无线传感器网络节点介绍
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。
无线传感器网络知识点

无线传感器网络知识点一、引言在当今科技飞速发展的时代,无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)正逐渐成为一个热门的研究领域,并在众多领域得到了广泛的应用。
从环境监测到工业控制,从医疗保健到智能家居,无线传感器网络的身影无处不在。
那么,什么是无线传感器网络?它由哪些部分组成?又有哪些关键技术和应用场景呢?接下来,让我们一起深入了解无线传感器网络的相关知识点。
二、无线传感器网络的定义和组成(一)定义无线传感器网络是由大量的、廉价的、具有感知能力、计算能力和通信能力的传感器节点通过自组织的方式构成的无线网络。
这些传感器节点能够实时监测、感知和采集网络覆盖区域内的各种环境或监测对象的信息,并将这些信息通过无线通信的方式传输给用户。
(二)组成1、传感器节点传感器节点是无线传感器网络的基本组成单元,它通常由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和电源模块组成。
传感器模块负责感知监测对象的信息,处理器模块负责对感知到的数据进行处理和分析,无线通信模块负责与其他节点进行通信,电源模块则为节点提供能量。
2、汇聚节点汇聚节点也称为网关或基站,它的主要功能是接收传感器节点发送的数据,并将这些数据转发给用户或其他网络。
汇聚节点通常具有较强的处理能力和通信能力,能够与外部网络进行连接。
3、网络协议网络协议是无线传感器网络中节点之间进行通信和数据传输的规则和标准,它包括物理层协议、数据链路层协议、网络层协议、传输层协议和应用层协议等。
三、无线传感器网络的关键技术(一)传感器技术传感器是无线传感器网络的核心部件,它能够将被监测对象的物理量、化学量等转化为电信号。
目前,常用的传感器包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、光照传感器、声音传感器等。
随着微机电系统(MEMS)技术的发展,传感器的体积越来越小、功耗越来越低、成本越来越低,为无线传感器网络的广泛应用提供了可能。
(二)低功耗技术由于传感器节点通常采用电池供电,而且电池的能量有限,因此低功耗技术是无线传感器网络中的关键技术之一。
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纳分立元器件的系统集成技术。
已消失的多种节点的设计和平台套件,在体系结构上有相像性,主要区分在于采纳了不同的微处理器,如AVR系列和MSP430系列等;或者采纳了不同的射频芯片或通信合同,比如采纳自定义合同、802. 11合同、Zig芯片1]合同、蓝牙合同以及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], CSRlo 讨论室的CSRIO 节点[8]、Tmote [9]、ShOCkFiSh 公司的 TinyNOde[10]、耶鲁高校的XYZ节点[∏]、SnIart-its BTNodes[12]等。
国内也消失诸多讨论开发平台套件,包括中科院计算所的EASl系列[13T4],中科院软件所、清华高校、中科大、哈工大、大连海事高校等单位也都已经开发出了节点平台支持网络讨论和应用开发。
这些由不同公司以及讨论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。
处理器打算了节点的数据处理力量和运行速度等,射频通信模块打算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:AT理L公司AVR系列的ATMega128L处理器,Tl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)则采纳了功能强大的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Io 表1、无线传感器网络节点中采纳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波段的一般射频通信、具有802. 15.4合同和蓝牙通信合同的射频通信。
无线传感器网络

无线传感器网络无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)是一种由众多装备了传感器和通信设备的节点组成的、可以进行数据采集、处理和传输的网络系统。
这些节点可以相互通信,共同完成特定的监测、控制或者数据传输任务。
无线传感器网络广泛应用于环境监测、医疗健康、物联网等领域。
一、无线传感器网络的组成无线传感器网络由多个节点组成,每个节点都有独立的处理能力、通信能力和传感能力。
节点之间通过无线通信进行数据的传递和交换。
每个节点可以采集周围环境的信息,并将数据传输给其他节点,或者通过无线信号传输给数据收集中心。
在无线传感器网络中,节点可以分为三个类型:传感器节点、中心节点和路由节点。
传感器节点用于收集环境信息,如温度、湿度、光照等。
中心节点负责数据的存储和处理,是整个网络的核心。
路由节点用于传输数据,将各个传感器节点采集到的数据传输给中心节点。
二、无线传感器网络的应用无线传感器网络在各个领域都有广泛的应用。
1. 环境监测无线传感器网络可以用于环境的监测和数据的采集。
通过部署传感器节点,可以实时监测空气质量、水质状况、土壤湿度等环境因素,并将数据传输给监测站点。
这对于环境保护和资源管理非常重要。
2. 健康医疗无线传感器网络可以应用于健康监测和医疗领域。
通过佩戴传感器设备,可以实时监测人体的生理参数,如心率、血压、体温等,并将数据传输给医生或者云平台,以便于监护和诊断。
3. 物联网无线传感器网络是物联网的基础技术之一。
通过无线传感器网络,不同的物体和设备可以相互连接和通信,实现信息的交换和共享。
无线传感器网络在智能家居、智能城市等方面有着重要的应用。
三、无线传感器网络的挑战与未来发展尽管无线传感器网络在各个领域都有广泛的应用,但也面临一些挑战。
1. 能源管理由于无线传感器网络中的节点通常是由电池供电,能源管理是一个重要的问题。
如何延长节点的寿命,提高能源利用效率是当前的研究重点之一。
无线传感器网络知识点

1. 无线传感器网络(wireless sensor network, WSN )就是由部署在检测区域内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的网络系统,目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知的对象信息,并发送给观察者。
2. 构成WSN 的三要素:传感器、感知对象、观察者。
3. ADHOC 和WSN 的区别:(1)WSN(2)WSN (3)WSNAd hoc(4)WSN(5)WSN (6)WSN 以数据为中心。
4. WSN 的节点:传感模块、处理器模块、通信模块、电源模块 节点特点:电源能量有限、通信能力有限、计算和存储能力有限5. WSN 协议栈结构(1)能源管理平台:管理传感器节点如何使用能量;(2)移动管理平台:检测和注册传感器节点的移动,维护到汇聚点的路由,使得传感器节点能够跟踪它的邻居;(3)任务管理平台:在一个给定的区域内平衡和调度监测任务6. 传感器物理层作用:屏蔽物理设备和传输介质的差异目的:透明传输功能:提供传输通道;传输数据;其他特性:(1)机械特性(2)电气特性(3)功能特性(4)规程特性运用的技术:(1)介质和频段的选择(2)调制技术(3)扩频技术传输媒体:(1)建议采用ISM (工业、科学和医学)频段短距离的无线低功率通信最适合传感器网络(2)红外,不需要许可证,抗干扰要求收发双方在视线之内(3)光7.频率选择,载频发生,信号检测,调制,数据加密信号传播传播信号需要的最小发送功率和传输距离d的n次方成正比,2<= n < 4.为了减小传输距离,传感器网络采用多跳(multihop)通信方式8.MAC层协议:S-MAC协议、IEEE802.11 MAC协议9.MAC层有用功耗:(1)发送,接收数据(2)处理询问请求(3)转发询问和数据到邻居节点9.MAC层无用功耗:(1)信道的空闲侦听,“waiting for possible traffic”.(2)由于碰撞导致的重传,例如两个数据包同时到达同一节点(3)无意偷听:当节点接收到一个不属于他的数据包时(4)产生和处理控制数据包开销10.CSMA/CACSMA /CA载波侦听/冲突避免如何解决“隐匿终端问题11.S-MAC机制针对碰撞重传、串音、空闲侦听和控制消息等可能造成较多能耗的因素S-MAC 采用如下机制:(1)周期性侦听/睡眠的低占空比工作方式,控制结点尽可能处于睡眠状态来降低结点能量的消耗;(2)邻居结点通过协商的一致性睡眠调度机制形成虚拟簇,减少结点的空闲侦听时间;(3)通过流量自适应的侦听机制,减少消息在网络中的传输延迟;(4)采用带内信令来减少重传和避免侦听不必要的数据;通过消息分割和突发传递机制来减少控制消息的开销和消息的传递延迟。
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。
无线传感器网络的简介和应用领域

无线传感器网络的简介和应用领域无线传感器网络(Wireless Sensor Network,简称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。
每个节点都具备感知、处理、通信能力,并能自组织形成网络。
WSN的发展使得传感器节点能够实时地获取环境信息,并通过无线通信将数据传输到目标位置,从而实现对环境的监测和控制。
WSN的应用领域非常广泛,涵盖了农业、环境监测、智能交通、健康监护等多个领域。
在农业领域,WSN可以用于土壤湿度监测、气象数据采集等,帮助农民科学决策,提高农作物产量。
在环境监测方面,WSN可以用于水质监测、空气污染监测等,及时掌握环境状况,保护生态环境。
在智能交通中,WSN可以用于交通流量监测、道路状况监测等,提高交通效率,减少交通拥堵。
在健康监护方面,WSN可以用于老年人健康监测、病房环境监控等,提供及时的医疗服务。
除了以上应用领域,WSN还有许多其他的应用。
在工业自动化中,WSN可以用于设备状态监测、生产过程监控等,提高生产效率和质量。
在安全监控中,WSN可以用于入侵检测、火灾预警等,保障人员和财产的安全。
在灾害预警中,WSN可以用于地震预警、洪水预警等,为人们提供逃生和救援的时间。
在智能家居中,WSN可以用于智能家电控制、环境监测等,提供更加便捷和舒适的生活方式。
WSN的发展离不开技术的支持。
目前,WSN使用的通信技术主要有无线局域网(WLAN)、蓝牙(Bluetooth)、射频识别(RFID)等。
此外,WSN还涉及到传感器技术、数据处理技术、网络协议等方面的研究。
随着物联网和人工智能的发展,WSN的应用前景将更加广阔。
然而,WSN也面临一些挑战。
首先,能源问题是WSN的主要挑战之一。
由于传感器节点通常由电池供电,能源消耗是限制其使用寿命的重要因素。
其次,网络安全问题也是WSN需要解决的难题。
传感器节点通常部署在无人区域,容易受到攻击,因此需要采取相应的安全措施。
此外,WSN的数据处理和传输也需要考虑效率和可靠性等方面的问题。
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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。
使用普通ISM频段的无线传感器网络节点根据在不同的国家和地区对于ISM波段频率的定义不同,一般将通信频率设置为433MHz或者868/915MHz。
在硬件的设计中,所采用的芯片包括Chipcon公司的CC1000,Nordic公司的nrf903,Semtech公司的XE1205。
还有部分无线传感器网络节点使用了带有802.15.4/ZigBee协议的通信芯片,具有这样协议的芯片包括Chipcon公司的CC2420,RFWave公司的RFW102芯片组。
还有部分节点采用了Bluetooth协议进行通信,具有Bluetooth协议的芯片组包括Ericsson公司生产的ROK 101 007等。
上述这些射频芯片的性能比较以及代表性节点的性能比较见表2和表3。
表2、无线传感器网络节点中采用的射频模块综合比较
表3、无线传感器网络节点综合比较
由表3可以看出,各公司生产的不同无线传感器网络节点根据所选用的核心处理器与射频通信芯片以及扩展功能的不同,分别具有不同的特点。
采用MSP430单片机具有的超低功耗特点,如Tmote;采用了超强处理器的节点更加擅长处理大数据量,适用于高速通信、环境复杂、需要强大数据处理能力的场合,如imote 2及XYZ节点; 使用ATMega128L芯片处理器则在性能和功耗之间较为平衡,处理速度较快,而功耗又相对较低,是一种折中的方案。
在射频方面,采用2.4GHz无线通信频率的节点包括使用了802.15.4/ZigBee通信协议以及Bluetooth通信协议,这两种方式将MAC层以下的通信协议固化在模块中,不需要进一步进行开发,步骤简化,更具兼容性,如Mica z、Tmote、Imote2及XYZ以及BTNodes节点,采用其它射频芯片的节点由于其通信频率比较低,因此在通信距离上较有优势,还可开发满足需要的MAC协议。
尽管已经出现了以上诸多类型的节点,但这些节点基本上还都是实验系统,是支持研究和二次开发的平台,尚没有实现系列化和标准化的工业级设计,距离
真正的实际应用需要,在技术成熟度上和功能上都尚有很大的差距,成本也比较高。
支持系统异构性的节点目前为数不多,CrossBow公司生产SPB400 stargate 网关节点使用了PXA255处理器,操作系统采用了Linux;而传感节点则采用mica 系列,使用TinyOS操作系统。
该网关节点具有强大的数据处理功能,并有多种接口,包括串行口、USB、以太网以及JTAG接口等,和mica节点插接使用实现射频通信。
目前为了支持异构网络(包括网络中采用不同的或混合的无线通信方式)而需要的具有更强系统异构性的节点不多见,Intel Xcale是一个例子,在使用了PXA250 XScale处理器的网关上增加802.11通信方式,使得网关节点间具有较强的通信能力,网络中其他传感节点使用非802.11协议(如802.15.4/ZigBee)的方式进行无线通信,以支持分层的异构网络应用。
目前,对异构网络的研究大多数是针于异构网络通信协议以及算法,以及Mesh网络的体系结构等,尚缺乏足够多样化的实际节点系统平台作为支持。
因此,支持系统异构性的、系列化的无线传感器网络节点正是当前急需启动的研究内容。
基于集成片上系统技术的节点类型和特点
集成片上系统是向下一代节点发展的必然趋势,它在物理设计上进行改进来减少节点的体积、成本和功耗,是从根本上解决低成本和高可靠性的技术手段。
下一代节点的典型代表有U.C. Berkeley的Smart Dust[15]以及PicoRadio[16],CSEM的WiseNET[17],芬兰坦佩雷技术大学的Multi-Radio WSN Platform[18]等,它们均采用了SOC技术,在一个芯片上集成了CPU、自定义逻辑模块、甚至射频模块和传感器模块,用这样的芯片辅以较少的外设来实现传感器节点。
目前此类节点的开发,一般先在FPGA开发平台上进行,验证完成后再转为ASIC量产。
由于能够自行选择和设计逻辑模块,此类平台的开发灵活性有了很大的提高,在FPGA验证完成的情况下,配上先进的工艺来设计ASIC芯片,可以大幅度的减少节点的功耗、体积和成本并且提高可靠性。
不过此类节点的开发比较复杂,目前多为各个实验室自行开发各自的平台。
不过随着SOC技术的发展和IP(Intellectual Property)模块的普及,此类节点的开发会越来越容易。
Smart Dust是1999年U.C. Berkeley在美国国防部委托下开发出的一套无线传感器网络节点,采用光通信方式。
同时,它采用了MEMS技术,融合了硅微加工、光刻铸造成型(LIGA)和精密机械加工等多种微加工技术,使得它的长度在
5mm之内。
Smart Dust采用了SOC的方式,在一个芯片中集成了传感器、处理器、光通信装置等器件,成功地达到了减小体积,降低功耗的目的。
PicoRadio研究组属于Berkeley的无线研究中心。
为了研发采用SOC技术的无线传感器网络节点PicoNode,2002年它们设计了PicoRadio Test Bed这一研发平台,它由处理器板、电源板、通信板和传感器板四个板块叠加而成。
其中处理器板采用了ARM 1100的CPU和Xilinx XC4020XLA的FPGA作为处理器,通信板采用蓝牙作为通信方式。
在开发中,应用层和高层次的网络协议用软件的方式通过CPU来实现,而低层次的网络协议以及蓝牙芯片的控制则通过硬件编程的方式用FPGA来实现。
由于PicoRadio Test Bed只是一个测试平台,还没有实现真正意义上的SoC,因此PicoRadio Test Bed体积和功耗还难以让人满意。
其研究还表明,在运行同样MAC协议的相同工艺下不同平台在功耗方面有较大差异,以ASIC为最低。
因此,只要将PicoRadio Test Bed转化为ASIC芯片,则它的功耗和体积都可望大大下降。
WiseNET是瑞士CMES开发的一套无线传感器网络节点芯片,WiseNET采用SOC技术,专门为无线传感器网络而设计。
在一块芯片上集成了射频模块、MAC 协议、采用Cool-RISC结构的微控制器、电源模块、ADC模块以及SPI、I2C的接口,用户只需外接电池、传感器和天线即可将它制作成节点。
从功能、体积和功耗上它都比用通用的CPU设计出的传感器节点有较大的改进。
如果说前三种节点体现的是SOC节点在体积和功耗上的优势,Tampere University of Technology(坦佩雷技术大学芬兰)的Multi-Radio WSN Platform 则体现出了SOC节点在硬件灵活性上的优势。
与往常的节点不同,Multi-Radio WSN Platform采用了四个射频模块,用频分的方式在4个频段上同时进行数据收发,可达到较高的数据传输速率。
采用的是Altera Cyclone EP1C20的FPGA,并使用了Nios II CPU软核作为片上的处理器,同时它在FPGA 上实现了四个射频芯片的接口模块,比建立一个射频控制模块来协调四个射频芯片的工作。
目前在国内开展面向下一代网络节点SOC的工作有中科院计算所的EASISOC[19],并已经完成了一款具有简单功能的节点FPGA验证,目前正在开展高端SOC节点的设计验证工作。