无线传感器网络硬件设计综述

    引言

　　无线传感器网络因其巨大的应用前景越来越受到学术界和工业界的广泛关注。本文介绍了无线传感器网络节点的体系结构，分析比较了国内外当前典型的硬件平台，重点讨论了目前无线传感器网络节点常用的处理器、射频芯片、电源和传感器各自的优缺点，并详细比较了目前应用于无线传感器网络的无线通信技术。

　　无线传感器网络WSN(Wireless Sensor Network)是一种由传感器节点构成的网络，能够实时地监测、感知和采集节点部署区的观察者感兴趣的感知对象的各种信息(如光强、温度、湿度、噪音和有害气体浓度等物理现象)，并对这些信息进行处理后以无线的方式发送出去，通过无线网络最终发送给观察者。无线传感器网络在军事侦察、环境监测、医疗护理、智能家居、工业生产控制以及商业等领域有着广阔的应用前景。

　　在传感器网络中，传感器节点具有端节点和路由的功能： 一方面实现数据的采集和处理;另一方面实现数据的融合和路由，对本身采集的数据和收到的其他节点发送的数据进行综合，转发路由到网关节点。网关节点往往个数有限，而且常常能量能够得到补充;网关通常使用多种方式(如Internet、卫星或移动通信网络等)与外界通信。而传感器节点数目非常庞大，通常采用不能补充的电池提供能量;传感器节点的能量一旦耗尽，那么该节点就不能进行数据采集和路由的功能，直接影响整个传感器网络的健壮性和生命周期。因此，传感器网络主要研究的是传感器网络节点。具体应用不同，传感器网络节点的设计也不尽相同，但是其基本结构是一样的。传感器网络节点一般由处理器单元、无线传输单元、传感器单元和电源模块单元4部分组成。

　　1 无线传感器网络典型节点

　　传感器网络节点作为一种微型化的嵌入式系统，构成了无线传感器网络的基础层支撑平台。因为无线传感器网络大部分是采用电池供电，工作环境通常比较恶劣，而且数量大，更换电池非常困难，所以低功耗是无线传感器网络最重要的设计准则之一，从无线传感器网络节点的硬件设计到整个网络各层的协议设计都把节能作为设计的目标之一，尽可能延长无线传感器网络的寿命。

　　由于具体的应用背景不同，目前国内外出现了多种无线传感器网络节点的硬件平台。典型的节点包括Mica系列、Sensoria WINS、Toles、μAMPS系列、XYZnode、Zabranet等。实际上各平台最主要的区别是采用了不同的处理器、无线通信协议和与应用相关的不同的传感器。常用的无线通信协议有802.11b、802.15.4(ZigBee)、Bluetooth、UWB和自定义协议;处理器从4位的微控制器到32位ARM内核的高端处理器都有所应用。还有一类节点是用集成了无线模块的单片机，典型的是WiseNet。典型无线传感器网络节点如表1所列。