文档介绍：自组织无线传感器网络设计方案
自组织无线传感器网络设计方案
引言
传感测试技术正朝着多功能化、微型化、智能化、网络化、无线化的
方向发展。自组织无线传感器网络
(works)作为新兴技术,是目前国
外研究的热点,其在军事、环境、健康、家庭、商业、空间探索和灾难拯
救等领域展现出广阔的应用前景。早在 2003 年美国自然科学基金委员会
已经斥巨资来支持这方面的研究,并且出现了一些致力于无线传感器网络
的公司,其中 Crossbow 公司已推出了 Mica 系列传感器网络产品。国内
很多大学现已经开展相关领域的研究,但大部分工作仍处在自组织无线网
络协议性能仿真和硬件节点小规模实验设计阶段。本文就国防科技大学传
感器教研室开展可应用于环境监测方面无线传感器网络设计与实现进行
介绍。
1 无线传感器网络硬件设计
无线传感器网络模型()是不同于传统无线网络的无基础设施网,通
过在监测区域内随意布撒大量传感器节点(简称节点),由各节点自行协
调并迅速组建通信网络,在能量利用率优先考虑原则下进行工作任务划分
以获取监视区域信息。网络的自组织特性体现在当节点失效或新节点加入
时网络能够自适应重新组建,以调整全局的探测精度,充分发挥资源优势,
即网络中的各节点除具备数据采集功能外兼有数据转发实现多跳的路由
功能。
图 1 无线传感器网络模型
节点组成
典型的无线传感器网络节点由数据采集、处理、传输和电源 4 个主要
部分组成。传感探测单元由传感器进行监测区域内待测对象的信息采集;
微控制单元实现数据的分析、处理和存储等功能;无线传输单元负责低功
耗短距离节点间通信;供电单元选取小型化、高容量的电池,以确保节点
的长寿命和微型化。具体节点设计。
图 2 无线传感器网络节点结构
图 3 无线传感器网络节点实物图片锁定
(1)无线传输单元
无线收发模块选用挪威 Nordic 公司推出的 nRF401 芯片。nRF401
是工作在 ISM 频段的单片无线收/发一体芯片,
是包括了高频发射/接收、PLL 合成、FSK 调制/解调和双频道切换等单元
的高集成度无线数传产品。其最高传输速率可达 20Kb/s,接收灵敏度为
-105dBm,最大发射功率为 10dBm,较其他类别射频收发芯片外围电路
设计简单。设计中工作频率在 ,微控制单元仅须提供四根口
线:收发状态切换 TXEN、待机与工作状态切换 PWRUP 和数据通信接口
线 DIN/DOUT。射频信号输出设计采用环形差分输出天线。
(2)微控制单元
TI 公司 MSP430 系列单片机是一种具有集成度高、功能丰富、功耗
极低等技术特点的 16 位单片机。超低功耗的混合信号控制器、丰富的片
内外设、节能考虑的多种工作模式和对 C 语言程序设计的支持,使得
MSP430 系列单片机非常适合于应用在嵌入式系统中。设计中选用带有
Flash 存储器可进行在线编程的 MSP430x13x、MSP430x14x 系列单片
机;外围模块有看门狗、定时器 A/B、同步/异步串行通信接口、10/12
位 A/D 以及 6 个 8 位并行端口等多种组合形式。其实现功能