傳感器節(jié)點是一種微型嵌入式設備，要求它的價格低、功耗小，些限制必然導致其攜帶的處理器能力比較弱、存儲器容量比較小。為了完成各種任務，傳感器節(jié)點需要完成監(jiān)測數(shù)據的采集和轉換、數(shù)據的管理和處理、應答匯聚節(jié)點的任務請求和節(jié)點控制等多種工作。如何利用有限的計算和存儲資源完成諸多協(xié)同任務成為傳感器網絡設計的挑戰(zhàn)之一。

傳感器節(jié)點結構

傳感器節(jié)點主要由傳感部分、處理部分、通信部分和電源部分構成。其中，處理部分是傳感器節(jié)點的核心部分，負責整個節(jié)點的設備控制、任務分配、任務調度、數(shù)據整合、數(shù)據傳輸?shù)裙δ?。由于受?jié)點體積的限制，傳感器節(jié)點能量十分有限，因此需要電源部分來為其提供能量。

無線傳感器網絡

無線傳感器網絡，英文名稱為Wireless Sensor Networks，簡寫為WSN，是一種由傳感器節(jié)點組成的分布式傳感網絡，是一個基于無線通信技術而形成的一個多跳自組織網絡。隨著微機電系統(tǒng)、片上系統(tǒng)、無線通信、低功耗嵌入式等技術的飛速發(fā)展，無線傳感器網絡也得到了迅猛發(fā)展并已廣泛應用于智能交通、軍事、環(huán)境監(jiān)控、醫(yī)療衛(wèi)生等各個領域。

傳感器節(jié)點體系結構

傳感器節(jié)點是無線傳感網的一個基本組成部分。根據應用需求的不同，傳感器節(jié)點必須滿足的具體要求也不同。傳感器節(jié)點可能是小型的、廉價的或節(jié)能的，必須配備合適的傳感器，具有必要的計算和存儲資源，并且需要足夠的通信設施。一個典型的傳感器節(jié)點由感知單元、處理單元（包括處理器和存儲器）、通信單元、能量供給單元和其他應用相關單元組成，傳感器節(jié)點的體系結構如下圖所示。

在上圖中，感知單元主要用來采集現(xiàn)實世界的各種信息，如溫度、濕度、壓力、聲音等物理信息，并將傳感器采集到的模擬信息轉換成數(shù)字信息，交給處理單元進行處理。處理單元負責整個傳感器節(jié)點的數(shù)據處理和操作，存儲本節(jié)點的采集數(shù)據和其他節(jié)點發(fā)來的數(shù)據。通信單元負責與其他傳感器節(jié)點進行無線通信、交換控制消息和收發(fā)采集數(shù)據。能量供給單元提供傳感器節(jié)點運行所需的能量，是傳感器節(jié)點最重要的單元之一。另外，為了對節(jié)點精確定位以及對移動狀態(tài)進行管理，傳感器節(jié)點需要相應的應用支持單元，如位置查找單元和移動管理單元。

傳感器節(jié)點通常是一個微型嵌入式系統(tǒng)，它的處理能力、存儲能力和通信能力是受限的。節(jié)點要正常工作，需要軟硬件系統(tǒng)的密切配合。硬件系統(tǒng)的組成參照上圖。軟件系統(tǒng)由5個基本的軟件模塊組成，分別是操作系統(tǒng)（OS）微碼、傳感器驅動、通信處理、通信驅動和數(shù)據處理mini-app軟件模塊。OS微碼控制節(jié)點的所有軟件模塊以支持節(jié)點的各種功能。TinyOS就是一種專為嵌入式無線傳感網設計的操作系統(tǒng)。傳感器驅動模塊管理傳感器收發(fā)器的基本功能；此外，傳感器的類型可能是模塊或插件式的，根據傳感器的不同類型和復雜度，該模塊也要支持對傳感器進行的相應配置和設置。通信處理模塊管理通信功能，包括路由、數(shù)據包緩沖和轉發(fā)、拓撲維護、介質訪問控制、加密和前向糾錯等。通信驅動模塊管理無線電信道傳輸鏈路，包括時鐘和同步、信號編碼、比特計數(shù)和恢復、信號分級和調制。數(shù)據處理mini-app模塊支持節(jié)點的數(shù)據處理，包括信號值的存儲與操作或其他的基本應用。