS工作电压(V)2.7~52.7~3.32.4~3.92.1~3.62.4~3.63~5最大输出功率(dbm)101015074灵敏度(dbm)-110-104-110-94-77-40传输速度(kbps)76.876.8153.225010001000接收电流(mA)7.418.51419.77协议无无无80

7、2.15.4/ZigBee802.15.4/ZigBeeBluetooth表3、无线传感器网络节点综合比较无线节点参数处理器射频芯片扩展存储器特点Mica2ATMega128LCC1000512KB低功耗、电源监测、全球唯一地址MicazATMega128LCC2420512KB低功耗TmoteMSP430F1611CC2420-USB接口、超低功耗,集成温湿度、光照度传感器CSIROATMega128Lnrf9034KBGFSK调制,误码率低TinyNode584MSP430F1611XE1205512KB无线传输速率高,距离远Imote2PXA270CC24

8、2032M

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