简单物联网节点集成设计与实验(2)

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4 具体实验设计 11

4.1 处理器模块设计 12

4.2 无线通信模块 13

4.3 传感器模块 13

4.4 汇聚节点设计 21

4.5 传感器节点软件设计 21

5 实验及结果分析 22

5.1 网络性能试验 22

5.2 传感器读取数据实验 23

结论 25

致谢 26

参考文献 27

1 绪论

1．1 传感器节点原理和特点

无线传感器网络是由大量体积小，成本低，具有无线通信、环境传感、数据处理等能力的传感器节点组成的。传感器节点一般包括4个基本单元：传感单元(由传感器和模数转换功能模块组成)、处理单元(包括CPIJ、存储器和嵌入式操作系统等)、无线通信单元以及电源管理单元[1]。此外，根据应用目的和使用环境的不同，节点上还会配置一些特殊功能单元，例如：电源自供电系统、全球定位系统等等。图1-1给出了传感器节点的典型功能结构。

传感器节点的典型功能结构

图1-1传感器节点的典型功能结构

节点既是信息的采集和发出者，也充当信息的路由者，采集的数据通过多跳路由到达网关。网关(Sink Node)也是一个特殊的节点，可以通过Internet、移动通信网络、卫星等与监控中心通信，也可以利用无人机飞越网络上空，通过网关采集数据。正是由于无线传感器网络具有比较特殊的使用环境和工作方式，用于组建网络的传感器节点在设计上也存在着很多独特之处。传感器节点的主要特点有：节点硬件资源及其有限，成本较低，节点能源再补给困难，能量效率要求高，节点存在较高故障率，网络需要动态拓扑，节点数量众多，分布密集，但一般不需要移动节点集成度高，外形微小，不易被人发现。

1.2 无线网络体系结构

无线传感器网络的典型工作方式如下：使用飞行器将大量传感器节点抛撒到感兴趣区域，节点通过自组织快速形成一个无线网络。在无线传感器网络中，每个传感器节点的功能都是相同的。大量节点被布置在整个观测区域中，各个节点将所探测到的有用信息经过初步的数据处理和信息融合之后传送给用户。数据传送的过程是通过相邻节点接力传送的方式传送回基站，然后再通过基站以卫星信道或者有线网络连接的方式传送给最终用户[2]。图1-2给出了一个无线传感器网络的系统结构，包括分布式节点(群)、网关单元(Sink)、互联网(或卫星等)和任务管理界面等。

无线传感器网络的系统结构

1.3 无线传感网络技术发展历史

从最初的概念雏形逐步发展到如今较为成熟的软／硬件体系，无线传感器网络技术的发展大致可分为四个阶段。第一代20世纪70年代点对点传输，具有简单信息获取能力。笫二代20世纪80年代扶取多种信息的综合能力，采用串／并接口与传感控制器相联。第三代20世纪90年代后期智能传感器采用现场总线连接传感控制器构成局域网络。第四代刚刚兴起以尤线传感器列络为标志，正处于研究和开发阶段。论文网