傳感器節(jié)點是一種微型嵌入式設(shè)備，要求它的價格低、功耗小，些限制必然導(dǎo)致其攜帶的處理器能力比較弱、存儲器容量比較小。為了完成各種任務(wù)，傳感器節(jié)點需要完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的管理和處理、應(yīng)答匯聚節(jié)點的任務(wù)請求和節(jié)點控制等多種工作。如何利用有限的計算和存儲資源完成諸多協(xié)同任務(wù)成為傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的挑戰(zhàn)之一。

傳感器節(jié)點結(jié)構(gòu)

傳感器節(jié)點主要由傳感部分、處理部分、通信部分和電源部分構(gòu)成。其中，處理部分是傳感器節(jié)點的核心部分，負責(zé)整個節(jié)點的設(shè)備控制、任務(wù)分配、任務(wù)調(diào)度、數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。由于受?jié)點體積的限制，傳感器節(jié)點能量十分有限，因此需要電源部分來為其提供能量。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，英文名稱為Wireless Sensor Networks，簡寫為WSN，是一種由傳感器節(jié)點組成的分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，是一個基于無線通信技術(shù)而形成的一個多跳自組織網(wǎng)絡(luò)。隨著微機電系統(tǒng)、片上系統(tǒng)、無線通信、低功耗嵌入式等技術(shù)的飛速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也得到了迅猛發(fā)展并已廣泛應(yīng)用于智能交通、軍事、環(huán)境監(jiān)控、醫(yī)療衛(wèi)生等各個領(lǐng)域。

傳感器節(jié)點體系結(jié)構(gòu)

傳感器節(jié)點是無線傳感網(wǎng)的一個基本組成部分。根據(jù)應(yīng)用需求的不同，傳感器節(jié)點必須滿足的具體要求也不同。傳感器節(jié)點可能是小型的、廉價的或節(jié)能的，必須配備合適的傳感器，具有必要的計算和存儲資源，并且需要足夠的通信設(shè)施。一個典型的傳感器節(jié)點由感知單元、處理單元（包括處理器和存儲器）、通信單元、能量供給單元和其他應(yīng)用相關(guān)單元組成，傳感器節(jié)點的體系結(jié)構(gòu)如下圖所示。

在上圖中，感知單元主要用來采集現(xiàn)實世界的各種信息，如溫度、濕度、壓力、聲音等物理信息，并將傳感器采集到的模擬信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息，交給處理單元進行處理。處理單元負責(zé)整個傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)處理和操作，存儲本節(jié)點的采集數(shù)據(jù)和其他節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)。通信單元負責(zé)與其他傳感器節(jié)點進行無線通信、交換控制消息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)。能量供給單元提供傳感器節(jié)點運行所需的能量，是傳感器節(jié)點最重要的單元之一。另外，為了對節(jié)點精確定位以及對移動狀態(tài)進行管理，傳感器節(jié)點需要相應(yīng)的應(yīng)用支持單元，如位置查找單元和移動管理單元。

傳感器節(jié)點通常是一個微型嵌入式系統(tǒng)，它的處理能力、存儲能力和通信能力是受限的。節(jié)點要正常工作，需要軟硬件系統(tǒng)的密切配合。硬件系統(tǒng)的組成參照上圖。軟件系統(tǒng)由5個基本的軟件模塊組成，分別是操作系統(tǒng)（OS）微碼、傳感器驅(qū)動、通信處理、通信驅(qū)動和數(shù)據(jù)處理mini-app軟件模塊。OS微碼控制節(jié)點的所有軟件模塊以支持節(jié)點的各種功能。TinyOS就是一種專為嵌入式無線傳感網(wǎng)設(shè)計的操作系統(tǒng)。傳感器驅(qū)動模塊管理傳感器收發(fā)器的基本功能；此外，傳感器的類型可能是模塊或插件式的，根據(jù)傳感器的不同類型和復(fù)雜度，該模塊也要支持對傳感器進行的相應(yīng)配置和設(shè)置。通信處理模塊管理通信功能，包括路由、數(shù)據(jù)包緩沖和轉(zhuǎn)發(fā)、拓撲維護、介質(zhì)訪問控制、加密和前向糾錯等。通信驅(qū)動模塊管理無線電信道傳輸鏈路，包括時鐘和同步、信號編碼、比特計數(shù)和恢復(fù)、信號分級和調(diào)制。數(shù)據(jù)處理mini-app模塊支持節(jié)點的數(shù)據(jù)處理，包括信號值的存儲與操作或其他的基本應(yīng)用。