第27卷第9期2006年9月仪器仪表学报ChineseJournalofScientificInstrumentVol127No19Sep12006无线传感器网络节点的设计和实现3吴键袁慎芳(南京航空航天大学智能材料与结构研究所南京210016摘要无线传感网络是当前国内外传感器技术领域的热点研究课题,本文给出了一种构建智能无线传感网络通用节点的体系结构,并运用该体系结构的设计思想完成了无线传感节点的研制。该智能无线传感节点采用的软件开发系统是专用于无线传感网络的开放源代码的操作系统TinyOS,运用该平台完成了节点的性能测试和试验。结果表明,该节点达到了设计要求,该设计思想可以提高无线传感网络节点的研制效率。关键词无线传感网络通用体系结构设计思想中图分类号TP393文献标识码A国家标准学科分类代码460.40DesignandimplementationofageneralnodeforwirelesssensornetworksWuJianYuanShenfang(TheAeronautickeylaboratoryofsmartmaterialandstructure,NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing210016,ChinaAbstractThewirelesssensornetworkisthehotspotofsensortechnologyresearchcurrently.Inthispaper,anoveldesignmethodispresentedforbuildingageneralarchitectureofthewirelesssensornetworknode.Basedonthisdesignidea,thedevelopmentofawirelesssensornodewascompleted.ThesoftwaredevelopmentofthedesignednodeisbasedontheTinyOSplatform,whichisanoperatingsystemspeciallydesignedforwirelesssensornetwork.Onthisplatform,theperformancetestsofthedesignedwirelesssensornodewereconducted.Thetestresultsdemonstratethatthepresenteddesignmethodcanenhancetheefficiencyofwirelesssensornet2worknodedesign.Keywordswirelesssensornetworksgeneralarchitecturedesignidea1引言无线传感网络的概念是基于一个简单的等式:传感技术+中央处理器+无线通信=数以千计的潜在应用可能。当需要对诸如温度、光通量、位移以及噪声等环境参数进行不间断地传感、测试和无线信号传输时,可以考虑在相关领域中配置智能化的无线传感网络,通过对环境待测参数的传感数据分析来达到检测目的,这一技术已经应用到国防军事[1]、动物的习性观测[2]、材料结构健康监测[3]、交通管理[4]、医疗卫生[5]、灾害监测[6]等领域中。无线传感器网络的最初研究来源于美国军方,美国国防先进研究计划局(DARPA于2001年资助加州伯克力大学开发无线传感器系统。美国自然科学基金委员会2003年制定了传感器网络研究计划,投资3400万美元用于支持该方面的基础研究。英国、日本、意大利等国家的一些大学和研究机构也纷纷开展了该领域的研究工作。研究取得了一些初步的研究成果。目前国内无线传感器网络尚处于研究阶段,清华大学、中科院沈阳自动化研究所、中科院合肥智能所等单位已开始进行这方面的研究[324]。其中针对面向结构健康监测的无线传感网络的研究,哈尔滨工业大学,南京航空航天大学都开展了一些初步的探索[526],但是因为目前国内几乎没有自行研制的无线智能传感节点,都是购买Mote产品进行前期探索,这方面3本文于2005年5月收到,系国家自然科学基金国际合作研究(50420120133、国家自然科学基金重大研究计划(90305005资助项目。第9期吴键等:无线传感器网络节点的设计和实现1121同国外的差距较大。本文给出了一种构建智能无线传感网络通用节点的体系结构,并运用该体系结构的设计思想完成了无线传感节点的研制。2通用无线传感网络节点的体系结构无线传感器节点的通用结构必须以共享硬件资源为前提,能够分离一般数据通路和无线数据通路,并且能兼容多种通信协议。为了使无线收发器实时、高速的通信,需要采用专用的硬件加速器以满足系统高性能、高效率的要求。图1描述了本文给出的通用节点的体系结构。该结构的核心是一个中央处理器,用于分时处理操作请求和通信协议。仅仅采用单一的处理器结构是因为在某些需要的场合可以将所有的处理器资源用于单一任务的运行。这样的结构完全出于提高处理能力和处理效率的考虑。该系统中唯一的核心处理器需要具有额外的硬件电路以支持精细地并行处理操作,因为该处理器用于分配系统中多个并行操作,...