無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)研究現(xiàn)狀分析

李 薇

(張家口市地震局萬(wàn)全地震臺(tái),河北 張家口 075000)

0 引 言

隨著后PC時(shí)代的到來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為全球關(guān)注的技術(shù)，它融合嵌入式技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、微電子技術(shù)，成為研究的熱點(diǎn).物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，涵蓋人們生活的衣食住行，從衣服、食品、煙酒的電子標(biāo)簽溯源，到智能建筑、智能家居及車載網(wǎng)，到處都有物聯(lián)網(wǎng)的影子.

短距離無(wú)線通信技術(shù)與傳感器技術(shù)的結(jié)合，孕育了WSN技術(shù)，WSN技術(shù)逐漸成為物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù).

1 無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)國(guó)外研究現(xiàn)狀

(1)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的發(fā)展階段

隨著WSN的發(fā)展，無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)成為無(wú)線傳感器領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，其從最初的雛形逐步發(fā)展到如今的較為成熟的技術(shù)，無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的發(fā)展經(jīng)歷了五個(gè)階段[1]，如表1所示.

表1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的發(fā)展階段

(2)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的硬件平臺(tái)

近些年來(lái)，多家研究機(jī)構(gòu)根據(jù)自己的需要，已設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了各自的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)平臺(tái)，其中比較典型的硬件平臺(tái)主要有如下幾種[2].如表2所示.

(3)典型嵌入式操作系統(tǒng)

目前，已有多種適合開(kāi)發(fā)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的操作系統(tǒng)，其中比較典型的有以下幾種[3].如表3所示.

表2 典型硬件平臺(tái)

表3 典型的嵌入式操作系統(tǒng)

2 國(guó)內(nèi)外主流傳感器節(jié)點(diǎn)

國(guó)外主流傳感器節(jié)點(diǎn)主要有下述幾種：加州大學(xué)伯克利分校研究的Smart dust，結(jié)合了MEMS技術(shù)和集成電路技術(shù)，具有光通信能力，使用太陽(yáng)能電池供電，能夠以塵埃的方式附著在別的物體上甚至浮動(dòng)在空氣中；加州大學(xué)伯克利分校研究的Mica系列節(jié)點(diǎn)，具有一定的可擴(kuò)展性，用于WSN的研究，包括WeC、Renee、Mica、Mica2、Mica2dot和Spec等[4]；SUN公司推出的SUNSPOT節(jié)點(diǎn)，采用低功耗高性能處理器芯片，具有過(guò)充自我保護(hù)功能，能夠擴(kuò)展，連接不同的傳感器[5].

國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的WSN節(jié)點(diǎn)主要有：寧波中科集團(tuán)開(kāi)發(fā)的GAINS系列節(jié)點(diǎn)，采用ATMEL公司的ATmegal28處理器，射頻部分采用Chipcon公司的CCl000[6]；東南大學(xué)開(kāi)發(fā)的傳感器節(jié)點(diǎn)，采用Freescfle公司的ZigBee無(wú)線收發(fā)射頻芯片MCl3192和Phi1ips公司的32位ARM芯片LPC2138[7]；北京交通大學(xué)研制的一種基于IPV6的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，采用ATMEL公司的ATmegal28處理器，射頻部分采用CC2420，采用溫度傳感器LM61和光敏電阻[8].另外清華大學(xué)、北京郵電大學(xué)、上海交通大學(xué)、中國(guó)科技大學(xué)、中科院也開(kāi)展了無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的研究.縱觀現(xiàn)有各種傳感器節(jié)點(diǎn)，大部分的結(jié)構(gòu)和組成相似，主要由傳感器模塊、處理器模塊及無(wú)線通信模塊組成[9].

(5)傳感器節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用與研究趨勢(shì)

目前，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，傳感器節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用與研究出現(xiàn)以下幾個(gè)趨勢(shì)：

(1)節(jié)點(diǎn)通用性增強(qiáng)：隨著節(jié)點(diǎn)所能集成的傳感器種類的增加，其具有的功能以及所能適用的場(chǎng)景越來(lái)越多[10].

(2)節(jié)點(diǎn)無(wú)線通信能力增強(qiáng)：節(jié)點(diǎn)的通信距離、信號(hào)強(qiáng)度及信號(hào)的穩(wěn)定性都有所提高[11].

(3)節(jié)點(diǎn)能耗降低、生命周期變長(zhǎng)：目前大多數(shù)節(jié)點(diǎn)都增加了休眠機(jī)制，這樣一來(lái)就減小了節(jié)點(diǎn)的功耗，同時(shí)隨著環(huán)境能量的應(yīng)用，節(jié)點(diǎn)的供電方式趨向多元化，因此節(jié)點(diǎn)的生命周期也隨之加長(zhǎng)[12].

3 結(jié) 論

本文對(duì)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)及硬件部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)和選型，采用TI CC2430設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了CC2430的驅(qū)動(dòng)電路及其外圍接口電路，并設(shè)計(jì)了SHT10、TSL2561的驅(qū)動(dòng)電路，最后對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了PCB布線.在以上電路和封裝的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了節(jié)點(diǎn)PCB設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了布線.經(jīng)仿真測(cè)試節(jié)點(diǎn)功能正常.

參 考 文 獻(xiàn)

[1]裴旭明.基于TinyOS的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)[D].西安電子科技大學(xué).2010:4～6

[2]鄭潔霽.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)[D].電子科技大學(xué),2010:3～5

[3]Yong Wang;Byrav Ramamurthy;Xukai Zou;Yuyan Xue.An efficient scheme for removing compromised sensor nodes from wireless sensor networks[J].International Journal of Communication Systems,2010,3(4):320～333

[4]Wenjing Guo;Wei Zhang;Routing between nodes and multiple gateways in Wireless Mesh Sensor Network[J],Journal of Circuits,Systems,and Computers,2011,20(8):1477

[5]徐永亮,華宇.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研究[J].網(wǎng)絡(luò)與通信,2008,31(2):127～132

[6]唐軍輝.基于ZigBee協(xié)議的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)[D].東北大學(xué),2008:3～4

[7]馮立波,李永戰(zhàn).一種通用的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺(tái)[J].儀表技術(shù)與傳感器,2008,10(2):55～57

[8]董云鵬.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京交通大學(xué),2008:3～5

[9]王培東,李強(qiáng).無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)節(jié)能方法研究[J].網(wǎng)絡(luò)與通信,2011,30(5):66～69

[10]SN Pakzad,GL Fenves,S Kim.Design and implementation of scalable wireless sensor network for structural monitoring[J].J.Infrastruct.Systs.14,89～101(March 2008)

[11]何鴻,劉楓.基于TinyOS 2.x無(wú)限傳感器節(jié)點(diǎn)的節(jié)能策略研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2009,5(33):9382～9384