ZIGBEE无线传感器网络在水文自动测报系统中的应用研究-电路与系统专业论文.docx

3 3 太原理 T大学硕.卡研究生学校论文 点内置的传感器探测周围环境的温度、混皮、噪卢、压力、移动物体的大小、地l度和l方 向等众多找们感兴趣的物质现象，采用短距离无线通信技术互相传输数据。囚此无线传 感器网络被赋予了广阔的应用前景。这些 j丘用领域可以归纳为 :军事、环境观测、医疗 护理 、智能家居、工业监控等领域 [3] 。 1.3.1 无线传感器网络的特点 无线传感器网络虽然与无线网络有很多相似之处，但它的应用背景与体系结构使其 同时也具有很多其它鲜明的特点，其主要特点如下所示 [4]. ①网络的自组织1吃 通常情况下 ，传感器网络都是安置在无网络设备支持的地方，各个传感器节点的位 置，以及相互间的邻居关系也不知道。这样就要求传感器节点能够自己建立一个无线通 信网络 ，能够自动进行配置和管理 。 ②网络规模大 传感器网络规模大有两方面的含义 :一方面，传感器节点 一般分布在很大的地域内， 如水文监测的就是类似湖泊、河流等地域 :另一方面，在需要监测的地域内为了得到更 精确的数据，往往需要布置大量的传感器节点 ，节点数量会达到成千上刀，或者更多。 ③网络拓扑的动态性 传感器网络的拓扑结构可能因为以下因素而改变 :第一，环境因素或电能耗尽导致 传感器节点出现故障;第 二，环境条件变化导致无线通信信迫不稳定，信号接收时断时 续:第三 ，有新的传感器节点加入。因此要求传感器网络系统能够节点的变化而变化， 共有动态的网络拓扑重构能力。 ④网络的可靠性 传感器网络 一般布置在环境恶劣和人不易到达的地方，传感器节点在露天的环境黑 比较容易被损坏，这些就要求传感器节点非常坚固，不易损坏。另外，传感器阀络内数 据通信的安全也十分重要 ，要防止数据被窃听或被主动入侵修改数据。因此，传感器网 络必须具有很强的鲁棒性、抗毁性和容精性。 ⑤网络的应用性 传感器网络是用来感知客观世界 ，而客观世界的物理量是多种多样，不可穷尽的。 不同的传感器网络应用背景所关心的物理量也是不同的 ，因此传感器网络的硬件平台、 PAGE PAGE 6 太原理工λ}j奇锁了1τ研究生学位论文 软件设计和协议枝的选择就必然有很大的差别 。而我们更关心的是传感器网络如何能!E 贴近应用，更高效的完成系统要求的任务 ，所以传感据网络不能像 Intemet那样 ，拥有统 ·的平行标准。针对每个具体的应用来研究传感器网络技术，这是传感器网络不同于传 统网络的明血特点。 ⑥网络的局限性 由于无线信道本身的物理特性以及其本质上是 →个广播的共享信道，因而受到碰 撞、信号哀诚、畴音和信道问 干扰等多种因素的影响，闯绵的有敛带宽远远小于理论值 . 1.3.2 无线传感器网络的体系结构 无线传感器网络 一般是由飞机投版或 人工安置的方式将传感器节点布置在监测地 域。大量的传感器节点.ìùí过网络拓扑控制机 制、网络协议和 l向组织的通信方式，形成能 够转发数据的多跳无线通信网络，网络中的节点相瓦作为其邻居的路由器 ，使网络内的 各个节点部可以通过多跳转发将采集到的数据发送到网关节点. 河泾L 湖泊或水库 因 1-1 元线传感器网络系统结构 Fig 1-1 The structure of Wireless Sensor Nelworks 虫n 图 1-1 所示，典型的无线传感器网络是由多个传感器节点，一个网关节点等组成。 大量的传感器节 点通过向组织方式构成一个无线通信网络，以 单跳或多跳的方式将数据 传递给间关节点，然后经卫星、丘联网或移动通信网络等途径与外界相 联系[坷 。 1.3.3 无线传感器节点结构 传感器节点[6]一般由传感楷模块，处理器模块、无线通信枝块和电源模块组成，如 图 1-2 所示。传感器模块由传感器和 l模数转换模块组成 ，主要负责监测区域信息的采集 以及数据模数转换的功能;处理器棋块由 CPU 、存储器和嵌入式操作系统组成，是整个 太原理工大学硕士研究生学位 论文 节点的核心，控制节点的工作:无线通信棋块由无线收发机和高频天线组成 ，主要负责 传感器节点 fáJ 的控制命令和数据的无线传输功能;电源模块为传感器 节点提供运行所需 的能量， 由于应用领域背景的限制 一般采用微型电池。 传感器很快 处理器领块 无线通信摄块 | 传脚 | 卜+ I WJ ;1i a I 卜一， |阳| 匮E | 存储键 | |阳C 层| 生 士 生 电源4夏块 因 1-2 元线传感器网络节点结构 Fig 1-2 The structure of a s创lsor node 在实际应用中 ，传感器节点通常还存在的一些约束 : ①电源能量有限 由于体积和戚本的制约，通常使用微型电池作为传感器节点电源。此外，由于网络 传感器节点数量众多，而且通常被部署在恶劣的