传感器节点结构/无线传感器网络

传感器节点是一种微型嵌入式设备，要求它的价格低、功耗小，些限制必然导致其携带的处理器能力比较弱、存储器容量比较小。为了完成各种任务，传感器节点需要完成监测数据的采集和转换、数据的管理和处理、应答汇聚节点的任务请求和节点控制等多种工作。如何利用有限的计算和存储资源完成诸多协同任务成为传感器网络设计的挑战之一。

传感器节点结构

传感器节点主要由传感部分、处理部分、通信部分和电源部分构成。其中，处理部分是传感器节点的核心部分，负责整个节点的设备控制、任务分配、任务调度、数据整合、数据传输等功能。由于受节点体积的限制，传感器节点能量十分有限，因此需要电源部分来为其提供能量。

无线传感器网络

无线传感器网络，英文名称为Wireless Sensor Networks，简写为WSN，是一种由传感器节点组成的分布式传感网络，是一个基于无线通信技术而形成的一个多跳自组织网络。随着微机电系统、片上系统、无线通信、低功耗嵌入式等技术的飞速发展，无线传感器网络也得到了迅猛发展并已广泛应用于智能交通、军事、环境监控、医疗卫生等各个领域。

传感器节点体系结构

传感器节点是无线传感网的一个基本组成部分。根据应用需求的不同，传感器节点必须满足的具体要求也不同。传感器节点可能是小型的、廉价的或节能的，必须配备合适的传感器，具有必要的计算和存储资源，并且需要足够的通信设施。一个典型的传感器节点由感知单元、处理单元（包括处理器和存储器）、通信单元、能量供给单元和其他应用相关单元组成，传感器节点的体系结构如下图所示。

在上图中，感知单元主要用来采集现实世界的各种信息，如温度、湿度、压力、声音等物理信息，并将传感器采集到的模拟信息转换成数字信息，交给处理单元进行处理。处理单元负责整个传感器节点的数据处理和操作，存储本节点的采集数据和其他节点发来的数据。通信单元负责与其他传感器节点进行无线通信、交换控制消息和收发采集数据。能量供给单元提供传感器节点运行所需的能量，是传感器节点最重要的单元之一。另外，为了对节点精确定位以及对移动状态进行管理，传感器节点需要相应的应用支持单元，如位置查找单元和移动管理单元。

传感器节点通常是一个微型嵌入式系统，它的处理能力、存储能力和通信能力是受限的。节点要正常工作，需要软硬件系统的密切配合。硬件系统的组成参照上图。软件系统由5个基本的软件模块组成，分别是操作系统（OS）微码、传感器驱动、通信处理、通信驱动和数据处理mini-app软件模块。OS微码控制节点的所有软件模块以支持节点的各种功能。TinyOS就是一种专为嵌入式无线传感网设计的操作系统。传感器驱动模块管理传感器收发器的基本功能；此外，传感器的类型可能是模块或插件式的，根据传感器的不同类型和复杂度，该模块也要支持对传感器进行的相应配置和设置。通信处理模块管理通信功能，包括路由、数据包缓冲和转发、拓扑维护、介质访问控制、加密和前向纠错等。通信驱动模块管理无线电信道传输链路，包括时钟和同步、信号编码、比特计数和恢复、信号分级和调制。数据处理mini-app模块支持节点的数据处理，包括信号值的存储与操作或其他的基本应用。