无线传感器网络节点
物联网中的无线传感器节点网络拓扑设计
物联网中的无线传感器节点网络拓扑设计物联网（Internet of Things，简称IoT）是未来科技的重要发展方向之一，它将各类智能设备连接到互联网上，实现设备之间的无缝通信和数据共享。
无线传感器节点网络是物联网中的重要组成部分，它由大量的传感器节点组成，能够采集环境数据并通过无线通信传输给数据中心或其他节点。
在设计无线传感器节点网络的拓扑结构时，需要考虑多个因素，包括网络的可靠性、能耗、时延和扩展性等。
以下将介绍几种常见的无线传感器节点网络拓扑设计。
1. 星形拓扑星形拓扑是最简单和最常见的无线传感器节点网络拓扑结构。
在星形拓扑中，所有的传感器节点都连接到一个中心节点，中心节点负责收集和处理传感器节点的数据，并将数据发送给数据中心或其他节点。
星形拓扑具有简单、易于管理和扩展的优点，但对无线通信距离和能耗要求较高。
2. 树状拓扑树状拓扑是一种层次结构的网络拓扑结构，由一个根节点和多个子节点组成。
根节点负责收集和处理子节点的数据，子节点之间也可以互相通信。
树状拓扑结构具有较好的扩展性和灵活性，节点之间的通信距离较星形拓扑更远，能耗也相对较低。
3. 网状拓扑网状拓扑由多个节点互相连接组成，每个节点可以直接和其他节点通信。
网状拓扑结构具有高度的可靠性，即使某个节点失效，仍然可以通过其他节点进行通信。
网状拓扑广泛应用于需要大范围覆盖和高可靠性的场景，例如城市环境监测和灾难救援等。
4. 混合拓扑混合拓扑是以上几种拓扑结构的组合，根据具体需求设计。
混合拓扑结构可以兼顾各种因素，例如将星形和树状结合，实现高可靠性和较低的能耗。
在进行无线传感器节点网络拓扑设计时，还需考虑节点位置布局和信号传输等因素。
传感器节点的位置布局要合理，以保证网络的覆盖范围和网络质量。
信号传输方面，可以通过选择合适的无线技术和协议，优化信号传输质量和能耗。
此外，还需考虑物联网的安全性和隐私保护。
物联网中的传感器节点可能涉及到用户的个人隐私和敏感数据，因此需要采取合适的安全措施，例如数据加密和身份认证等，保障网络和数据的安全。
无线传感器网络技术概论课件：无线传感器网络体系结构
无线传感器网络体系结构
2．通信能力的约束 传感器节点的通信能力关系到传感器网络监测区域内节
点部署数量，而制约其通信能力主要有两个参数，即能量损 耗和通信距离，二者之间的关系为
E = kdn
(2-1)
式中，E为传感器节点的通信能量损耗；k为一个常数，
与传感器节点的系统构成有关；d为传感器节点的通信距离；
分别接入TD-SCDMA、GSM核心网、Internet主干网及无线 局域网络等多种类型异构网络，再通过各网络下的基站或主 控设备将传感器信息分发至各终端，以实现针对无线传感器 网络的多网远程监控与调度。同时，处于TD-SCDMA、 GSM、Internet等多类型网络终端的各种应用与业务实体也 将通过各自网络连接相应的无线传感器网络网关，并由此对 相应无线传感器网络节点开展数据查询、任务派发、业务扩 展等多种功能，最终实现无线传感器网络与以移动通信网络、 Internet网络为主的各类型网络的无缝的、泛在的交互。
(2) 汇聚节点：用于连接传感器节点与Internet 等外部网 络的网关，可实现两种协议间的转换；同时能向传感器节点 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。与传感器节点相比，汇聚节点的处理能力、 存储能力和通信能力相对较强。
(3) 管理节点：用于动态地管理整个无线传感器网络， 直接面向用户。所有者通过管理节点访问无线传感器网络的 资源，配置和管理网络，发布监测任务以及收集监测数据。
锁相回路(PLL)、解调器和功率放大器组成，所有的这些组
件都会消耗能量。对于一对收发机来说，数据通信带来的功
耗PC的组成部分可简单地用模型描述为
PC = PO + PTX + PRX
(2-2)
无线传感器网络知识点归纳
一、无线传感器网络的概述1、无线传感器网络定义，无线传感器网络三要素，无线传感器网络的任务，无线传感器网络的体系构造示意图，组成局部〔P1-2〕定义：无线传感器网络〔wireless sensor network, WSN〕是由部署在监测区域内大量的本钱很低、微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一种多跳自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖范围内感知对象的信息，并发送给观看者或者用户另一种定义：无线传感器网络(WSN)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，目的是协作地采集、处理和传输网络掩盖地域内感知对象的监测信息，并报告给用户三要素：传感器，感知对象和观看者任务：利用传感器节点来监测节点四周的环境，收集相关的数据，然后通过无线收发装置承受多跳路由的方式将数据发送给会聚节点，再通过会聚节点将数据传送到用户端，从而到达对目标区域的监测体系构造示意图：组成局部：传感器节点、会聚节点、网关节点和基站2、无线传感器网络的特点〔P2-4〕（1）大规模性且具有自适应性（2）无中心和自组织（3）网络动态性强（4）以数据为中心的网络（5）应用相关性3、无线传感器网络节点的硬件组成构造〔P4-6〕无线传感器节点的硬件局部一般由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供给模块4 局部组成。
4、常见的无线传感器节点产品，几种Crossbow 公司的Mica 系列节点〔Mica2、Telosb〕的硬件组成〔P6〕5、无线传感器网络的协议栈体系构造〔P7〕1.各层协议的功能应用层：主要任务是猎取数据并进展初步处理，包括一系列基于监测任务的应用层软件传输层：负责数据流的传输掌握网络层：主要负责路由生成与路由选择数据链路层：负责数据成帧，帧检测，媒体访问和过失掌握物理层：实现信道的选择、无线信号的监测、信号的发送与接收等功能2.治理平台的功能（1）能量治理平台治理传感器节点如何使用能源。
无线传感器网络节点介绍
基于系统集成技术的节点类型和特点在节点的功能设计和实现方面，目前常用的节点均为采用分立元器件的系统集成技术。
已出现的多种节点的设计和平台套件，在体系结构上有相似性，主要区别在于采用了不同的微处理器，如AVR系列和MSP430系列等；或者采用了不同的射频芯片或通信协议，比如采用自定义协议、802.11协议、ZigBee[1]协议、蓝牙协议以及UWB通信方式等。
典型的节点包括Berkeley Motes [2，3], Sensoria WINS[4], MIT µAMPs [5], Intel iMote [6], Intel XScale nodes [7], CSRIO研究室的CSRIO节点[8]、Tmote [9]、ShockFish公司的TinyNode[10]、耶鲁大学的XYZ节点[11] 、smart-its BTNodes[12]等。
国内也出现诸多研究开发平台套件，包括中科院计算所的EASI系列[13-14]，中科院软件所、清华大学、中科大、哈工大、大连海事大学等单位也都已经开发出了节点平台支持网络研究和应用开发。
这些由不同公司以及研究机构研制的无线节点在硬件结构上基本相同，包括处理器单元、存储器单元、射频单元，扩展接口单元、传感器以及电源模块。
其中，核心部分为处理器模块以及射频通信模块。
处理器决定了节点的数据处理能力和运行速度等，射频通信模块决定了节点的工作频率和无线传输距离，它们的选型能在很大程度上影响节点的功能、整体能耗和工作寿命。
目前问世的传感节点（负责通过传感器采集数据的节点）大多使用如下几种处理器：ATMEL公司AVR系列的ATMega128L处理器，TI公司生产的MSP430系列处理器，而汇聚节点（负责会聚数据的节点）则采用了功能强大的ARM处理器、8051内核处理器、ML67Q500x系列或PXA270处理器。
这些处理器的性能综合比较见表1。
表1、无线传感器网络节点中采用的处理器性能比较在无线传感器网络中，广泛应用的底层通信方式包括使用ISM波段的普通射频通信、具有802.15.4协议和蓝牙通信协议的射频通信。
无线传感器网络的节点故障排除与维修指南
无线传感器网络的节点故障排除与维修指南无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是一种由大量分布在空间中的节点组成的网络系统，用于收集、处理和传输环境中的信息。
WSN在农业、环境监测、智能交通等领域具有广泛的应用前景。
然而，由于节点的分散部署和长期运行，节点故障是WSN中常见的问题。
本文将介绍一些常见的节点故障，并提供相应的排除和维修指南。
1. 电源故障电源故障是WSN中最常见的问题之一。
节点的电池可能因为长时间使用而耗尽，或者由于电池质量问题导致电源不稳定。
排除电源故障的方法包括更换电池、检查电池连接是否良好、检查电源管理模块是否正常工作等。
2. 通信故障通信故障是WSN中另一个常见的问题。
节点之间的通信可能受到干扰或阻塞，导致数据传输失败。
排除通信故障的方法包括检查节点之间的通信链路是否正常、检查信号强度是否足够、检查节点的天线是否损坏等。
3. 数据处理故障数据处理故障是WSN中较为复杂的问题之一。
节点可能因为处理算法错误或存储器损坏而无法正确处理数据。
排除数据处理故障的方法包括检查算法实现是否正确、检查存储器是否正常工作、检查传感器数据采集是否准确等。
4. 硬件故障硬件故障是WSN中较为严重的问题之一。
节点的硬件部件可能由于长时间使用或环境条件恶劣而损坏。
排除硬件故障的方法包括检查节点的电路板是否有明显的损坏、检查传感器是否损坏、检查节点的外壳是否完好等。
5. 软件故障软件故障是WSN中常见的问题之一。
节点的软件可能由于程序错误、内存溢出等原因而导致故障。
排除软件故障的方法包括检查程序是否有错误、检查节点的内存使用情况、检查节点的操作系统是否正常工作等。
在排除节点故障时，可以采取以下步骤：1. 首先，对故障节点进行初步检查，包括检查电源、通信、数据处理、硬件和软件等方面。
2. 如果初步检查无法确定故障原因，可以尝试重启节点或进行软件复位等操作。
3. 如果重启或软件复位无效，可以考虑更换故障节点的部件或整个节点。
无线传感器网络中节点定位算法的使用教程
无线传感器网络中节点定位算法的使用教程无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSNs）是由许多分布在特定区域内的无线传感器节点组成的网络系统。
节点的定位是WSNs中的一个重要问题，准确的节点定位可以帮助我们更好地理解和控制环境。
本文将为您介绍几种常见的无线传感器网络节点定位算法，并提供相应的使用教程。
一、距离测量节点定位算法距离测量是节点定位的一种常见方法，通过测量节点之间的距离来确定节点的位置。
常用的距离测量节点定位算法包括三角定位法和多边形定位法。
1. 三角定位法三角定位法基于三角形的边长和角度来计算节点的位置。
首先，选择三个已知位置的节点作为参考节点，测量参考节点间的距离和角度。
然后，通过计算未知节点相对于参考节点的距离和角度，使用三角学原理计算未知节点的位置。
使用教程：在使用三角定位法时，需要提前部署一些已知位置的节点作为参考节点。
首先，通过测量参考节点间的距离和角度，计算出它们的位置信息。
然后，在需要定位的节点周围布置足够多的参考节点，测量它们与参考节点之间的距离和角度。
最后，通过三角定位算法计算出目标节点的位置。
2. 多边形定位法多边形定位法利用几何多边形的边长和角度来计算节点的位置。
首先，选择若干个已知位置的节点作为多边形的顶点。
然后，测量各个顶点之间的距离和角度，并计算出多边形的边长和角度。
最后，通过多边形定位算法计算出未知节点相对于多边形的位置，从而确定未知节点的位置。
使用教程：使用多边形定位法时，首先选择若干个已知位置的节点作为多边形的顶点。
然后，测量各个顶点之间的距离和角度，计算出多边形的边长和角度。
最后，在需要定位的节点周围布置足够多的参考节点，测量它们与多边形顶点之间的距离和角度。
通过多边形定位算法，计算出目标节点相对于多边形的位置，最终确定目标节点的位置。
二、信号强度测量节点定位算法信号强度测量是利用节点之间的信号强度来进行定位的方法，常用的信号强度测量节点定位算法有收集定位法和概率定位法。
无线传感器网络节点定位技术
无线传感器网络节点定位技术定位即确定方位、确定某一事物在一定环境中的位置。
在无线传感器网络中的定位具有两层意义：其一是确定自己在系统中的位置；其二是系统确定其目标在系统中的位置。
在传感器网络的实际应用中，传感器节点的位置信息已经成为整个网络中必不可少的信息之一，很多应用场合一旦失去了节点的位置信息，整个网络就会变得毫无用处，因此传感器网络节点定位技术已经成了众多科学家研究的重要课题。
2.1基本概念描述在传感器网络中，为了实现定位的需要，随机播撒的节点主要有两种：信标节点（Beacon Node）和未知节点（Unknown Node）。
通常将已知自身位置的节点称为信标节点，信标节点可以通过携带GPS定位设备（或北斗卫星导航系统�zBeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System�{、或预置其位置）等手段获得自身的精确位置，而其它节点称之为未知节点，在无线传感器网络中信标节点只占很少的比例。
未知节点以信标节点作为参考点，通过信标节点的位置信息来确定自身位置。
传感器网路的节点构成如图2-1所示。
UBUUUUUBUUUBUUUUUUBUUUUUU图2-1 无线传感器网络中信标节点和未知节点Figure 2-1Beaconnodes and unknown nodes of wireless sensor network在图2-1中，整个传感器网络由4个信标节点和数量众多的未知节点组成。
信标节点用B来表示，它在整个网络中占较少的比例。
未知节点用U来表示，未知节点通过周围的信标节点或已实现自身定位的未知节点通过一定的算法来实现自身定位。
下面是无线传感器网络中一些常用术语：(1) 邻居节点（Neighbor Nodes）：无需经过其它节点能够直接与之进行通信的节点；(2) 跳数（Hop Count）：两个要实现通信的节点之间信息转发所需要的最小跳段总数；(3) 连通度（Connectivity）：一个节点拥有的邻居节点数目； (4) 跳段距离（Hop Distance）：两个节点间隔之间最小跳段距离的总和；(5) 接收信号传播时间差(Time Difference of Arrival，TDOA)：信号传输过程中，同时发出的两种不同频率的信号到达同一目的地时由于不同的传输速度所造成的时间差；(6) 接收信号传播时间（Time of Arrival，TOA）：信号在两个不同节点之间传播所需要的时间；(7) 信号返回时间（Round-trip Time of Flight，RTOF）：信号从一个节点传到另一个节点后又返回来的时间；(8) 到达角度(Angle of Arrival，AOA)：节点自身轴线相对于其接收到的信号之间的角度；(9) 接收信号强度指示(Received Signa1 Strength Indicator，RSSI)：无线信号到达传感器节点后的强弱值。
无线传感器网络节点介绍
基于系统集成技术的节点类型和特点在节点的功能设计和实现方面，目前常用的节点均为采用分立元器件的系统集成技术。
已出现的多种节点的设计和平台套件，在体系结构上有相似性，主要区别在于采用了不同的微处理器，如AVR系列和MSP430系列等；或者采用了不同的射频芯片或通信协议，比如采用自定义协议、802.11协议、ZigBee[1]协议、蓝牙协议以及UWB通信方式等。
典型的节点包括Berkeley Motes [2，3], Sensoria WINS[4], MIT µAMPs [5], Intel iMote [6], Intel XScale nodes [7], CSRIO研究室的CSRIO节点[8]、Tmote [9]、ShockFish公司的TinyNode[10]、耶鲁大学的XYZ节点[11] 、smart-its BTNodes[12]等。
国内也出现诸多研究开发平台套件，包括中科院计算所的EASI系列[13-14]，中科院软件所、清华大学、中科大、哈工大、大连海事大学等单位也都已经开发出了节点平台支持网络研究和应用开发。
这些由不同公司以及研究机构研制的无线节点在硬件结构上基本相同，包括处理器单元、存储器单元、射频单元，扩展接口单元、传感器以及电源模块。
其中，核心部分为处理器模块以及射频通信模块。
处理器决定了节点的数据处理能力和运行速度等，射频通信模块决定了节点的工作频率和无线传输距离，它们的选型能在很大程度上影响节点的功能、整体能耗和工作寿命。
目前问世的传感节点（负责通过传感器采集数据的节点）大多使用如下几种处理器：ATMEL公司AVR系列的ATMega128L处理器，TI公司生产的MSP430系列处理器，而汇聚节点（负责会聚数据的节点）则采用了功能强大的ARM处理器、8051内核处理器、ML67Q500x系列或PXA270处理器。
这些处理器的性能综合比较见表1。
表1、无线传感器网络节点中采用的处理器性能比较在无线传感器网络中，广泛应用的底层通信方式包括使用ISM波段的普通射频通信、具有802.15.4协议和蓝牙通信协议的射频通信。
无线传感器网络汇聚节点的设计与实现
无线传感器网络汇聚节点的设计与实现摘要：由于传统的传感器采用的是电缆形式，它不仅使系统成本增加，而且也产生了许多不同信号之间的干扰。
文章采用无线传感器网络（WSN）方法，大大减少了连接的规模，而且安装更容易，信号更稳定。
与传统传感器相比，无线传感器网络具有预防性维护方便、成本低、适合恶劣环境应用等优点。
文章对无线传感器网络中汇聚节点的重要性进行了分析和讨论，并给出了硬件平台和软件平台的详细设计。
在硬件平台上，设计了LPC2214处理器和CC2530模块的无线通信装置。
为了确保传感器节点的网络灵活性，ZigBee 作为无线通信协议。
通过μμC/OS-II实时操作系统提供设计软件系统。
该设计满足水槽节点的要求，并成功应用于大型油船温度监测系统关键词：无线传感器网络；ZigBee；sink节点；μc/OS-II；温度监测引言无线传感器网络的节点安装过程较为灵活，布线相对简单，通常情况下，通过电池等设备进行供电，对于远程设备可以实时监测，本文介绍了一种无线传感器网络汇聚节点的设计。
其采用ARM处理器和CC2530作为硬件平台，以Zigbee作为无线通信协议，μC/OS-II为操作系统，完成了汇聚节点应具备的功能，并成功运用于大型油船的温度监控系统。
1 无线传感器网络汇聚节点介绍无线传感器网络一般通过三个部分组合而成，分别是传感器节点、汇聚节点以及远程客户端三级网络系统，对特定环境的物理量进行检测和感知是通过传感节点完成的，通过把这些物理量转化成电量，以供整个系统进行判断和处理。
汇聚节点在整个网络中有两部分作用，其一是对传感器节点传输过来的数据进行处理，其二是把远程控制中心的命令发送到每一个传感器节点。
所以，汇聚节点同时和远程终端以及传感器节点进行通信。
2 汇聚节点的总体设计2.1 硬件平台的设计根据汇聚节点的工作特性，硬件平台选用LPC2214芯片作为中央处理器，其采用ARM7TDMI-S为内核，是ARM体系中的一款高端芯片。
基于CC2530的无线传感器网络节点设计
（2）扩展性和灵活性：无线传感器网络节点需 要定义统一的、完整的外部接口，在需要添加新 的硬件部件时，可以再现有节点上直接添加，而 不需要开发新的传感器节点。可以根据需要开发 多种应用，在相同的硬件平台上实现多种应用。 软件的扩展性体现在节点的软件不需要额外的设 备就可以自动升级。
（3）稳定性和安全性：传感器节点的各个部件
二、无线传感器网络节点结构
传感器节点是传感器网络的基本单元，一般 由处理器模块、无线通信模块、传感器模块和电 源管理模块组成。
节点各部分功能如下：
（1）处理器模块：处理器模块是无线传感 器网络节点的计算核心，所有的设备控制、任 务调度、能量计算和功能协调、通信协议、数 据融合和数据转储程序都将在这个模块的支持 下完成，所以处理器的选择在传感器节点的设 计中至关重要。传感器网络节点的处理器应该 满足如下的要求：外形小，集成度高，功耗低， 运行速度快，足够的外部通用I/O接口和通信 接口，成本低，有安全保证。
设计传感器网络节点需要考虑以下几个 方面：
（1）微型化：无线传感器网络节点在保证 对目标系统本身的特性不会造成影响的基础 上，要求在体积上尽可能的小。在某些应用 场合，甚至需要目标系统能够小到不容易让 人察觉的程度，来完成一些特殊任务。在软 件方面，要求所有的模块的软件都应该精简， 没有冗余代码，对不同的应用系统需要配套 不同的软件代码。
基于CC2530的无线传感器网 络节点设计
第一节 无线传感器网络
一、无线传感器网络的基本概念
无线传感器网络（Wireless Sensor Networks, WSN）就是由部署在监测区域 中大量的廉价微型传感器节点组成，通过 无线通信方式形成的一个多跳的自组织网 络系统，其目的是协作地感知、采集、和 处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并 发送给观察者。
无线传感器网络的数据采集和传输方法
无线传感器网络的数据采集和传输方法无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是由大量分布在空间中的无线传感器节点组成的网络。
这些节点能够感知和采集环境中的各种信息，并将其传输到网络中心或其他节点进行处理和分析。
在无线传感器网络中，数据的采集和传输是至关重要的环节，合理的方法能够提高数据的精确性和传输的效率。
一、数据采集方法数据采集是无线传感器网络中的第一步，它涉及到传感器节点对环境中各种信息的感知和采集。
常见的数据采集方法有以下几种：1. 直接采集法：传感器节点直接感知环境中的信息，并将其转化为数字信号进行采集。
例如，温度传感器可以直接测量环境的温度，并将其转化为数字信号输出。
2. 间接采集法：传感器节点通过感知环境中的其他参数来推断所需信息，并进行采集。
例如，通过测量湿度和温度来计算相对湿度。
3. 多传感器融合法：利用多个传感器节点的数据融合来提高数据的准确性和可靠性。
例如，通过多个温度传感器节点的数据融合，可以得到更准确的温度值。
4. 分布式采集法：将采集任务分配给多个传感器节点，每个节点负责采集一部分数据，并将其传输到网络中心。
这种方法能够减轻单个节点的负担，提高采集效率。
二、数据传输方法数据采集完成后，传感器节点需要将采集到的数据传输到网络中心或其他节点进行处理和分析。
数据传输方法的选择对于无线传感器网络的性能至关重要。
以下是几种常见的数据传输方法：1. 直接传输法：传感器节点直接将采集到的数据通过无线通信方式传输到网络中心。
这种方法简单直接，但由于节点之间的距离和信号传输的限制，可能会导致数据传输的不稳定和丢失。
2. 多跳传输法：传感器节点之间通过多次中继传输的方式将数据传输到网络中心。
这种方法能够克服单跳传输的限制，提高传输的可靠性和覆盖范围。
3. 数据压缩传输法：传感器节点将采集到的数据进行压缩处理，减少传输的数据量。
这种方法能够降低能耗和传输延迟，提高网络的能效性。
无线传感器网络的拓扑设计和节点布置
无线传感器网络的拓扑设计和节点布置无线传感器网络是一种由许多分布在特定区域内的小型设备（称为节点）组成的网络，这些节点能够感知周围环境，并通过无线通信互相传递信息。
在构建无线传感器网络时，拓扑设计和节点布置是非常重要的环节，它们直接影响着网络的性能和可靠性。
本文将详细介绍无线传感器网络的拓扑设计和节点布置步骤，并列出相关注意事项。
一、拓扑设计步骤：1. 确定网络范围：首先需要确定无线传感器网络所覆盖的区域范围。
这取决于具体应用需求，可以是一个建筑物、一个户外场地或者更大的地理区域。
2. 确定网络节点数量：根据应用需求和覆盖范围，确定所需的节点数量。
通常，节点的密度会根据目标区域的大小和复杂度进行调整，以充分覆盖整个区域并获取准确的传感器数据。
3. 建立网络拓扑结构：在确定节点数量后，需要确定网络的拓扑结构。
常见的拓扑结构包括星型、树型、网状和混合型。
选择合适的拓扑结构可以提高网络的可扩展性、容错性和能效性。
4. 确定节点通信协议：根据具体应用需求和网络要求，选择适当的节点通信协议。
常用的协议有无线传感器网络协议（WSN）、低功耗蓝牙（BLE）等。
二、节点布置步骤：1. 节点部署策略：为了覆盖目标区域并最大限度地减少能量消耗，需要制定合适的节点布置策略。
通常，需要考虑以下因素：节点的通信范围、传感器数据的覆盖需求、节点之间的距离和通信质量等。
2. 节点位置选择：根据需要，选择合适的节点位置。
节点的位置应符合实际应用需求，并确保传感器能够准确感知到所需的环境数据。
3. 节点能量管理：由于节点通常使用电池供电，因此需要合理管理节点能量。
可以通过调整节点通信协议、降低节点功耗、使用能量高效的硬件等方法来延长节点寿命。
4. 安全防护考虑：在节点布置过程中，要考虑网络的安全防护。
选择合适的加密算法和安全机制，确保数据传输的安全性和机密性。
注意事项：1. 考虑环境因素：在拓扑设计和节点布置时，要考虑目标区域的具体环境因素，如建筑物结构、地形等。
无线传感器网络的节点定位技术
无线传感器网络的节点定位技术无线传感器网络是一种通过分布在自然环境、工厂甚至是人体内部等多个地方的传感器节点进行数据采集的技术。
它可以帮助我们了解水质、空气质量、温度等环境问题，还可以用于安防、物流等领域。
在这个网络中，每个节点都需要进行位置信息的记录和传输，因此节点定位技术就成为了无线传感器网络中非常重要的一部分。
目前，传感器节点定位技术主要分为分布式、集中式两种。
分布式方法是通过将各个节点之间的距离和坐标信息进行交换来实现节点的位置的计算，它能够提供高度的效率和可靠性，但是也需要一定的硬件条件和网络资源。
而集中式方法则是通过在网络中设置中央节点来进行数据的交换和计算，可以更好地提供定位精度，并且也易于实现，但是对于维护和储存中央节点的负载会增加。
无线传感器网络中的定位算法涵盖了众多领域的知识，如数学、物理和信号处理等，其中最常用的定位算法有三角定位、两步法和基于贝叶斯定位的方法。
三角定位是最早的一种方法，是利用节点之间的距离进行计算，该方法具备简单易于理解、精度高等优点。
但是，由于距离计算的误差和使用的算法不同，其定位精度会受到一定影响。
而两步法则是通过收集节点之间的距离信息进行计算，利用传统的二次方程求解方法进行节点定位。
两步法所需的节点数量少、算法速度快、精度高等优点，因此受到了广泛的应用。
基于贝叶斯定位的方法则是通过对节点位置进行概率模型建立，结合先验和测量结果，不断地通过更新实现最终节点的定位。
这种方法的特点是对算法的健壮性要求很高，任何与估计误差相关的问题都会影响定位精度。
从实际应用来看，定位算法在进行节点定位时面临的难题较多，如天线功率控制、信号干扰、路线选择等问题。
为了解决这些问题，研究者们提出了很多创新性的方法，如WiFi定位、基于人工智能的算法等，这些新颖的方法在节点定位精度、算法效率和成本控制方面优势明显。
总之，无线传感器网络中节点定位技术是一个十分重要的组成部分。
定位技术的发展和应用既需要在软件算法方面的不断创新，也需要硬件设备的不断升级。
无线传感器网络节点设计
无线传感器网络节点设计摘要：无线传感器网络是目前研究的热点，传感器节点是无线传感器网络的必要组成部分，高性能高稳定性的传感器节点成为研究的难点，文中首先阐述了无线传感器网络节点的体系结构，然后从无线传感器网络节点功能要求设计的原则出发，着重分析所提出的系统硬件电路的构成以及硬件电路核心部件设计的关键问题，并给出了具体的设计方案。
关键词：无线传感器网络CC1100 MSP430 射频0 引言无线传感器网络是由大量微型传感器节点通过无线自组织方式构成的网络。
它集成了传感器、微机电和无线通信三大技术，能够实时地感知、采集和处理网络覆盖范围内的对象信息，并发送给观察者；具有覆盖区域广、可远程监控、监测精度高、布网快速和成本低等优点，在军事、环保、医疗保健、空间探索、工业监控、精细农业等领域均有非常良好的应用前景。
1 无线传感器网络结构一般来说，一个无线传感器网络包括传感器节点以及传感器网络网关节点，如图1所示。
其中，传感器节点具有本地数据采集传输和转发邻节点数据的双重功能，可以在后台管理软件和传感器网络网关节点的控制下采集数据，并将数据经过多跳路由传输到传感器网络网关节点；传感器网络网关汇聚节点是网络的中心，具有协调器和网关的作用，负责网络的配置、管理和数据的汇集，并负责与用户PC机后台管理软件的通信。
无线传感器网络通常具有两种应用模式：主动轮询模式、被动模式。
主动模式要求网关节点对各个传感器节点进行主动的轮询以获得消息，而被动模式则要求在某个传感器节点事件发生时，网关节点能作出及时的响应。
各个传感器节点得到的数据还能进行组合，这也很大地提高了传感器网络的效率。
当然这也要求传感器节点要具有一定的计算能力。
GPRS或Internet图1 无线传感器网络结构2 系统硬件设计无线传感器网络节点的硬件一般包括处理单元、无线传输单元、传感采集单元、电源供应单元和其他扩展单元，如图2所示。
其中，处理单元负责控制传感器节点的操作以及数据的存储和处理；传感采集单元负责监测区域内信息的采集；无线传输单元负责节点间的无线通信；电源供应单元负责为节点供电。
无线传感器网络节点设计综述
的、由多学科高度交 叉的新 兴前沿研究热
点 。 无 线 传 感 器 网 络 包 括 传 感 器 节 点 （ ｏ ｅ 、汇聚节 点 （ｉｋ ｎ ｄ ） ｎｄ ） Ｓｎ ｏ ｅ、外部 网
络和用 户界面。大量 传感器节点随机部署 在感 知区域 ，通 过 自组织 方式构成 网络 ， 传感器节点将采集到的数据沿着其他传感 器 节 点逐 跳 进 行 传 输 ，经过 多 跳 路 由后 到 汇聚节点 ， 由汇聚节点通过 外部网络把 再 数据传送到处理 中心进行集中处理 。
Ｄ Ｉ ０ ３ ６ ／ ． ｓ ．０ １ ８ ７ ． ０ ０ ２ ． ５ Ｏ ：１ ．９ ９ ｊ ｉ ｎ １ ０ － ９ ２ ２ １ ． ３ ０ ０ ｓ
基金项 目 ：河 南省科 技攻 关项 目 ：１ ２ ２ ０ ０ １ ３ ０ １ １ １ ３
无线传感器 网络 节 点设计综述
１ 无线 传感 器 网络 节点概 述
自然 界 的 给 予 。自然 界 可 利 用的 能量 有 太 ：阳 能 、 电磁 能 、 动 能 及 核 能 等 。因此 ， 振 采 一： 源自Ｉ ｌ Ｉ Ｉ矗 运
Ｉ ， Ｉ’ ｐｐ１ ‘ｎ 种
一 Ｉ ： 一一
目 － Ｉ
在 ２． ４Ｇ Ｈ Ｚ频 段 ，传 输 速率 可达 ｌ Ｍｂ ｓ Ｏ ｐ ；缺 点是传输 距离 只有 １ ｍ 左 Ｏ 右 ，多用于 家庭 个人无线 局域 网。 ８ ２． ０ ｌｂ因为功耗 高而 应用不 多。激光功耗比 １ 用 电 磁 波 低 ，更 安 全 ， 但 是 只 能 直 线 传
是 理 想 的选 择 。这 ２ 种芯 片 各有所 长 ， ＴＲｌ ０ 功耗低一些 ， ００ ＣＣ１０ 灵敏 度高一 ００
些 ，传输距离 更远 。还有一类无线芯 片本
无线传感器网络节点定位技术综述
无线传感器网络节点定位技术综述无线传感器网络是由一组分布在不同位置的小型传感器节点组成的自组织网络。
这些节点可以感知和采集环境信息，并将这些信息发送到中心控制节点或其他通信节点。
无线传感器网络具有广泛的应用，例如环境监测、军事侦察、智能交通等领域。
然而，节点的位置信息对于许多应用来说是至关重要的。
因此，在无线传感器网络中节点定位技术是一项重要的研究方向。
本文将综述节点定位技术的研究现状和发展趋势。
一、节点定位技术的分类节点定位技术可以分为基于距离测量的位置估计和基于角度测量的位置估计两种。
基于距离测量的定位技术是通过测量节点之间的距离来确定节点的位置，其中包括基于信号强度测量残余能量、到达时间或方位角度以及基于时间差测量等技术。
基于角度测量的定位技术是通过测量节点之间的相对角度来确定节点的位置，其中包括时序优先搜索和方向确定等技术。
1. 环境监测在环境监测中，节点位置信息对于实时监测和预测自然灾害，如洪水、地震、火灾等具有重要意义。
基于高精度的节点定位技术，可以提高环境监测系统的数据传输和分析能力。
2. 军事侦察在军事应用中，节点定位技术可以提供战场敌方和基地内部的位置信息。
从而改善军事情报信息的获取和处理。
同时，它也可以为部队的导航和作战提供基础定位支持。
3. 智能交通在智能交通领域中，节点定位技术可以用于车辆和行人定位，从而提高交通系统的效率和安全性。
例如，为自动驾驶车辆提供信息，定位交通拥堵的区域，优化路线等。
目前，节点定位技术面临着很多的挑战和难点，如基站位置不确定性、节点间的建模和配准、时延和多路径效应等。
为了解决这些问题，研究人员正在开展许多的实验研究，提出新的节点定位算法和优化方案。
1. 基于信号可靠性的节点定位技术在无线传感器网络中，信号强度和路径损耗表明了节点之间的距离或位置关系。
以此为基础，研究人员提出了一种基于信号可靠性的节点定位技术，该技术能够减小信号的变异性，并提高定位的准确度。
无线网络技术_第8章 无线传感器网络
❖ 工作频段灵活：使用频段为2.4GHz、868MHz（欧 洲）和915MHz（美国），均为免执照（免费）的 频段
8.4 无线传感器网络的应用
❖ 最初源于军事上的需求 ❖ 后逐渐被被用于农业，医学等领域
安全/监控
闲侦听，以便接收可能传输给自己的数据。过度的 空闲侦听或者没必要的空闲侦听同样会造成节点能 量的浪费。 (4)在控制节点之间的信道分配时，如果控制消息过多， 也会消耗较多的网络能量。
MAC协议分类标准
❖ 采用分布式控制还是集中控制 ❖ 使用单一共享信道还是多个信道 ❖ 采用固定分配信道方式还是随机访问信道方式
❖ 网络层(Network Layer)
网络层协议主要负责路由发现和维护
路由协议可以划分为平面路由协议和分级路由协 议
WSN 路由协议设计要遵从如下原则
❖ 能量利用率优先考虑 ❖ 数据为中心 ❖ 不影响传感器节点探测精度条件下的数据聚合 ❖ 理想的节点定位和目标追踪
❖ 传输层(Transport Layer)
❖链路层（Data Link Layer）
链路层协议用于建立可靠的点到点或点到多点通信链路, 主要由介质访问控制(Medium Access Control ,简称MAC) 组成,MAC协议的基本作用是避免点到点通讯时冲突的发 生。
传感器网络的MAC协议必须满足两项基本要求:首先是组 建网络底层基础设施,实现多跳并具备自组织特性的节点 无线通讯;其次是在节点通讯过程中实现平等高效的资源 共享
❖ 确定事件发生的位置或获取消息的节点位置是传感 器网络最基本的功能之一，对无线传感器网络应用 的有效性起着关键的作用。
无线传感器网络的基本组成与工作原理
无线传感器网络的基本组成与工作原理无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是由大量分布在空间中的无线传感器节点组成的网络系统。
每个传感器节点都具备感知、处理、通信和能量供应等功能，能够实时收集、处理和传输环境中的各种信息。
本文将介绍无线传感器网络的基本组成与工作原理。
一、无线传感器网络的基本组成1. 传感器节点：传感器节点是无线传感器网络的基本单元，通常由感知模块、处理模块、通信模块和能量供应模块组成。
感知模块负责收集环境中的各种信息，如温度、湿度、压力等；处理模块对收集到的信息进行处理和分析；通信模块负责与其他节点进行通信；能量供应模块为节点提供能量。
2. 网络拓扑结构：无线传感器网络通常采用分布式的拓扑结构，常见的拓扑结构有星型、网状和混合型。
星型拓扑结构中，所有的传感器节点都与一个中心节点相连；网状拓扑结构中，传感器节点之间可以直接通信；混合型拓扑结构则是星型和网状拓扑的结合。
3. 网络协议：无线传感器网络需要一套有效的协议来管理和控制节点之间的通信。
常见的网络协议有路由协议、传感器数据聚集协议和能量管理协议等。
路由协议用于确定数据传输的路径；传感器数据聚集协议用于将传感器节点收集到的数据进行聚集和压缩；能量管理协议用于管理和优化节点的能量消耗。
二、无线传感器网络的工作原理1. 节点部署与初始化：首先，需要根据实际需求和应用场景，合理地部署传感器节点。
节点部署完成后，需要对节点进行初始化配置，包括网络参数、感知参数和通信参数等。
2. 数据采集与处理：传感器节点根据预设的感知参数，实时采集环境中的各种信息。
采集到的数据经过处理模块进行处理和分析，提取有用的信息。
3. 数据传输与通信：节点通过通信模块与其他节点进行通信。
节点之间可以通过直接通信或多跳通信的方式进行数据传输。
通过路由协议，节点可以确定数据传输的路径，将采集到的数据传输到指定的目的地。
4. 数据聚集与压缩：传感器节点采集到的数据可以通过传感器数据聚集协议进行聚集和压缩。
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该节点主要由几个模块组成：传感器模块、 JN5139-Z01-MO1R1模块、显示器模块、电 源模块、天线等。
主要部件
JN51xx-Z01-Mxx模块（JN5421和JN5139） 高精度温湿度传感器SHT10，用于精确测量温度和湿度 开关控制2个，用于外设中断触发 LED指示灯3个，用于程序调试和节点状态指示 RS-232串口1个，用于编程或者连接其他的串口设备 电源 跳线开关2个（flash写保护和编程） 外扩40针I/O口，方便功能扩展 2.4G天线
内建4路12位ADC、2路11位DAC、2个比较器 内建3个系统Timer和2个用户Timer 内建2个UART端口 内建1个SPI接口，带有5个片选线 内建1个2线串行接口，兼容SM-BUS和IIC规 范 内建21个通用I/O口 8mm*8mm 56-pin的QFN封装 符合ROHS规范
LCD1602(液晶显示器)
优点：
显示质量高：由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种 色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT）那样 需要不断刷新新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。 数字式接口：和单片机系统的接口更加简单可靠操作更方便。 体积小、重量轻：通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示 的目的，在重量上比普通显示器要轻得多。 功耗低：功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其 他显示器要小得多。
1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背 光）接口，各引脚接口说明如表
第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱， 接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以 通过一个10K的电位器调整对比度。 第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时 选择指令寄存器。 第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行 写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址， 当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W 为低电平时可以写入数据。 第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模 块执行命令 第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线
字符的显示：用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个 字符由6×8或8×8点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个 位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为 “1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就 组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示 字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在 LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的
1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如 下表所示
1602液晶模块的读写操作，屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现 的。（说明1为高电平，0为低电平） 指令1：清显示，指令码01H，光标复位到地址00H位置 指令2：光标复位，光标返回到地址00H 指令3：光标和显示位置设置I/D，光标移动方向，高电平右移，低电 平左移，S：屏幕上所有文字是否左移或右移，高电平表示有效，低电平 表示无效。 指令4：显示开关控制。D：控制整体的显示开与关，高电平表示开显 示，低电平表示关显示。C:控制光标的开与关，高电平表示有光标，低 电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。 指令5：光标或显示移位 S/C ：高电平时显示移动的文字，低电平时 移动光标 指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时为双行显示，F：低电平时显示5X7 的点阵字符，高电平时显示5X10的显示字符。 指令7：字符发生器RAM地址设置。 指令8：DDRAM地址设置。 指令9：读忙信号和光标地址 BF：忙标志位，高电平表示忙，此时模 块不能接收命令或数据，如果为低电平表示不忙。
地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。
汉字的显示：汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微 机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件）， 每个汉字占32B，分左右两半，各占16B，左边为1、3、 5……右边为2、4、6……根据在LCD上开始显示的行列号及 每行的列数可找出显示RAM对应的地址，设立光标，送上要 显示的汉字的第一字节，光标位置加1，送第二个字节，换 行按列对齐，送第三个字节……直到32B显示完就可以LCD
温湿度传感器芯片SHT11
SHT11是一款高度集成的温湿度传感器芯片，采用LCC封装， 提供全量程标定的数字输出。 传感器包括一个电容性聚合体湿度敏感元件和一个用能隙材料 制成的温度敏感元件，这两个敏感元件与一个14位的A/D转换器， 以及一个串行接口电路设计在同一个芯片上面。 该传感器品质卓越、响应快、抗干扰能力强、性价比高。每个 传感器芯片都在极为精确的恒温室中进行标定，以镜面冷凝式露 点仪为参照。 体积微小、功耗极低等优点使其成为各类应用中的首选。在25 度下，测湿精度为正负4.5，测温精度为正负0.5度。
JN5139模块内集成了JN5139无线微处理器， flash存储器、晶振、天线，因此采用该模块可 以大大简化外围电路设计，不用考虑晶振、天 线、存储器的设计，其外部只需外接几只容阻 元件即可。
这个模块中最主要的部分就是集成了芯片 JN5139，该芯片的技术参数包括
全集成、单芯片 2.4GHz兼容IEEE802.15.4规范 内建128位AES安全协处理器 内建高效的电源管理器 内建32为RISC处理器 内建96KB容量RAM静态存储器 内建192KB ROM程序存储器
JN5139模块
兼容2.4GHz IEEE802.15.4和ZigBee协议 2.7-3.6V操作电压 睡眠电流2.8uA 接收灵敏度-96.5dBm TX功率+2.5dBm(发送） TX电流<37mA RX电流<37mA（接收） 开阔环境下，最高可达1KM通信距离 18mm*30mm尺寸
与HD44780相兼容的芯片时序表如下
液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之 前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指 令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉 模块在，哪里显示字符，图是1602的内部显示地址。
例如第二行第一个字符的地址是40H，那么是 否直接写入40H就可以将光标定位在第二行第一 个字符的位置呢？ 这样不行，因为写入显示地址时要求最高位D7恒 定为高电平1所以实际写入的数据应该是 01000000B（40H） +10000000B(80H)=11000000B(C0H)。 在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式， 在液晶模块显示字符时光标是自动右移的，无 需人工干预。每次输入指令前都要判断液晶模 块是否处于忙的状态。
1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储 了160个不同的点阵字符图形，如图10-58所示，这些字符有 ：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假 名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字 母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H 中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”
MCU特性Biblioteka
16MHz 32位RISC CPU 96KB RAM、192KB ROM 4个输入端口、12位ADC、两个11位DAC、2个比较器 2个应用级定时器/计数器 3个系统定时器 2个串口（一个用于系统在线调试） 一个SPI接口，带有5个片选线 2线串行接口 21个GPIO
分类
按其显示方式分：段式、字符式、点阵式 按驱动方式分：静态驱动（Static）、单纯矩阵驱动（Simple Matrix）、主动矩阵驱动（Active Matrix）
显示原理
线段的显示：点阵图形式液晶由M×N个显示单元组成， 假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的 8位，即每行由16字节，共16×8=128个点组成，屏上 64×16个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字 节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行 的亮暗由RAM区的000H——00FH的16字节的内容决定，当 （000H）=FFH时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度 为8个点；当（3FFH）=FFH时，则屏幕的右下角显示一条 短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H） =00H，……（00EH）=00H，（00FH）=00H时，则在屏幕 的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线
电源模块
在这个节点中，除了显示模块需要5V电压，其他部分都是需要3.3V 即可。所以，我们做了一个电压转换电路。
串口
MAX3222/MAX3232/MAX3237/MAX3241收发器采用专有的低压差发送 器输出级，利用双电荷泵在3.0V至5.5V电源供电时能够实现真正的RS232性能。器件仅需四个0.1μF的外部小尺寸电荷泵电容。 MAX3222、MAX3232和MAX3241确保在120kbps数据速率下维持RS232输出电平。MAX3237在正常工作模式下可确保250kbps的数据速率， MegaBaudTM工作模式下保证1Mbps的速率，同时保持RS-232输出电平。 MAX3222/MAX3232具有2路接收器和2路驱动器。MAX3222提供1μA关 断模式，有效降低功耗并延长便携式产品的电池使用寿命。关断模式下， 接收器保持有效状态，对外部设备(例如调制解调器)进行监测，仅消耗 1μA电源电流。 MAX3222和MAX3232的引脚、封装和功能分别与工业标准的MAX242和 MAX232兼容。 MAX3241提供一个完整串口(3路驱动器/5路接收器)，设计用于笔记本电 脑和亚笔记本电脑。MAX3237 (5路驱动器/3路接收器)可理想用于高速调 制解调器。这两款器件都具有关断模式，关断时所有接收器保持有效状 态，仅消耗1μA电源电流。接收器R1 (MAX3237/MAX3241)和R2 (MAX3241)除标准输出外还提供附加输出。这些附加输出始终保持有效， 可以对调制解调器等外部设备进行监测，电路(可能已完全撤除VCC电源) 中无需正向偏置保护二极管。