A. 無線感測器網路體系結構包括哪些部分,各部分的
結構
感測器網路系統通常包括感測器節點EndDevice、匯聚節點Router和管理節點Coordinator。
大量感測器節點隨機部署在監測區域內部或附近,能夠通過自組織方式構成網路。感測器節點監測的數據沿著其他感測器節點逐跳地進行傳輸,在傳輸過程中監測數據可能被多個節點處理,經過多跳後路由到匯聚節點,最後通過互聯網或衛星到達管理節點。用戶通過管理節點對感測器網路進行配置和管理,發布監測任務以及收集監測數據。
感測器節點
處理能力、存儲能力和通信能力相對較弱,通過小容量電池供電。從網路功能上看,每個感測器節點除了進行本地信息收集和數據處理外,還要對其他節點轉發來的數據進行存儲、管理和融合,並與其他節點協作完成一些特定任務。
匯聚節點
匯聚節點的處理能力、存儲能力和通信能力相對較強,它是連接感測器網路與Internet 等外部網路的網關,實現兩種協議間的轉換,同時向感測器節點發布來自管理節點的監測任務,並把WSN收集到的數據轉發到外部網路上。匯聚節點既可以是一個具有增強功能的感測器節點,有足夠的能量供給和更多的、Flash和SRAM中的所有信息傳輸到計算機中,通過匯編軟體,可很方便地把獲取的信息轉換成匯編文件格式,從而分析出感測節點所存儲的程序代碼、路由協議及密鑰等機密信息,同時還可以修改程序代碼,並載入到感測節點中。
管理節點
管理節點用於動態地管理整個無線感測器網路。感測器網路的所有者通過管理節點訪問無線感測器網路的資源。
無線感測器測距
在無線感測器網路中,常用的測量節點間距離的方法主要有TOA(Time of Arrival),TDOA(Time Difference of Arrival)、超聲波、RSSI(Received Sig nalStrength Indicator)和TOF(Time of Light)等。
B. 無線感測器網路節點結構主要包括什麼
感測器網路系統通常包括感測器節點(sensor)、匯聚節點(sink node)和管理節點。大量感測器節點隨機部署在監測區域(sensor field)內部或附近,能夠通過自組織方式構成網路。感測器節點監測的數據沿著其他感測器節點逐跳地進行傳輸,在傳輸過程中監測數據可能被多個節點處理,經過多跳後路由到匯聚節點,最後通過互聯網或衛星到達管理節點。用戶通過管理節點對感測器網路進行配置和管理,發布監測任務以及收集監測數據。
感測器網路節點的組成和功能包括如下四個基本單元:感測單元(由感測器和模數轉換功能模塊組成)、處理單元(由嵌入式系統構成,包括CPU、存儲器、嵌入式操作系統等)、通信單元(由無線通信模塊組成)、以及電源部分。此外,可以選擇的其它功能單元包括:定位系統、運動系統以及發電裝置等。
C. 無線感測器網路節點硬體的模塊化設計
無線感測器網路節點硬體的模塊化設計
隨著人們對於環境監測要求的不斷提高,無線感測器網路技術以其投資成本低、架設方便、可靠性高的性能優勢得到了比較廣泛的應用。由於無線感測器網路節點需要實現採集、處理、通信等多個功能,因此硬體上採用模塊化設計可以大大提高網路節點的穩定性和安全性。那麼下面我就來討論一下無線感測器網路節點硬體的模塊化設計。
1 CC2430晶元簡介
CC2430是一款工作在2.4 GHz免費頻段上,支持IEEE 802.15.4標準的無線收發晶元。該晶元具有很高的集成度,體積小功耗低。單個晶元上整合了ZigBee射頻(RF)前端、內存和微控制器。CC2430擁有1個8位MCU(8051),8 KB的RAM,32 KB、64 KB或128 KB的Flash,還包含模擬數字轉換器(ADC),4個定時器(Timer),AESl28協處理器,看門狗定時器(Watchdog-timer),32.768 kHz晶振的休眠模式定時器,上電復位電路(Power-on-Reset),掉電檢測電(Brown-out-Detection),以及21個可編程I/O介面。
CC2430晶元採用0.18μm CMOS工藝生產,工作時的電流損耗為27 mA;在接收和發射模式下,電流損耗分別為26.7 mA和26.9 mA;休眠時電流為O.5 μA。CC2430的休眠模式和轉換到主動模式的超短時間的特性,特別適合那些要求電池壽命非常長的應用。
2 無線感測器網路系統結構
整個無線感測器網路由若干採集節點、1個匯聚節點、1個中轉器、1個上位機控制中心組成,系統結構如圖1所示。無線感測器網路採集節點完成數據採集、預處理和通信工作;匯聚節點負責網路的發起和維護,收集並上傳數據,將中轉器下發的命令通告採集節點;中轉器負責上傳收集到的數據並將控制中心發出的命令信息傳遞給匯聚節點;控制中心負責處理最終上傳數據,並且可以由用戶下達網路的操作命令。
採集節點和匯聚節點由CC2430作為控制核心,採集節點可採集並傳遞數據,匯聚節點負責收集所有採集節點採集到的數據。中轉器採用ARM處理器作為控制核心,和匯聚節點採用串口通信,以GPRS通信方式和上位機控制中心進行交互。上位機控制中心實現人機交互,可以處理、顯示上傳的數據並且可以直接由客戶下達網路動作執行命令。
3 節點模塊化設計
匯聚節點和採集節點在硬體配置上基本相同,採用模塊化設計使得設計通用性更好。
每個節點主要由控制模塊、無線模塊、採集模塊、電源模塊4部分構成。
3.1 控制模塊
控制模塊主要由CC2430及其外圍電路構成,完成對採集數據的處理、存儲以及收發工作,並對電源模塊進行管理。晶元CC2430包括21個可編程I/0口,其中8路A/D介面,可滿足多路感測器的採集、處理需求。CC2430自帶了一個復位介面,外接一個復位按鍵可以實現硬體初始化系統。32 MHz晶振提供系統時鍾,32.768 kHz晶振供系統休眠時使用。
節點選用晶元FM25L256作為存儲設備,這是一款256 Kb鐵電存儲器,其SPI介面頻率高達25 MHz,低功耗運行以及10年的數據保持力保證了節點數據存儲的低成本以及可靠性。
3.2 無線模塊
無線模塊負責節點間數據和命令的傳輸,因此,合理設計無線模塊是節點穩定、高效通信的重要保證。
TI公司提供了一個適用於CC2430的微帶巴倫電路,這個設計把無線電RF引腳差分信號的阻抗轉換為單端50 Ω。由於該電路直接影響節點的通信質量,在使用前必須對其進行模擬驗證。設計中選用ADS模擬軟體進行模擬,採用了版圖和原理圖的聯合模擬方法。模擬電路圖如圖5所示,微帶電路為TI提供的微帶巴倫電路,分立元件均選自村田公司元件庫內的模型,嚴格保證了模擬數據的`真實性和可靠性。巴倫電路在工作頻段內(2.400~2.4835 GHz)信號傳輸特性高效、穩定。
3.3 採集模塊
採集模塊負責採集數據並調理數據信號。本設計中,監測的是土壤的溫度和濕度數據,採用的感測器是PTWD-3A型土壤溫度感測器以及TDR-3型土壤水分感測器。
PTWD-3A型土壤溫度感測器採用精密鉑電阻作為感應部件,其阻值隨溫度變化而變化。為了准確地進行測量,採用四線法測量電阻原理,將電阻信號調理成CC2430晶元A/D通道能采樣的電壓信號。由P354運算放大器、高精度精密貼片電阻以及2.5 V電源構成10 mA恆流源。10 mA的電流環流經感測器電阻R1、R2將電阻信號轉換成為電壓信號,由差分放大器LT1991一倍增益將信號轉換為單端輸出送入CC2430晶元的ADC通道進行采樣。
TDR-3型土壤水分感測器輸出信號即為電壓信號。感測器輸出信號通過P354運算放大器送入CC2430晶元的ADC通道進行采樣。
3.4 電源模塊
電源模塊負責調理電壓、分配能量,分為充電管理模塊、雙電源切換管理模塊、電壓轉換模塊3個模塊。本設計中採用額定電壓12 V、電容量3 Ah的鉛酸電池供電。
作為環境監測的無線感測器網路應用,節點需要在野外無人看守的情況下進行工作,能量補給是系統持續工作的重要保證。本設計採用太陽能電池板為節點在野外工作時進行電能的補給,充電管理模塊則是根據日照情況以及電池能量狀態對鉛酸電池進行合理、有效的充電。光電耦合器TLP521-100和場效應管Q共同構成了充電模塊的開關電路,可以由CC2430晶元的I/0口很方便地進行控制。
在太陽能電池板對電池充電時,電池不能對系統進行供電,因此設計中採用了雙電源供電方式,保持“一充一供”的工作狀態,雙電源切換管理模塊負責電源的安全、快速切換。如圖10所示,採用了兩個開關電路對兩塊電源進行切換。
在電源進行切換時,總是先打開處於閑置狀態的電源,再關閉正在為系統供電的電源,因此會在一段短暫的時間內同時有兩個電源對系統供電,這是為了防止系統出現掉電情況。
電源模塊需提供5 V、3.3 V、2.5 V等多組電源以滿足節點各模塊的供能需求。由於系統電源組較多,電壓轉換模塊採用了開關型降壓穩壓器以及低壓差線性穩壓器等多種電壓轉換晶元來對電源進行電壓轉換,同時要確保電源模塊供能的高效性。
結語
節點的設計對整個無線感測器網路系統至關重要。本設計採用了功能強大的射頻晶元CC2430作為核心管理晶元,能較好地完成數據採集、分析、傳輸等多個功能。硬體的模塊化設計大大加強了節點的穩定性、可靠性和通用性,在野外無人值守的情況下無線感測器網路系統可以長期、穩定地進行環境方面的監測。
;D. 典型的無線感測器網路節點有哪些
無線感測器網路是大量的靜止或移動的感測器以自組織和多跳的方式構成的無線網路,其目的是協作地感知、採集、處理和傳輸網路覆蓋地理區域內感知對象的監測信息,並報告給用戶。
它的英文是Wireless
Sensor
Network,
簡稱WSN。
大量的感測器節點將探測數據,通過匯聚節點經其它網路發送給了用戶。
在這個定義中,感測器網路實現了數據採集、處理和傳輸的三種功能,而這正對應著現代信息技術的三大基礎技術,即感測器技術、計算機技術和通信技術。
典型的無線感測器網路一般包括三個節點:感測器節點(Sensor
node)、匯聚節點(Sink
node)和任務管理節點。
詳細內容可以去飛瑞敖論壇查找。
E. 無線感測器網路的組成(三個部分,詳細介紹)提示:敏感元件,轉換元件,。轉換電路。
1.感測器節點:
是一個微型的嵌入式系統,採用嵌入式微處理器,完成簡單數據的處理、感知(感測器敏感元件)、採集和初級處理(信號調理電路包括濾波運放,AD轉換電路)、存儲、管理和融合數據等。
包括感知模塊(感測器---AD轉換),處理器模塊(處理器和存儲器),無線通信模塊(網
絡---MAC協議---收發器),電源管理模塊。
2.匯聚節點:
即網關,完成兩種協議棧之間的通信協議轉換,接收任務管理節點的監測任務,完成網路節點的相關配置,將感測器數據通過外部網路發送到任務管理節點。
3.任務管理節點:
用戶界面控制端,用於發送指令等控制整個系統。
F. 在無線感測器網路中感測器節點的組成部分及各自的功能
無線感測器節點有感測器、處理器和無線通信模塊組成。
感測器負責對感知對象的信息進行採集和數據轉換;
處理器負責控制整個節點的操作,存儲和處理自身採集的數據以及感測器其他節點發來的數據;
無線通信負責實現感測器節點之間以及感測器節點與用戶節點管理控制節點之間的通信,交互控制消息和收/發業務數據。
G. 請問無線感測器網路的結構是什麼非常感謝。
感測器網路系統通常包括感測器節點(sensor node)、匯聚節點(sink node)和管理節點。大量感測器節點隨機部署在監測區域內部或附近,能夠通過自組織方式構成網路。感測器節點監測的數據沿著其他感測器節點逐跳地進行傳輸,在傳輸過程中監測數據可能被多個節點處理,經過多跳後路由到匯聚節點,最後通過互聯網或衛星到達管理節點。用戶通過管理節點對感測器網路進行配置和管理,發布監測任務以及收集監測數據。
感測器節點由感測器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供應模塊四部分組成,感測器模塊負責監測區域內信息的採集和數據轉換;處理器模塊負責控制整個感測器節點的操作,存儲和處理本身採集的數據以及其他節點發來的數據;無線通信模塊負責與其他感測器節點進行無線通信,交換控制信息和收發採集數據;能量供應模塊為感測器節點提供運行所需的能量,通常採用微型電池。
隨著感測器網路的深入研究,研究人員提出了多個感測器節點上的協議棧。早期提出的一個協議棧,這個協議棧包括物理層、數據鏈路層、網路層、傳輸層和應用層,與互聯網協議棧的五層協議相對應。另外,協議棧還包括能量管理平台、移動管理平台和任務管理平台。這些管理平台使得感測器節點能夠按照能源高效的方式協同工作,在節點移動的感測器網路中轉發數據,並支持多任務和資源共享。
定位和時間
同步子層在協議棧中的位置比較特殊。它們既要依賴於數據傳輸通道進行協作定位和時間同步協商,同時又要為網路協議各層提供信息支持,所以在圖中用倒L型描述這兩個功能子層。右邊的諸多機制一部分融入到的各層協議中,用以優化和管理協議流程;另一部分獨立在協議外層,通過各種收集和配置介面相對應機制進行配置和監控。
H. 感測器網路節點有那幾部分組成
一般就是那麼四大塊:感知,處理,通信,電源。無線感測器網路的書一般都有介紹。
I. 無線感測器是如何定義的無線感測器網路有哪些組成部分
無線感測器的組成模塊封裝在一個外殼內,在工作時它將由電池或振動發電機提供電源,構成無線感測器網路節點,由隨機分布的集成有感測器、數據處理單元和通信模塊的微型節點,通過自組織的方式構成網路。它可以採集設備的數字信號通過無線感測器網路傳輸到監控中心的無線網關,直接送入計算機,進行分析處理。如果需要,無線感測器也可以實時傳輸採集的整個時間歷程信號。監控中心也可以通過網關把控制、參數設置等信息無線傳輸給節點。數據調理採集處理模塊把感測器輸出的微弱信號經過放大,濾波等調理電路後,送到模數轉換器,轉變為數字信號,送到主處理器進行數字信號處理,計算出感測器的有效值,位移值等。
J. 什麼是無線感測技術
早在上世紀70年代,就出現了將傳統感測器採用點對點傳輸、連接感測控制器而構成感測網路雛形,我們把它歸之為第一代感測器網路。隨著相關學科的不斷發展和進步,感測器網路同時還具有了獲取多種信息信號的綜合處理能力,並通過與感測控制的相聯,組成了有信息綜合和處理能力的感測器網路,這是第二代感測器網路。而從上世紀末開始,現場匯流排技術開始應用於感測器網路,人們用其組建智能化感測器網路,大量多功能感測器被運用,並使用無線技術連接,無線感測器網路逐漸形成。
無線感測器網路是新一代的感測器網路,具有非常上世紀70年代,其發展和應用,將會給人類的生活和生產的各個領域帶來深遠影響。
無線感測器網路可以看成是由數據獲取網路、數據頒布網路和控制管理中心三部分組成的。其主要組成部分是集成有感測器、處理單元和通信模塊的節點,各節點通過協議自組成一個分布式網路,再將採集來的數據通過優化後經無線電波傳輸給信息處理中心。