【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。2) 數(shù)據(jù)融合在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)傳感器采集數(shù)據(jù)并將它發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)終端。但是在數(shù)據(jù)的采集和傳輸過(guò)程中，總要對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，因此存在如何對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、融合的問(wèn)題。如果完全在本地節(jié)點(diǎn)上處理采集的數(shù)據(jù)而只發(fā)送處理后的結(jié)果，可以降低傳輸數(shù)據(jù)的功耗，但增加了本地節(jié)點(diǎn)處理器的功耗；如果傳輸原始采集的數(shù)據(jù)，可以降低節(jié)點(diǎn)處理器的功耗但增加了節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)的功耗。因此，如何對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與融合對(duì)降低節(jié)點(diǎn)能耗起到相當(dāng)大的作用。通常網(wǎng)絡(luò)中的傳感器數(shù)量很多，傳感器采集的數(shù)據(jù)具有一定的冗余度，因此將多個(gè)節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)相互結(jié)合起來(lái)進(jìn)行處理可以降低整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸量，有效降低系統(tǒng)功耗，問(wèn)題是如何尋找本地節(jié)點(diǎn)處理與節(jié)點(diǎn)聯(lián)合處理的平衡點(diǎn)。3) 定位技術(shù)位置信息是傳感器節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)中不可缺少的部分，沒(méi)有位置信息的監(jiān)測(cè)消息通常毫無(wú)意義。為了提供有效位置信息，隨機(jī)部署的傳感器節(jié)點(diǎn)必須能夠在布置后確定自身位置。由于傳感器節(jié)點(diǎn)存在資源有限、隨機(jī)部署、通信易受環(huán)境干擾甚至節(jié)點(diǎn)失效等特點(diǎn)，定位機(jī)制必須滿足自組織性、健壯性、能量高效、分布式計(jì)算等要求?，F(xiàn)有的WSN定位算法根據(jù)定位機(jī)制的不同，可以分為基于測(cè)距的方法與不基于測(cè)距的方法兩類。基于測(cè)距的定位機(jī)制利用到達(dá)時(shí)間延遲、信號(hào)到達(dá)時(shí)差和接收信號(hào)強(qiáng)度來(lái)估計(jì)距離或來(lái)波方向，然后使用三邊測(cè)量法或最大似然估計(jì)等計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)的位置。而不基于測(cè)距的定位機(jī)制無(wú)需距離或角度信息，或者不用直接測(cè)量這些信息，僅根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的連通性等信息實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的定位。距離無(wú)關(guān)的定位機(jī)制的定位性受環(huán)境因素的影響小，雖然定位誤差相應(yīng)有所增加，但定位精度能夠滿足多數(shù)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需求，是目前大家重點(diǎn)關(guān)注的定位機(jī)制[20]。4) 無(wú)線通信技術(shù)傳感器網(wǎng)絡(luò)需要低功耗短距離的無(wú)線通信技術(shù)。，把低功耗、低成本作為設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。，因此很多研究機(jī)構(gòu)把它作為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線通信平臺(tái)。另外，超寬帶無(wú)線通信以其高速率、低功耗、抗多徑、低成本等諸多優(yōu)勢(shì)，已成為室內(nèi)短距離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的首選方案，這為WSN的數(shù)據(jù)傳輸開(kāi)辟了一種嶄新的方案。5) 時(shí)間同步傳感器網(wǎng)絡(luò)中由于節(jié)能策略,節(jié)點(diǎn)在大部分時(shí)間是休眠的,所以要求解決通信同步問(wèn)題,即通信節(jié)點(diǎn)雙方需要在通信時(shí)同時(shí)喚醒。另外,傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò),所有節(jié)點(diǎn)在通信上地位對(duì)等,沒(méi)有優(yōu)先級(jí)可言。所以要讓整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能夠工作在有效狀態(tài),往往需要做到全網(wǎng)或者一定范圍內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的同步,而不是通信雙方的簡(jiǎn)單同步。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從無(wú)線傳感器組網(wǎng)形態(tài)和方法來(lái)看，有集中式、分布式和混合式。集中式類似于移動(dòng)通信的蜂窩結(jié)構(gòu)，可以集中管理；分布式結(jié)構(gòu)類似于Adhoc網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可自組織網(wǎng)絡(luò)接入連接，可以分步管理；混合式結(jié)構(gòu)是集中式和分布式結(jié)構(gòu)的組合。其中無(wú)線傳感器按節(jié)點(diǎn)功能及結(jié)構(gòu)層次來(lái)看，有可分為平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、分級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[21]。1) 平面網(wǎng)絡(luò)：結(jié)構(gòu)如下圖22所示，是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中最簡(jiǎn)單的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都為對(duì)等結(jié)構(gòu)，具有完全一致的功能特性，也就是每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含相同的MAC、路由、管理和安全等協(xié)議。但是由于采用自組織協(xié)同算法形成網(wǎng)絡(luò)，其組網(wǎng)算法比較復(fù)雜：圖22 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig 22 level network structure of Wireless sensor network2) 分級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（層次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）：如下圖23所示，分級(jí)網(wǎng)絡(luò)分為上層和下層兩個(gè)部分—上層為中心骨干節(jié)點(diǎn)；下層為一般傳感器節(jié)點(diǎn)。骨干節(jié)點(diǎn)之間或者一般傳感器節(jié)點(diǎn)間采用的是平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，然而骨干節(jié)點(diǎn)和一般節(jié)點(diǎn)之間采用的是分級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。一般傳感器節(jié)點(diǎn)沒(méi)有路由、管理及匯聚處理等功能。圖23 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig 23 hierarchical network structure of wireless sensor network3) 混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：如下圖24所示，混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時(shí)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和分級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的一種混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)和分級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同的是一般傳感器節(jié)點(diǎn)之間可以直接通信，可不需要通過(guò)匯聚骨干節(jié)點(diǎn)來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，但是對(duì)所需硬件成本更高[22]。圖24無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig 24 hybrid network structure of Wireless sensor network4) Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：如下圖25所示，這是新型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這是種規(guī)則分步的網(wǎng)絡(luò)，不同于完全連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通常只允許和節(jié)點(diǎn)最近的鄰居通信。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)一般也是相同的，因此Mesh網(wǎng)絡(luò)也稱為對(duì)等網(wǎng)。由于通常Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)之間存在多條路由路徑，網(wǎng)絡(luò)對(duì)于單點(diǎn)或單個(gè)鏈路故障具有較強(qiáng)的容錯(cuò)能力。其中優(yōu)點(diǎn)就是盡管所有節(jié)點(diǎn)都是對(duì)等的地位[23]，且具有相同的計(jì)算和通信傳輸功能，某個(gè)節(jié)點(diǎn)可被指定為簇首節(jié)點(diǎn)，而且可執(zhí)行額外的功能，一旦簇首節(jié)點(diǎn)失效，另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以立刻補(bǔ)充并接管原簇首那些額外執(zhí)行的功能。圖25無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig 25 Mesh network structure of Wireless sensor network從技術(shù)上看，基于Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的無(wú)線傳感器具有以下特點(diǎn)：：這種類型的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是由一個(gè)傳感器或執(zhí)行器構(gòu)成且連接到一個(gè)雙向無(wú)線收發(fā)器。：網(wǎng)內(nèi)每個(gè)節(jié)點(diǎn)至少可以和一個(gè)其他節(jié)點(diǎn)通信，這種方式可以實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)的集線式或星型拓?fù)涓玫鼐W(wǎng)絡(luò)連接性。具有自我形成、自愈功能，以確保存在一條更加可靠的通信路徑。：來(lái)自一個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)在其到達(dá)一個(gè)主機(jī)網(wǎng)關(guān)或控制器前，可以通過(guò)多個(gè)其余節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)。通過(guò)Mesh方式的網(wǎng)絡(luò)連接，只需短距離的通信鏈路，經(jīng)受較少的干擾，因而可以為網(wǎng)絡(luò)提供較高的吞吐率及較高的頻譜復(fù)用效率。：通?；净騾R聚節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性較低，感應(yīng)節(jié)點(diǎn)可移動(dòng)性較高。基站不受電源限制，而感應(yīng)節(jié)點(diǎn)通常由電池供電。：可以通過(guò)新型、Mesh等節(jié)點(diǎn)方式和其他網(wǎng)絡(luò)集成。無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)：如下圖26所示，無(wú)線傳感器由傳感器模塊、處理器模塊、無(wú)線通信模塊和能量供應(yīng)模塊這四部分組成。其中，傳感器模塊（傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器）負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)信息的采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；處理器模塊（CPU、存儲(chǔ)器、嵌入式操作系統(tǒng)等）負(fù)責(zé)控制整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的操作，存儲(chǔ)和處理本身采集的數(shù)據(jù)；無(wú)線通信模塊（網(wǎng)絡(luò)、MAC、收發(fā)器）負(fù)責(zé)與其他傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線通信；能量供應(yīng)模塊為傳感器節(jié)點(diǎn)提供運(yùn)行所需的能量，通常采用微型電池。圖26無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)Fig 26 Wireless sensor node structure除了這四個(gè)模塊外，傳感器節(jié)點(diǎn)還可以包括其他輔助單元，如移動(dòng)系統(tǒng)、定位系統(tǒng)和自供電系統(tǒng)等。由于傳感器節(jié)點(diǎn)采用電池供電，因此盡量采用低功耗器件，以獲得更高的電源效率。3 空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ZigBee技術(shù)。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)。這一名稱來(lái)源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動(dòng)翅膀的“舞蹈”來(lái)與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說(shuō)蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡(jiǎn)單的說(shuō)，Zigbee是一種高可靠的無(wú)線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)。ZigBee數(shù)傳模塊類似于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基站。通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的75m到幾百米、幾公里，并且支持無(wú)限擴(kuò)展。ZigBee是一個(gè)由可多到65000個(gè)無(wú)線數(shù)傳模塊組成的一個(gè)無(wú)線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊之間可以相互通信，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75m無(wú)限擴(kuò)展。與移動(dòng)通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)不同的是，ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，因而，它必須具有簡(jiǎn)單，使用方便，工作可靠，價(jià)格低的特點(diǎn)。而移動(dòng)通信網(wǎng)主要是為語(yǔ)音通信而建立，每個(gè)基站價(jià)值一般都在百萬(wàn)元人民幣以上，而每個(gè)ZigBee“基站”卻不到1000元人民幣。每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不僅本身可以作為監(jiān)控對(duì)象，例如其所連接的傳感器直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，還可以自動(dòng)中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)資料。除此之外，每一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(FFD)還可在自己信號(hào)覆蓋的范圍內(nèi)，和多個(gè)不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點(diǎn)(RFD)無(wú)線連接。ZigBee是一種無(wú)線連接，(全球流行)、868MHz(歐洲流行)和915MHz(美國(guó)流行)3個(gè)頻段上,分別具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的傳輸速率，它的傳輸距離在1075m的范圍內(nèi),但可以繼續(xù)增加。作為一種無(wú)線通信技術(shù)，ZigBee具有如下特點(diǎn)：1) 低功耗：由于ZigBee的傳輸速率低,發(fā)射功率僅為1mW,而且采用了休眠模式，功耗低,因此ZigBee設(shè)備非常省電。據(jù)估算，ZigBee設(shè)備僅靠?jī)晒?jié)5號(hào)電池就可以維持長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月到2年左右的使用時(shí)間,這是其它無(wú)線設(shè)備望塵莫及的。2) 成本低：ZigBee模塊的初始成本在6美元左右，—, 并且ZigBee協(xié)議是免專利費(fèi)的。低成本對(duì)于ZigBee也是一個(gè)關(guān)鍵的因素。3) 時(shí)延短：通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短，典型的搜索設(shè)備時(shí)延30ms,休眠激活的時(shí)延是15ms,活動(dòng)設(shè)備信道接入的時(shí)延為15ms。因此ZigBee技術(shù)適用于對(duì)時(shí)延要求苛刻的無(wú)線控制(如工業(yè)控制場(chǎng)合等)應(yīng)用。4) 網(wǎng)絡(luò)容量大：一個(gè)星型結(jié)構(gòu)的Zigbee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備，一個(gè)區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在最多100個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò),而且網(wǎng)絡(luò)組成靈活。5) 可靠：采取了碰撞避免策略，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙,避開(kāi)了發(fā)送數(shù)據(jù)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突。MAC層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸模式， 每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息。如果傳輸過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題可以進(jìn)行重發(fā)。6) 安全：ZigBee提供了基于循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能,支持鑒權(quán)和認(rèn)證，采用了AES128的加密算法,各個(gè)應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。ZigBee聯(lián)盟對(duì)ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的制定：、MAC層及數(shù)據(jù)鏈路層，標(biāo)準(zhǔn)已在2003年5月發(fā)布。ZigBee網(wǎng)絡(luò)層、加密層及應(yīng)用描述層的制定也取得了較大的進(jìn)展。[24]。其他應(yīng)用領(lǐng)域及其相關(guān)的設(shè)備描述也會(huì)陸續(xù)發(fā)布。，而且IEEE僅處理低級(jí)MAC層和物理層協(xié)議，因此ZigBee聯(lián)盟對(duì)其網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和API進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。完全協(xié)議用于一次可直接連接到一個(gè)設(shè)備的基本節(jié)點(diǎn)的4K字節(jié)或者作為Hub或路由器的協(xié)調(diào)器的32K字節(jié)。每個(gè)協(xié)調(diào)器可連接多達(dá)255個(gè)節(jié)點(diǎn)，而幾個(gè)協(xié)調(diào)器則可形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)路由傳輸?shù)臄?shù)目則沒(méi)有限制。ZigBee聯(lián)盟還開(kāi)發(fā)了安全層，以保證這種便攜設(shè)備不會(huì)意外泄漏其標(biāo)識(shí)，而且這種利用網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)距離傳輸不會(huì)被其它節(jié)點(diǎn)獲得。 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):星型結(jié)構(gòu)(Star)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(Mesh)和星網(wǎng)結(jié)構(gòu) (ClusterTrec)，如圖31所示。在星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，ZigBee協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的控制，無(wú)其它路由節(jié)點(diǎn)，ZigBee終端設(shè)備直接與zigBee。協(xié)調(diào)器通信，終端設(shè)備間的通信則需通過(guò)協(xié)調(diào)器轉(zhuǎn)發(fā)。這是最簡(jiǎn)單的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)通信范圍十分有限，單獨(dú)使用這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的情況很少。圖31 Zigbee的三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig 31 Three kinds network topology structure of ZigBee在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)和簇樹(shù)型網(wǎng)絡(luò)中，ZigBee協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的建立和初始參數(shù)設(shè)定，網(wǎng)絡(luò)都可以通過(guò)ZigBee路由器進(jìn)行擴(kuò)展。但是，在簇樹(shù)型網(wǎng)絡(luò)中，路由器采用分級(jí)路由策略傳送數(shù)據(jù)和控制信息，并且通常是基于信標(biāo)(Beacon)的通信模式。而在網(wǎng)狀網(wǎng)中則是完全對(duì)等的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，路由器不會(huì)定期發(fā)送信標(biāo)，僅在網(wǎng)內(nèi)設(shè)備要求時(shí)對(duì)其單播信標(biāo)。對(duì)于簇樹(shù)型網(wǎng)絡(luò)，其通信路由相對(duì)單一，骨干網(wǎng)絡(luò)中一旦有路由節(jié)點(diǎn)癱瘓，則相應(yīng)區(qū)域就進(jìn)入通信癱瘓狀態(tài)，要等待該部分網(wǎng)絡(luò)重組后，才能恢復(fù)通信。但是，簇樹(shù)型網(wǎng)定期發(fā)送信標(biāo)，使網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)能做到很好的同步，便于節(jié)點(diǎn)定期進(jìn)入休眠狀態(tài)，降低功耗，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。在網(wǎng)狀網(wǎng)中情況則恰好相反，完全的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信使路由有多種選擇，提高了網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)性，但是不定期發(fā)送信標(biāo)使網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)很難達(dá)到同步，必須采取別的手段來(lái)實(shí)現(xiàn)，如廣播。因此，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與簇樹(shù)結(jié)構(gòu)的層次融合，必定是ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一個(gè)發(fā)展方向。網(wǎng)狀網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是容錯(cuò)能力和可靠性高，缺點(diǎn)是不易維護(hù)和管理、費(fèi)用高、安裝復(fù)雜和不經(jīng)濟(jì)?；谝陨戏治?，故設(shè)計(jì)選擇星狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?？傮w設(shè)計(jì)圖如圖32：圖32 總體設(shè)計(jì)圖Fig 32 Overall design 傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)主要考慮以下幾點(diǎn)原則：1) 成本低：為了滿足工業(yè)控制上的某些需要，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般大量分布在被監(jiān)測(cè)區(qū)域，因此無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，降低成本。2) 功耗低：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般應(yīng)用人工方式現(xiàn)場(chǎng)采集困難的高危環(huán)境下，工作人員往往無(wú)法接近的場(chǎng)所，終端節(jié)點(diǎn)一般要求不能經(jīng)常更換供電設(shè)備，要求功耗盡可能較低。并要求節(jié)點(diǎn)通常在僅以小型電池供電的情況下，工作數(shù)月或更長(zhǎng)。所以在無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)中，節(jié)能是至關(guān)重要的。3) 尺寸?。簾o(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)尺寸應(yīng)盡量小，保證對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)本身不會(huì)造成影響。并能被放置在任何物理環(huán)境下，能適應(yīng)不同的環(huán)境要求。4) 擴(kuò)展性靈活性：無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)需要定義統(tǒng)一、完整的外部接口，在需要添加新的硬件部件時(shí)，可以在現(xiàn)有的節(jié)點(diǎn)上直接添加，不需要開(kāi)發(fā)新的節(jié)點(diǎn)。同時(shí)，節(jié)點(diǎn)可以按照功能拆分成多個(gè)組件，組件之間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口自由組合，維護(hù)方便。在不同的應(yīng)用環(huán)境下，選擇不同組件自由配置系統(tǒng)，這樣就不必為每個(gè)應(yīng)用都開(kāi)發(fā)一個(gè)全新的硬件系統(tǒng)[25]。 節(jié)點(diǎn)硬件總體結(jié)構(gòu)如圖33所示，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，一般由數(shù)據(jù)采集單元(各種傳感器)、數(shù)據(jù)處理單元(微控制器等)、數(shù)據(jù)收發(fā)單元(射頻收發(fā)器、天線等)、電池供電單元組成?？梢愿鶕?jù)具體要求在數(shù)據(jù)采集單元模塊上進(jìn)行相應(yīng)的傳感器的擴(kuò)充以完成特定數(shù)據(jù)采集。圖33傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)框圖Fig 3