理论教育 传感器节点:物联网技术中的基本组成单位

传感器节点:物联网技术中的基本组成单位

时间:2023-11-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:传感器节点是WSN的基本组成单位,它完成数据的采集和在监测区域内的传输。在不同的应用中,传感器节点设计也各不相同,但是它们的基本组成是一致的。图3.2 无线传感器节点构成传感器模块负责监测区域内的信息采集,并通过A-D转换器将其转换为数字信号,然后发送到处理部件。无线通信模块负责与其他传感器节点进行无线通信,交换控制消息和收发采集数据。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。

传感器节点:物联网技术中的基本组成单位

传感器节点是WSN的基本组成单位,它完成数据的采集和在监测区域内的传输。在不同的应用中,传感器节点设计也各不相同,但是它们的基本组成是一致的。传感器节点的组成一般都由传感器模块(由传感器和模数转换器组成)、处理器模块(CPU、存储器)、无线通信模块(由无线通信器件组成)和能量供应模块四部分组成(见图3.2)。

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图3.2 无线传感器节点构成

传感器模块负责监测区域内的信息采集,并通过A-D转换器将其转换为数字信号,然后发送到处理部件。

处理器模块一般由嵌入式系统组成,包括CPU、存储器、操作系统等。该模块主要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。(www.daowen.com)

无线通信模块负责与其他传感器节点进行无线通信,交换控制消息和收发采集数据。通信模块有发送、接收、空闲以及睡眠四种状态。发送状态的能耗最大,接收状态和空闲状态的能耗相差不大,而睡眠状态下的能耗远低于空闲能耗。这是因为空闲状态下节点也要监听信道,看是否有数据发给自己,而在睡眠状态下节点完全关闭了通信模块,能量消耗很少,因此,在执行监控任务时,应尽可能采用节点调度算法使节点更多地转入睡眠状态。

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。由于节点采用电池供电,一旦电源耗尽,节点就失去了工作能力,为了最大限度地节约电源,在硬件设计方面,要尽量采用低功耗器件,在没有通信任务对,切断部分电源。在软件设计方面,各层通信协议都应该以节能为中心,必要时可以牺牲其他的一些网络性能指标,以获得更高的电源效率。随着集成电路工艺的进步,数据采集单元和处理单元的能耗已经变得很低,绝大部分能量消耗在无线通信模块上。

在某些WSN节点中,节点还可能有其他功能单元,如定位系统、移动系统、能量再生等。定位系统主要用于监测数据附加的地理位置信息的获取,移动系统用于使节点具有改变位置的能力,能量再生可以为传感器节点的电源补充能量。

除此之外根据具体应用的需要,节点还可能有其他功能单元,如定位系统、电源再生单元和移动单元等。定位系统对传感器网络的路由是很重要的,有些传感器节点采用全球定位系统(GPS)进行定位,但是GPS模块价格昂贵且体积难以减少,所以不可能全部节点都使用GPS来进行定位。此外,GPS定位还受到其他限制,如部分应用于建筑物内部等。通常情况下是在整个网络中会有某些传感器节点配有GPS,其他节点通过局部定位算法得到它们与配有GPS的节点之间的相对位置,这样所有节点都能知道各自的具体位置了。电源再生单元可以为传感器节点的电源补充能量,如可采用太阳电池等方式来补充能量。移动系统用于使节点具有改变位置的能力。

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