无线传感器网络节点设计综述
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少。
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
．
引 言
无 线 传 感 器 网 络 （ ｉｅｅ ｓ Ｓ ｎ ｏ Ｗ ｒｌｓ ｅ ｓ ｒ Ｎｅｗｏ ｋ Ｗ Ｓ ） 当 前 国 际 上 备 受 关 注 ｔ ｒ， Ｎ 是
司）等。在选择处理 器时应该首先考虑 系 统对处理能 力的需要 ，然后再考虑功耗 问
题。
１２ ２ ． ． 通信技 术 常 用的无 线通信 技术有 ：８ ２ １ｂ、 ０ ．ｌ ８ ２ １ ．（ｉｂ ｅ 、Ｂｕ ｔｏｈ、ＵＷＢ等 ， ０ ．５ ４Ｚｇ ｅ ） ｌｅｏ ｔ
Ｚｇ ｅ 是 一 种 近 距 离 、 复 杂 度 、 功耗 、 ｉｂ ｅ 低 低
蔡晓艳 司小平 蒋华勤
黄 河科 技 学院 ４ ０ ６ ５０５
０：
毫
１ １节 点 组成 ．
无线传感 器网络因其广泛的应用前景越来
越 受到 军 事 、 学 术 界 和 工 业 界 的广 泛 关
无线传 感器 网络节点是一个微型嵌入 式系统 。节点硬件 由传感 器模 块 、微处 理
输 ， 易受 大 气 状 况 影 响 。 ＵＷ Ｂ具 有 发 射
注。 文章介 绍 了无线传感器 网络 节点 的体
系结 构 、节点 的 组成 ， 出 了 节点 设 计 中 提
器模块 、无线通 信模块 和电源模块 组成 ，
其结构如 图 １ 所示 。微 处理 器模块是节 点 的 核 心 ，用 来 进 行 节 点 设 备控 制 、任 务调 度等；无线通 信模块用来完 成节点间无线 通 信传输；传感器模块 用于采集节点所处 地 域的温度 、湿度等信息 ；电源模块用来 为节点的正常工 作、空闲 、休眠等提供 电
能。
的关键问题 ， 着重讨论 了降低 能耗 的方 并
法。
信号 功率 谱 密度 低 、 系统 复 杂度 低 、安 全性 好 、数据 传输 率 高 、能提 供 数 厘米 的定 位精 度 等优 点 ；缺 点是 传输 距离 只
无 线 传 感 器 网络 ； 节点 ； 能耗
ｆ有 １ ｍ 左右 ，隔 墙穿透 力不 好 。 ０
用什 么能源 ，采取什 么样的供 电方式 显得 尤为重要 ，本模块 中必须解决好 能源 消耗 与 网 络 运 行 可 靠 性 的关 系 。
１ ２ ４ 源 模块 ．． 电 电源 模 块 作 为 整 个 无 线 传 感 器 节 点 的 基础模块 ，是节 点正常 顺利工作 的保证 。 由于 是 无 线 网络 ， 以 无法 采 用 普 通 的 工 所
业 电能 ，只 能 使 用 自己存 储 的能 源 或 者 是
低数 据速 率 及低 成本 的双 向无线 通信 技 术 ，同时 支 持 地 理 定 位 功 能 ，非 常 适 合应 用在无线传感 器网络中… ｌｅｏ ｔ 。Ｂ ｕｔ ｏｈ工作
身集 成了处理器 ， ＣＣ ４ ０ 如 ２ ３ 是在 ＣＣ ４ ０ ２２ 的 基 础 上集 成 了 ５１ 内核 的单 片 机 ＩＩ ； ２ Ｃ ０ ０是在 Ｃ ０ ０的基础上集成 了５ Ｃ１ ｌ Ｃ１ ０ １ 内核的单 片机 ， 使得芯 片的集成度进一步 提高 。 见的无线芯片还有 Ｎｏｄｃ 司的 常 ｒｉ公 ｎ ９ ５ ｎ ２ ０ 等系列芯片 ，因为功 ＲＦ ０ 和 ＲＦ ４ ｌ 耗较 高，接收 灵敏度 比较 低 ，开发难 度较 大 ，在 实际 的无 线传 感 器 网络 中应用较
１２ ３ ． ． 射频芯 片 从性能 、 成本 和功 耗方面考虑 ， Ｍ ＲＦ
公 司 的 Ｔ ０ ０ Ｃ ｉｃ ｎ 司 的 Ｃ ０ ０ Ｒｌ０ 和 ｈｐ ｏ 公 Ｃｌ ０
１２节 点组 成部分介绍 ．
１２ １ 处 理 器模 块 ．．微
处理 器 模块 是 无线 传 感器 节 点的 核 心 ，应具 有较高的集 成度 、尽可 能低的能 源消耗 、尽量快 的运行速度 、尽可能多的
Ｉ ０和扩 展接 口和尽可 能低 的成本 。可作 ／ 为Ｚｇ ｅ 节点的微处理 器有 Ａｔ ｇ １ ８ ｉｂ ｅ ｍｅ ａ ２ Ｌ （ ｍｅ公 司 ） ＭＳ ４ ０ＴＩ 司 ） Ｐ Ｃ１Ｆ Ａｔ ｌ 、 Ｐ３（ 公 、 Ｉ ８
（ ｃｏ ｈｐ公 司 ） Ｍｉｒ ｃ ｉ 、ＨＣ ０ （ ｔ ｒｌ Ｓ ８ Ｍｏｏ ｏａ公
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
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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
．
引 言
无 线 传 感 器 网 络 （ ｉｅｅ ｓ Ｓ ｎ ｏ Ｗ ｒｌｓ ｅ ｓ ｒ Ｎｅｗｏ ｋ Ｗ Ｓ ） 当 前 国 际 上 备 受 关 注 ｔ ｒ， Ｎ 是
司）等。在选择处理 器时应该首先考虑 系 统对处理能 力的需要 ，然后再考虑功耗 问
题。
１２ ２ ． ． 通信技 术 常 用的无 线通信 技术有 ：８ ２ １ｂ、 ０ ．ｌ ８ ２ １ ．（ｉｂ ｅ 、Ｂｕ ｔｏｈ、ＵＷＢ等 ， ０ ．５ ４Ｚｇ ｅ ） ｌｅｏ ｔ
Ｚｇ ｅ 是 一 种 近 距 离 、 复 杂 度 、 功耗 、 ｉｂ ｅ 低 低
蔡晓艳 司小平 蒋华勤
黄 河科 技 学院 ４ ０ ６ ５０５
０：
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１ １节 点 组成 ．
无线传感 器网络因其广泛的应用前景越来
越 受到 军 事 、 学 术 界 和 工 业 界 的广 泛 关
无线传 感器 网络节点是一个微型嵌入 式系统 。节点硬件 由传感 器模 块 、微处 理
输 ， 易受 大 气 状 况 影 响 。 ＵＷ Ｂ具 有 发 射
注。 文章介 绍 了无线传感器 网络 节点 的体
系结 构 、节点 的 组成 ， 出 了 节点 设 计 中 提
器模块 、无线通 信模块 和电源模块 组成 ，
其结构如 图 １ 所示 。微 处理 器模块是节 点 的 核 心 ，用 来 进 行 节 点 设 备控 制 、任 务调 度等；无线通 信模块用来完 成节点间无线 通 信传输；传感器模块 用于采集节点所处 地 域的温度 、湿度等信息 ；电源模块用来 为节点的正常工 作、空闲 、休眠等提供 电
能。
的关键问题 ， 着重讨论 了降低 能耗 的方 并
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信号 功率 谱 密度 低 、 系统 复 杂度 低 、安 全性 好 、数据 传输 率 高 、能提 供 数 厘米 的定 位精 度 等优 点 ；缺 点是 传输 距离 只
无 线 传 感 器 网络 ； 节点 ； 能耗
ｆ有 １ ｍ 左右 ，隔 墙穿透 力不 好 。 ０
用什 么能源 ，采取什 么样的供 电方式 显得 尤为重要 ，本模块 中必须解决好 能源 消耗 与 网 络 运 行 可 靠 性 的关 系 。
１ ２ ４ 源 模块 ．． 电 电源 模 块 作 为 整 个 无 线 传 感 器 节 点 的 基础模块 ，是节 点正常 顺利工作 的保证 。 由于 是 无 线 网络 ， 以 无法 采 用 普 通 的 工 所
业 电能 ，只 能 使 用 自己存 储 的能 源 或 者 是
低数 据速 率 及低 成本 的双 向无线 通信 技 术 ，同时 支 持 地 理 定 位 功 能 ，非 常 适 合应 用在无线传感 器网络中… ｌｅｏ ｔ 。Ｂ ｕｔ ｏｈ工作
身集 成了处理器 ， ＣＣ ４ ０ 如 ２ ３ 是在 ＣＣ ４ ０ ２２ 的 基 础 上集 成 了 ５１ 内核 的单 片 机 ＩＩ ； ２ Ｃ ０ ０是在 Ｃ ０ ０的基础上集成 了５ Ｃ１ ｌ Ｃ１ ０ １ 内核的单 片机 ， 使得芯 片的集成度进一步 提高 。 见的无线芯片还有 Ｎｏｄｃ 司的 常 ｒｉ公 ｎ ９ ５ ｎ ２ ０ 等系列芯片 ，因为功 ＲＦ ０ 和 ＲＦ ４ ｌ 耗较 高，接收 灵敏度 比较 低 ，开发难 度较 大 ，在 实际 的无 线传 感 器 网络 中应用较
１２ ３ ． ． 射频芯 片 从性能 、 成本 和功 耗方面考虑 ， Ｍ ＲＦ
公 司 的 Ｔ ０ ０ Ｃ ｉｃ ｎ 司 的 Ｃ ０ ０ Ｒｌ０ 和 ｈｐ ｏ 公 Ｃｌ ０
１２节 点组 成部分介绍 ．
１２ １ 处 理 器模 块 ．．微
处理 器 模块 是 无线 传 感器 节 点的 核 心 ，应具 有较高的集 成度 、尽可 能低的能 源消耗 、尽量快 的运行速度 、尽可能多的
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（ ｃｏ ｈｐ公 司 ） Ｍｉｒ ｃ ｉ 、ＨＣ ０ （ ｔ ｒｌ Ｓ ８ Ｍｏｏ ｏａ公