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常见无线传感器网络节点

发布时间:2022-12-30 13:43:42

‘壹’ 无线传感器网络节点结构主要包括什么

一般包括四部分:感知模块,数据处理模块(计算模块),通信模块,电源模块。

‘贰’ 无线传感器网络体系结构包括哪些部分,各部分的

结构
传感器网络系统通常包括传感器节点EndDevice、汇聚节点Router和管理节点Coordinator。
大量传感器节点随机部署在监测区域内部或附近,能够通过自组织方式构成网络。传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输,在传输过程中监测数据可能被多个节点处理,经过多跳后路由到汇聚节点,最后通过互联网或卫星到达管理节点。用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理,发布监测任务以及收集监测数据。
传感器节点
处理能力、存储能力和通信能力相对较弱,通过小容量电池供电。从网络功能上看,每个传感器节点除了进行本地信息收集和数据处理外,还要对其他节点转发来的数据进行存储、管理和融合,并与其他节点协作完成一些特定任务。
汇聚节点
汇聚节点的处理能力、存储能力和通信能力相对较强,它是连接传感器网络与Internet
等外部网络的网关,实现两种协议间的转换,同时向传感器节点发布来自管理节点的监测任务,并把WSN收集到的数据转发到外部网络上。汇聚节点既可以是一个具有增强功能的传感器节点,有足够的能量供给和更多的、Flash和SRAM中的所有信息传输到计算机中,通过汇编软件,可很方便地把获取的信息转换成汇编文件格式,从而分析出传感节点所存储的程序代码、路由协议及密钥等机密信息,同时还可以修改程序代码,并加载到传感节点中。
管理节点
管理节点用于动态地管理整个无线传感器网络。传感器网络的所有者通过管理节点访问无线传感器网络的资源。
无线传感器测距
在无线传感器网络中,常用的测量节点间距离的方法主要有TOA(Time
of
Arrival),TDOA(Time
Difference
of
Arrival)、超声波、RSSI(Received
Sig
nalStrength
Indicator)和TOF(Time
of
Light)等。

‘叁’ 在无线传感器网络中传感器节点的组成部分及各自的功能

无线传感器节点有传感器、处理器和无线通信模块组成。
传感器负责对感知对象的信息进行采集和数据转换;
处理器负责控制整个节点的操作,存储和处理自身采集的数据以及传感器其他节点发来的数据;
无线通信负责实现传感器节点之间以及传感器节点与用户节点管理控制节点之间的通信,交互控制消息和收/发业务数据。

‘肆’ 传感器网络节点有那几部分组成

一般就是那么四大块:感知,处理,通信,电源。无线传感器网络的书一般都有介绍。

‘伍’ 无线传感器网络移动节点定位算法有哪些比较新的理论方法

大致有这几种种算法:信号强度、收信角度、收信时间和收信时间差。还有特殊一点的位置指纹算法。
1、信号强度是指距离和信号强度之间有一定的函数关系,通过接收到的信号强度可以推算出距离。这种方法受到的干扰太大,误差非常大。
2、收信角度是指两个蜂窝状接收装置可以分辨出信号的来源,做两条射线,交点即为位置。精度一般。
3、收信时间法是指从发送到接收是有时间差的,发送的时候信号中包含时间信息,接收的时候对照接收时间,做差即可。由于电磁波速度快,所以对于时间校准的要求很高。
4、收信时间差法是指移动点接收来自两个基站的不同信号,可以测量前后两次接收到信号的时间差。根据双曲线定义:到两定点距离差为定值的点在双曲线上。那么再来两个基站,所做双曲线的交点,就是所求点的距离。这种方法是上述几种精度最高的。
5、位置指纹算法。是指在待测区域内布置指纹状一层层的节点,这样在这样的网中放置一个待测节点,那么待测节点的位置可以通过插值法计算出。精度也比较高,不过需要布置比较节点。(摘自中国物联网校企联盟第二十一期线上活动)
希望有所帮助! 求采纳~
-中国物联网校企联盟技术部

‘陆’ 请问无线传感器网络的结构是什么非常感谢。

传感器网络系统通常包括传感器节点(sensor node)、汇聚节点(sink node)和管理节点。大量传感器节点随机部署在监测区域内部或附近,能够通过自组织方式构成网络。传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输,在传输过程中监测数据可能被多个节点处理,经过多跳后路由到汇聚节点,最后通过互联网或卫星到达管理节点。用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理,发布监测任务以及收集监测数据。

传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分组成,传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换;处理器模块负责控制整个传感器节点的操作,存储和处理本身采集的数据以及其他节点发来的数据;无线通信模块负责与其他传感器节点进行无线通信,交换控制信息和收发采集数据;能量供应模块为传感器节点提供运行所需的能量,通常采用微型电池。
随着传感器网络的深入研究,研究人员提出了多个传感器节点上的协议栈。早期提出的一个协议栈,这个协议栈包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层,与互联网协议栈的五层协议相对应。另外,协议栈还包括能量管理平台、移动管理平台和任务管理平台。这些管理平台使得传感器节点能够按照能源高效的方式协同工作,在节点移动的传感器网络中转发数据,并支持多任务和资源共享。
定位和时间
同步子层在协议栈中的位置比较特殊。它们既要依赖于数据传输通道进行协作定位和时间同步协商,同时又要为网络协议各层提供信息支持,所以在图中用倒L型描述这两个功能子层。右边的诸多机制一部分融入到的各层协议中,用以优化和管理协议流程;另一部分独立在协议外层,通过各种收集和配置接口相对应机制进行配置和监控。

‘柒’ 典型的无线传感器网络节点有哪些

无线传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络,其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息,并报告给用户。
它的英文是Wireless
Sensor
Network,
简称WSN。
大量的传感器节点将探测数据,通过汇聚节点经其它网络发送给了用户。
在这个定义中,传感器网络实现了数据采集、处理和传输的三种功能,而这正对应着现代信息技术的三大基础技术,即传感器技术、计算机技术和通信技术。
典型的无线传感器网络一般包括三个节点:传感器节点(Sensor
node)、汇聚节点(Sink
node)和任务管理节点。
详细内容可以去飞瑞敖论坛查找。

‘捌’ 无线传感器网络节点硬件的模块化设计

无线传感器网络节点硬件的模块化设计

随着人们对于环境监测要求的不断提高,无线传感器网络技术以其投资成本低、架设方便、可靠性高的性能优势得到了比较广泛的应用。由于无线传感器网络节点需要实现采集、处理、通信等多个功能,因此硬件上采用模块化设计可以大大提高网络节点的稳定性和安全性。那么下面我就来讨论一下无线传感器网络节点硬件的模块化设计。

1 CC2430芯片简介

CC2430是一款工作在2.4 GHz免费频段上,支持IEEE 802.15.4标准的无线收发芯片。该芯片具有很高的集成度,体积小功耗低。单个芯片上整合了ZigBee射频(RF)前端、内存和微控制器。CC2430拥有1个8位MCU(8051),8 KB的RAM,32 KB、64 KB或128 KB的Flash,还包含模拟数字转换器(ADC),4个定时器(Timer),AESl28协处理器,看门狗定时器(Watchdog-timer),32.768 kHz晶振的休眠模式定时器,上电复位电路(Power-on-Reset),掉电检测电(Brown-out-Detection),以及21个可编程I/O接口。

CC2430芯片采用0.18μm CMOS工艺生产,工作时的电流损耗为27 mA;在接收和发射模式下,电流损耗分别为26.7 mA和26.9 mA;休眠时电流为O.5 μA。CC2430的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性,特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。

2 无线传感器网络系统结构

整个无线传感器网络由若干采集节点、1个汇聚节点、1个中转器、1个上位机控制中心组成,系统结构如图1所示。无线传感器网络采集节点完成数据采集、预处理和通信工作;汇聚节点负责网络的发起和维护,收集并上传数据,将中转器下发的命令通告采集节点;中转器负责上传收集到的数据并将控制中心发出的命令信息传递给汇聚节点;控制中心负责处理最终上传数据,并且可以由用户下达网络的操作命令。

采集节点和汇聚节点由CC2430作为控制核心,采集节点可采集并传递数据,汇聚节点负责收集所有采集节点采集到的数据。中转器采用ARM处理器作为控制核心,和汇聚节点采用串口通信,以GPRS通信方式和上位机控制中心进行交互。上位机控制中心实现人机交互,可以处理、显示上传的数据并且可以直接由客户下达网络动作执行命令。

3 节点模块化设计

汇聚节点和采集节点在硬件配置上基本相同,采用模块化设计使得设计通用性更好。

每个节点主要由控制模块、无线模块、采集模块、电源模块4部分构成。

3.1 控制模块

控制模块主要由CC2430及其外围电路构成,完成对采集数据的处理、存储以及收发工作,并对电源模块进行管理。芯片CC2430包括21个可编程I/0口,其中8路A/D接口,可满足多路传感器的采集、处理需求。CC2430自带了一个复位接口,外接一个复位按键可以实现硬件初始化系统。32 MHz晶振提供系统时钟,32.768 kHz晶振供系统休眠时使用。

节点选用芯片FM25L256作为存储设备,这是一款256 Kb铁电存储器,其SPI接口频率高达25 MHz,低功耗运行以及10年的数据保持力保证了节点数据存储的低成本以及可靠性。

3.2 无线模块

无线模块负责节点间数据和命令的传输,因此,合理设计无线模块是节点稳定、高效通信的重要保证。

TI公司提供了一个适用于CC2430的微带巴伦电路,这个设计把无线电RF引脚差分信号的阻抗转换为单端50 Ω。由于该电路直接影响节点的通信质量,在使用前必须对其进行仿真验证。设计中选用ADS仿真软件进行仿真,采用了版图和原理图的联合仿真方法。仿真电路图如图5所示,微带电路为TI提供的微带巴伦电路,分立元件均选自村田公司元件库内的模型,严格保证了仿真数据的`真实性和可靠性。巴伦电路在工作频段内(2.400~2.4835 GHz)信号传输特性高效、稳定。

3.3 采集模块

采集模块负责采集数据并调理数据信号。本设计中,监测的是土壤的温度和湿度数据,采用的传感器是PTWD-3A型土壤温度传感器以及TDR-3型土壤水分传感器。

PTWD-3A型土壤温度传感器采用精密铂电阻作为感应部件,其阻值随温度变化而变化。为了准确地进行测量,采用四线法测量电阻原理,将电阻信号调理成CC2430芯片A/D通道能采样的电压信号。由P354运算放大器、高精度精密贴片电阻以及2.5 V电源构成10 mA恒流源。10 mA的电流环流经传感器电阻R1、R2将电阻信号转换成为电压信号,由差分放大器LT1991一倍增益将信号转换为单端输出送入CC2430芯片的ADC通道进行采样。

TDR-3型土壤水分传感器输出信号即为电压信号。传感器输出信号通过P354运算放大器送入CC2430芯片的ADC通道进行采样。

3.4 电源模块

电源模块负责调理电压、分配能量,分为充电管理模块、双电源切换管理模块、电压转换模块3个模块。本设计中采用额定电压12 V、电容量3 Ah的铅酸电池供电。

作为环境监测的无线传感器网络应用,节点需要在野外无人看守的情况下进行工作,能量补给是系统持续工作的重要保证。本设计采用太阳能电池板为节点在野外工作时进行电能的补给,充电管理模块则是根据日照情况以及电池能量状态对铅酸电池进行合理、有效的充电。光电耦合器TLP521-100和场效应管Q共同构成了充电模块的开关电路,可以由CC2430芯片的I/0口很方便地进行控制。

在太阳能电池板对电池充电时,电池不能对系统进行供电,因此设计中采用了双电源供电方式,保持“一充一供”的工作状态,双电源切换管理模块负责电源的安全、快速切换。如图10所示,采用了两个开关电路对两块电源进行切换。

在电源进行切换时,总是先打开处于闲置状态的电源,再关闭正在为系统供电的电源,因此会在一段短暂的时间内同时有两个电源对系统供电,这是为了防止系统出现掉电情况。

电源模块需提供5 V、3.3 V、2.5 V等多组电源以满足节点各模块的供能需求。由于系统电源组较多,电压转换模块采用了开关型降压稳压器以及低压差线性稳压器等多种电压转换芯片来对电源进行电压转换,同时要确保电源模块供能的高效性。

结语

节点的设计对整个无线传感器网络系统至关重要。本设计采用了功能强大的射频芯片CC2430作为核心管理芯片,能较好地完成数据采集、分析、传输等多个功能。硬件的模块化设计大大加强了节点的稳定性、可靠性和通用性,在野外无人值守的情况下无线传感器网络系统可以长期、稳定地进行环境方面的监测。

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‘玖’ 无线传感器网络的组成(三个部分,详细介绍)提示:敏感元件,转换元件,。转换电路。

1.传感器节点:
是一个微型的嵌入式系统,采用嵌入式微处理器,完成简单数据的处理、感知(传感器敏感元件)、采集和初级处理(信号调理电路包括滤波运放,AD转换电路)、存储、管理和融合数据等。
包括感知模块(传感器---AD转换),处理器模块(处理器和存储器),无线通信模块(网
络---MAC协议---收发器),电源管理模块。

2.汇聚节点:
即网关,完成两种协议栈之间的通信协议转换,接收任务管理节点的监测任务,完成网络节点的相关配置,将传感器数据通过外部网络发送到任务管理节点。

3.任务管理节点:
用户界面控制端,用于发送指令等控制整个系统。

‘拾’ 设计无线传感器网络的节点部署方案时必须考虑哪些问题

设计无线传感器网络节点需要遵循以下几个主要的原则。
(1)微型化与低成本
由于无线传感器网络节点数量大,只有实现节点的微型化与低成本才有可能大规模部署与应用。因此节点的微型化与低成本一直是研究人员追求的主要目标之一。对于目标跟踪与位置服务一类的应用来说,部署的无线传感器节点越密,定位精度就越高。对于医疗监控类的应用来说,微型节点容易被穿戴。实现节点的微型化与低成本需要考虑硬件与软件两个方面的因素,而关键是研制专用的片上系统(System on Chip,SoC)芯片。对于传统的个人计算机,内存2GB、硬盘100GB已经是常见的配置,而一个典型的无线传感器节点的内存只有4kB、程序存储空间只有10kB。正是因为传感器节点硬件配置的限制,所以节点的操作系统、应用软件结构的设计与软件编程都必须注意节约计算资源,不能够超出节点硬件可能支持的范围。
(2)低功耗
传感器节点在使用过程中受到电池能量的限制。在实际应用中,通常要求传感器节点数量很多,但是每个节点的体积很小,携带的电池能量十分有限。同时,由于无线传感器网络的节点数量多、成本低廉、部署区域的环境复杂,有些区域甚至人员不能到达,因此传感器节点通过更换电池来补充能源是不现实的。如何高效使用有限的电池能量,来最大化网络生命周期是无线传感器网络面临的最大的挑战。
传感器节点消耗能量的模块包括:传感器模块、处理器模块和无线通信模块。随着集成电路工艺的进步,处理器和传感器模块的功耗变得很低。图2-43给出了传感器节点各部分能量消耗情况。从图中可以看出,传感器节点能量的绝大部分消耗在无线通信模块。传感器节点发送信息消耗的电能比计算更大,传输1bit信号到相距100m的其他节点需要的能量相当于执行3000条计算指令消耗的能量。
图2-43传感器节点各部分能量消耗情况无线通信模块存在四种状态:发送、接收、空闲和休眠。无线通信模块在空闲状态一直监听无线信道的使用情况,检查是否有数据发送给自己,而在休眠状态则关闭通信模块。从图中可以看到,无线通信模块在发送状态的能量消耗最大;在空闲状态和接收状态的能量消耗接近,但略少于发送状态的能量消耗;在休眠状态的能量消耗最少。为让网络通信更有效率,必须减少不必要的转发和接收,不需要通信时尽快进入休眠状态,这是设计无线传感器网络协议时需要重点考虑的问题。
(3)灵活性与可扩展性
无线传感器网络节点的灵活性与可扩展性表现在适应不同的应用系统,或部署在不同的应用场景中。例如,传感器节点可以用于森林防火的无线传感器网络中,也可以用于天然气管道安全监控的无线传感器网络中;可以用于沙漠干旱环境下天然气管道安全监控,也可以用于沼泽地潮湿环境的安全监控;可以适应单一声音传感器精确位置测量的应用,也可以适应温度、湿度与声音等多种传感器的应用;节点可以按照不同的应用需求,将不同的功能模块自由配置到系统中,而不需重新设计新的传感器节点;节点的硬件设计必须考虑提供的外部接口,可以方便地在现有的节点上直接接入新的传感器。软件设计必须考虑到可裁剪,可以方便地扩充功能,可以通过网络自动更新应用软件。
(4)鲁棒性
普通的计算机或PDA、智能手机可以通过经常性的人机交互来保证系统的正常运行。而无线传感器节点与传统信息设备最大的区别是无人值守,一旦大量无线传感器节点被飞机抛洒或人工安置后,就需要独立运行。即使是用于医疗健康的可穿戴节点,也需要独立工作,使用者无法与其交互。对于普通的计算机,如果出现故障,人们可以通过重启来恢复系统的工作状态。而在无线传感器网络的设计中,如果一个节点崩溃,那么剩余的节点将按照自组网的思路,重新组成具有新拓扑的自组网。当剩余的节点不能够组成新的网络时,这个无线传感器网络就失效了。因此传感器节点的鲁棒性是实现无线传感器网络长时间工作重要的保证。更多http://www.big-bit.com/news/list-75.html

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