[发明专利]一种通用无线传感器网络节点设备

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术与数据采集领域，尤其涉及一种无线传感器网络的节点设备。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，简称WSN)被认为是21世纪最重要的技术之一，是众多的传感器通过无线通信的方式，相互联系，处理、传递信息的网络。该网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，可以实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，传送给所需用户。无线传感器网络在军事、工业、交通、安全、医疗、探测以及家庭和办公环境等很多方面都有着广泛的用途，其研究、开发和应用，关系到国家安全、经济发展等各个重大方面，近年来在国际上引起了广泛的重视和投入。

如图1所示，图1为目前典型的传感器网络通信体系结构图。无线传感器网络通常由传感器节点群、基站(sink节点)和管理节点组成。大量传感器节点随机部署在感兴趣区域内部或者附近，以自组织方式构成网络。采集数据之后以多跳中继方式将数据传回sink节点，由sink节点将收集到的数据通过互联网、卫星或移动通信网络传送到管理节点进行处理。用户通过管理节点对无线传感器网络进行配置和管理，发布监测任务以及收集监测数据。

无线传感器节点通常是一个微型的嵌入式系统，它的处理能力、存储能力和通信能力相对较弱，通过携带能量有限的电池供电。除了进行本地信息收集和数据处理外，无线传感器节点还要对其他节点转发来的数据进行存储、管理和融合等处理，同时与其他节点写作完成一些特定的任务。也就是说，每一个无线传感器节点兼顾传统网络节点的终端和路由器的双重功能。

如图2所示，图2为目前典型的传感器节点体系结构示意图。传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分组成。传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换；处理器模块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；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。

目前国内自行研制的无线传感器节点大都是购买Mote产品进行前期探索，且研究重点放在网络协议以及实际应用上。专用的无线传感器网络节点无论对于科研还是生产，都有很大的局限性，具体表现在：

●专用的节点可适应性差：很难实现不同传感器节点协同组网；

●专用节点的灵活性差：通常只能支持固定的网络协议和固定类型的传感器；

●在无线传感器网络协议研究、实践中，只需要考虑节点间的通讯而几乎不需要考虑传递的数据，专用的传感器难以胜任。

无线传感器网络节点的工作方式如下：无线传感器网络节点之间以及与网关之间，通过无线通信模块，以及现有的路由协议，组织成一个多跳的自组织网络，实现传感器节点与网关节点数据传输的连接；之后传感器节点通过传感器模块对其监测区域进行数据采集和转换；然后再通过无线通信模块将数据发送到网关节点，再通过互联网、卫星或移动通信网络传送到管理节点进行处理。

为了满足无线传感器网络应用的需要，结合无线传感器网络自身特点，设计实现通用的无线传感器网络节点，将有十分重要的意义。

发明内容

本发明针对上述现有技术的问题和不足之处，提供了一种通用无线传感器网络节点设备。

本发明是这样实现的：

一种通用无线传感器网络节点设备，该节点设备包括：无线射频收发单元、微处理器单元、电源管理单元、通用传感器接口单元，和通用外部接口单元。这些单元构成了满足无线传感器网络节点最小功能要求的通用节点。

所述无线射频收发单元，用于实现与无线传感器网络中其它节点以及基站之间的通信；

所述微处理器单元，用于控制无线传感器网络中通用节点之间的通信，实现各种计算；

所述电源管理单元，用于对通用节点中各单元的供电，检测电源的健康状况；

所述通用传感器接口单元，用于为各种专用的传感器节点提供合适的接口；

所述通用外部接口单元，用于通用节点与外部PC机的连接，实现上位机与通用节点的通信。