摘 要：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一項(xiàng)基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信，在普適環(huán)境下可實(shí)現(xiàn)區(qū)域性信息采集的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。本文基于Nios II" title="Nios II">Nios II系列32位RISC嵌入式處理器Nios?II CPU,24位并行模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7787, 射頻芯片cc2510,采用創(chuàng)新的三維IP地址分配法，結(jié)合傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和MAC協(xié)議，設(shè)計(jì)了一個(gè)通用性較強(qiáng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型。同時(shí)利用太陽(yáng)能和節(jié)點(diǎn)自身攜帶微型電池協(xié)同供電，太陽(yáng)能充電的雙模式供電法，在無(wú)線傳感網(wǎng)" title="無(wú)線傳感網(wǎng)">無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的能源問(wèn)題上作出了改進(jìn)。 

關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)  IP地址三維分配法  太陽(yáng)能  Nios II processor  802.11

Abstract: Wireless Sensor Network (WSN) is an network technology to realize territorial information collection with general applicability, which is typically based on wireless network communication. The paper took advantage of Nios?II processor, chips of AD7787 and cc2510, adopted innovative 3D IP address distribution as well as traditional technology of wireless network and MAC protocol, to realize a WSN model with some kind of universal property. To get improvement in the energy sources of nodes, we conceived of a bi-model power supply system using both micro-battery and the solar battery with solar charging. 

Keywords：Wireless Sensor Network; IP Address 3D—Distribution; Solar Energy; Nios?II processor  802.11

1． 引言
    無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network, WSN）是部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量廉價(jià)微型傳感器結(jié)點(diǎn)組成的，通過(guò)無(wú)線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[1]，其目的是協(xié)作地感知，采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對(duì)象的信息，并發(fā)送給觀測(cè)者。該技術(shù)起源于20世紀(jì)90年代的美國(guó)，經(jīng)過(guò)十年的發(fā)展，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)集成了傳感器技術(shù)，微機(jī)電系統(tǒng)，現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線通信等技術(shù)，跨越了計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體、嵌入式、網(wǎng)絡(luò)、通信、光學(xué)、微機(jī)械、化學(xué)、生物、航天、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)等眾多領(lǐng)域，相關(guān)技術(shù)已取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步[2-4]。美國(guó)商業(yè)周刊和MIT技術(shù)評(píng)論在預(yù)測(cè)未來(lái)技術(shù)發(fā)展的報(bào)告中，分別將無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)列為21世紀(jì)最具有影響的21項(xiàng)技術(shù)和改變世界的十大技術(shù)之一。
    無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)飛機(jī)大量拋撒或人工固定布置在任意地點(diǎn)，即便在惡劣的溫度條件下，也能迅速組成自組織網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)傳遞出信息量豐富的信息。此過(guò)程中，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感節(jié)點(diǎn)的研究就顯得至關(guān)重要。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展以及人類對(duì)高質(zhì)高效社會(huì)的進(jìn)一步追求，在原有基礎(chǔ)上，以現(xiàn)代高新技術(shù)為依托，人們對(duì)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究不斷深入，研究成果也層出不窮。
    本文的項(xiàng)目從工程技術(shù)和基礎(chǔ)理論兩個(gè)層面出發(fā)，重點(diǎn)對(duì)單個(gè)傳感器進(jìn)行了基本設(shè)計(jì)，從整體上建立一個(gè)對(duì)環(huán)境具有普適性的通用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)模型。特別在節(jié)點(diǎn)IP地址分配方法和能源供應(yīng)問(wèn)題上作出了改進(jìn)。

2． 系統(tǒng)構(gòu)成
    整個(gè)系統(tǒng)主要由傳感器，Nios?II處理器，并行模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，射頻模塊，能源模塊以及外圍部件構(gòu)成。由傳感器監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)信息并采集數(shù)據(jù)，并交由AC/DC進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；處理器負(fù)責(zé)傳感節(jié)點(diǎn)的總體操作，處理本身采集的數(shù)據(jù)以及由其他節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)或控制信息；射頻模塊負(fù)責(zé)該節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)之間的無(wú)線通信，相互交換由匯聚節(jié)點(diǎn)或其他上層發(fā)來(lái)的控制信息和收發(fā)所采集的數(shù)據(jù)；擬用太陽(yáng)能電池陣列與節(jié)點(diǎn)本身所攜帶的微型電池供電。 
       

2.1 Nios II處理器
    Nios II系列32位RISC嵌入式處理器Nios II 嵌入式CPU支持32位指令集、32位數(shù)據(jù)線寬度、32個(gè)通用寄存器、32個(gè)外部中斷源、2GB尋址空間，包含高達(dá)256個(gè)用戶自定義的 CPU 定制指令。其可選的片上 JTAG 調(diào)試模塊是基于邊界測(cè)試的調(diào)試邏輯，支持硬件斷點(diǎn)、數(shù)據(jù)觸發(fā)和片外片內(nèi)的調(diào)試跟蹤，具有的完全可定制特性、性能、較低的產(chǎn)品和實(shí)施成本、易用性、適應(yīng)性和不會(huì)過(guò)時(shí)。由于處理器是軟核形式，具有很大的靈活性，可以在多種系統(tǒng)設(shè)置組合中進(jìn)行選擇，達(dá)到性能、特性和成本目標(biāo)。相比于市場(chǎng)的同類產(chǎn)品它具有非常多的優(yōu)勢(shì)。圖二為Nios II的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核設(shè)計(jì)框圖
            

●高靈活性
    Nios II開(kāi)發(fā)包含有一套通用外設(shè)和接口庫(kù)，可以自己定制外設(shè)，使用SOPC Builder，可以在Altera FPGA中，組合實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有處理器無(wú)法達(dá)到的嵌入式處理器配置，每次都能得到所需的結(jié)果。
●豐富的外設(shè)、存儲(chǔ)器和接口。
    功能接口包含： 外部三態(tài)橋接外部SRAM接口, UARTLCD接口, 用戶邏輯接口,JTAG UARTC ,并行I/O,S8900 10Base-T接口, 系統(tǒng)ID,EPCS串行閃存控制器片內(nèi)ROM, 直接存儲(chǔ)器通道(DMA),緊湊閃存接口(CFI), 串行外設(shè)接口(SPI),SDR SDRAM ,片內(nèi)RAM,LAN 91C111 10/100 ,有源串行存儲(chǔ)器接口,以太網(wǎng)接口PCI,PCI DDR SDRAM CAN RNGUSB DDR2 SDRAM DES 16550 UARTRSA SHA-1 I2C10/100/1000 Ethernet MAC 浮點(diǎn)單元
●高速的數(shù)據(jù)處理能力
    Nios II/s（快速）擁有5級(jí)流水線，動(dòng)態(tài)支路預(yù)測(cè)，可設(shè)置指令及數(shù)據(jù)緩沖，動(dòng)態(tài)支路預(yù)測(cè)，Nios II處理器定制指令擴(kuò)展了CPU指令集，提高對(duì)時(shí)間要求嚴(yán)格的軟件運(yùn)行速度，從而能夠大大提高系統(tǒng)性能。采用定制指令可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)處理器無(wú)法達(dá)到的最佳系統(tǒng)性能。
    Nios II系列處理器支持多達(dá)256條的定制指令，加速通常由軟件實(shí)現(xiàn)的邏輯和復(fù)雜數(shù)學(xué)算法支持固定和可變周期操作，其向?qū)Чδ軐⒂脩暨壿嬜鰹槎ㄖ浦噶钶斎胂到y(tǒng)，自動(dòng)生成便于在開(kāi)發(fā)人員代碼中使用的軟件宏功能。
●Avalon交換架構(gòu)
    Avalon交換架構(gòu)的同時(shí)多主機(jī)體系結(jié)構(gòu)提高了系統(tǒng)帶寬，消除了帶寬瓶頸（圖4）。采用Avalon交換架構(gòu)，每個(gè)總線主機(jī)均有自己的專用互聯(lián)，總線主機(jī)只需搶占共享從機(jī)，而不是總線本身。每當(dāng)系統(tǒng)加入模塊或者外設(shè)接入優(yōu)先權(quán)改變時(shí)，SOPC Builder利用最少的FPGA資源，產(chǎn)生新的最佳Avalon交換架構(gòu)。Avalon交換架構(gòu)支持多種系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，如單主機(jī)/多主機(jī)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在外設(shè)與性能最佳數(shù)據(jù)通道之間的無(wú)縫傳輸。

2.2  24位并行模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7787
    AD7787是ADI公司推出的適用于低頻測(cè)量的低功耗、低噪聲、雙通道、24位Σ一△模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它利用片內(nèi)時(shí)鐘電路工作，因而無(wú)需用戶提供時(shí)鐘源。AD7787的數(shù)據(jù)輸出速率可由軟件設(shè)置，這一特性使其轉(zhuǎn)換速率可在9．5Hz～120Hz之間變化。該芯片采用l0腳MSOP封裝（圖三），非常適合用于需要高分辨率、低功耗的便攜式儀器、溫度測(cè)量、傳感器測(cè)量、稱重儀等。
    AD7787的主要特點(diǎn)如下：
    ●可在2．5、，～5．25V電壓范圍內(nèi)工作。正常模式下的最大工作電流為75ttA，掉電模式下為l A；09．5Hz轉(zhuǎn)換速率下的RMS噪聲為1．1 V；
    ●22位有效分辨率時(shí)的峰峰值分辨率為l9．5位；
    ● 內(nèi)部非線性度：3．5ppm；
    ●具有50Hz和60Hz同步抑制功能；
    ●具有內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器和VDD監(jiān)控通道；
    ●內(nèi)含軌至軌輸入緩沖器；
    ● 帶有三線制串行接El，與SPI、QSPI、MI．CROWIRE及DSP兼容；
    ●工作溫度范圍為一40～+105℃。

    AD7787內(nèi)部（圖四）集成了一個(gè)Σ一△調(diào)制器、一個(gè)緩沖器和一個(gè)片內(nèi)數(shù)字濾波器。數(shù)字濾波器的主要功能是提供正常模式抑制。在16．6Hz默認(rèn)轉(zhuǎn)換速率條件下，它能提供50Hz和60Hz的同步抑制。AD7787采用內(nèi)部時(shí)鐘電路工作，因而無(wú)需外接時(shí)鐘源。時(shí)鐘頻率以2、4、8因子分頻后應(yīng)用于調(diào)制器和濾波器，從而可降低芯片的功耗。當(dāng)采用5V單電源供電、緩沖器使能且時(shí)鐘以最大速率工作時(shí)，AD7787的功耗電流最大僅為160uA。

2.3 射頻芯片cc2510
    CC2510是Chipcon公司推出的一款2.4GHz射頻芯片, 該器件成本低，包含UHF RF收發(fā)器和高性能低功耗8051微控制器，集成了32 KB在系統(tǒng)可編程Flash和外設(shè)內(nèi)嵌4 KBSHAM。CC2510功能強(qiáng)大，擁有128位AES安全協(xié)處理器和DMA功能；系統(tǒng)時(shí)鐘是16MHz片內(nèi)RC振蕩器或26 MHz晶體振蕩器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘采用低功耗32.768 kHz晶體振蕩器或內(nèi)部34 kHz RC振蕩器；具有高靈敏度(10 kb/s下為-100 dBm)和較高的接收靈敏度和阻塞功能，支持2-FSK,GFSK和MSK等調(diào)制方式；支持?jǐn)?shù)字RSSI/LQI，工作電壓2.0 V~3.6V；具有21個(gè)通用I/O接口、兩個(gè)UART/SPI接口和可編程看門(mén)狗計(jì)時(shí)器，片內(nèi)有1個(gè)16位定時(shí)器和3個(gè)8 位定時(shí)器，真正的隨機(jī)號(hào)碼發(fā)生器，支持硬件調(diào)試，有兩個(gè)數(shù)據(jù)指針。

3．設(shè)計(jì)思想
3.1 節(jié)點(diǎn)的定位
    在普通的IP網(wǎng)絡(luò)中，IP地址都是直接分配給每個(gè)接入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，IP地址分配采用手動(dòng)分配或動(dòng)態(tài)分配(比如：DHCP)。在一個(gè)大范圍的傳感器網(wǎng)絡(luò)中，采用手動(dòng)分配IP的方法顯然不可行，而采用動(dòng)態(tài)分配IP的方法在通信方面開(kāi)銷又太大[6] ，同時(shí)文獻(xiàn)[6]給出了一種三維基于笛卡爾坐標(biāo)系的IP分配方法，但本身實(shí)行起來(lái)不好操作，而且由于無(wú)線電波距離有限，精度不是很理想。本文設(shè)計(jì)了一種全新的IP地址三維的分配方法，節(jié)點(diǎn)用球坐標(biāo)表示，通過(guò)三角定位法[8]將匯聚節(jié)點(diǎn)（一個(gè)主匯聚節(jié)點(diǎn)與一個(gè)輔助匯聚節(jié)點(diǎn)）和目標(biāo)均看作三維空間的點(diǎn)，那么由方位角、俯仰角可以確定一條源自匯聚節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)目標(biāo)的視線(1ine of sight，LOS)，計(jì)算出與主匯聚節(jié)點(diǎn)與匯聚點(diǎn)之間的距離（圖五）按照IP:(127.r.ρ.θ)就可以唯一節(jié)點(diǎn)了。 

 
            
    此處涉及了一個(gè)轉(zhuǎn)換問(wèn)題，將θ的0°--360°轉(zhuǎn)換為0-255，即將360°劃分為256等份，以次近似來(lái)確定位置，而ρ的0——180轉(zhuǎn)換為0——255，即將180°分為256等份，其范圍為0—255.設(shè)匯聚節(jié)點(diǎn)的有效傳輸距離為 r，在此把0—r劃分為256等份，即精確度大到了r/256。所以IP空間為127.0.0.0——127.255.255.255 可以有2^24個(gè)節(jié)點(diǎn),充分利用處理器2GB的尋址空間，大大的提高了可以容納節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。

3.2 節(jié)點(diǎn)的供能
    由于在無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目往往比較龐大，且分布廣，環(huán)境復(fù)雜，若由人工定期為節(jié)點(diǎn)更換電池不僅會(huì)消耗巨大的人力無(wú)力，在有些工程實(shí)踐環(huán)境下甚至是不可實(shí)現(xiàn)的。本項(xiàng)目擬用太陽(yáng)能與電池共同來(lái)提供電源。所采用的太陽(yáng)能電池采用光—電直接轉(zhuǎn)換方式。
    太陽(yáng)能電池是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個(gè)半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)太陽(yáng)光照到光電二極管上時(shí)，光電二極管就會(huì)把太陽(yáng)的光能變成電能，產(chǎn)生電流。當(dāng)許多個(gè)電池串聯(lián)或并聯(lián)起來(lái)就可以成為有比較大的輸出功率的太陽(yáng)能電池方陣了。太陽(yáng)能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優(yōu)點(diǎn).太陽(yáng)能電池壽命長(zhǎng)，只要太陽(yáng)存在，太陽(yáng)能電池就可以一次投資而長(zhǎng)期使用；與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽(yáng)能電池不會(huì)引起環(huán)境污染；太陽(yáng)能電池可以大中小并舉，大到百萬(wàn)千瓦的中型電站，小到只供一戶用的太陽(yáng)能電池組，這是其它電源無(wú)法比擬的。
    當(dāng)太陽(yáng)能十分充足的時(shí)候，由太陽(yáng)能為節(jié)點(diǎn)提供能量。并同時(shí)對(duì)電池進(jìn)行充電并儲(chǔ)存在電池內(nèi)。自帶電源為在無(wú)光的情況下使用，利用太陽(yáng)能所存儲(chǔ)的電能為節(jié)點(diǎn)供電。
    采用此太陽(yáng)能的優(yōu)點(diǎn)在于：小巧便捷，安裝方便，功率強(qiáng)大，持續(xù)性強(qiáng)，環(huán)保節(jié)能。

3.3 工作原理
    ●  鏈路層MAC協(xié)議
匯聚節(jié)點(diǎn)接收傳感器采集的信息，進(jìn)行處理或者轉(zhuǎn)發(fā)。通信協(xié)議采用的是無(wú)線局域網(wǎng)802.11標(biāo)準(zhǔn)，MAC子層基于分布協(xié)調(diào)功能（Distributed Coordination Function ,DFC）,使用CSMA/CA控制協(xié)議,并以物理信道偵聽(tīng)與虛擬信道相結(jié)合方式，使載波偵聽(tīng)更為有效。采用此標(biāo)準(zhǔn)，從而與以太網(wǎng)有很好的兼容性。
    本設(shè)計(jì)采用IEEE的802.11標(biāo)準(zhǔn)的MAC幀格式（如表一）^[5]

FC:幀控制字段。
Dur/id：持續(xù)時(shí)間字段。
Addr1-Addr4:地址字段，隨幀類型不同而最多可達(dá)4個(gè)地址段。
SC：序列控制字段。
幀體：MAC幀中封裝的內(nèi)容，可以是MSDU及WEP控制信息等
FCS:幀校驗(yàn)序列，根據(jù)CRC-32多項(xiàng)式的生成

    盡管在802.11 MAC協(xié)議基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了針對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)省能量的需求而提出了S-MAC傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議，以及在S-MAC協(xié)議的基礎(chǔ)之上提出的T-MAC協(xié)議。但是S-MAC協(xié)議假設(shè)通常情況下傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸量少，采用周期性偵聽(tīng)/睡眠的低占空比工作方式，其周期長(zhǎng)度受限于延遲要求和緩存大小，活動(dòng)時(shí)間主要依賴于消息速率。由于消息速率的時(shí)變性，當(dāng)負(fù)載動(dòng)態(tài)較小時(shí)，節(jié)點(diǎn)處于空閑偵聽(tīng)的時(shí)間大大增加。T-MAC協(xié)議雖然針對(duì)S-MAC協(xié)議進(jìn)行了改進(jìn)，根據(jù)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)通信情況，通過(guò)提前結(jié)束活動(dòng)周期來(lái)減少空閑偵聽(tīng)，但是帶來(lái)了“早睡”問(wèn)題。T-MAC協(xié)議的適用場(chǎng)合以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)拓?fù)涞倪m應(yīng)性都需要進(jìn)一步的研究。因此，在本文項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)上，仍然采用傳統(tǒng)的802.11 MAC協(xié)議，并在其基礎(chǔ)上，考慮建立可供配置的子協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)多種協(xié)議的自適應(yīng)選取以及協(xié)議參數(shù)的自適應(yīng)選擇，形成支持任務(wù)協(xié)調(diào)控制的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布自治系統(tǒng)。

● 網(wǎng)絡(luò)層IP協(xié)議
    本項(xiàng)目仍采用基本的在IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)中定義的WLAN使用的參考模型。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧劃分為物理層，數(shù)據(jù)鏈路層，網(wǎng)絡(luò)層，傳輸層，應(yīng)用層。由于無(wú)線傳感器資源的不確定性，為達(dá)到任務(wù)合理分配，資源的有效控制和優(yōu)化，在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧中還需引入移動(dòng)管理平臺(tái)和監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)。
    移動(dòng)管理平臺(tái)能夠計(jì)時(shí)檢測(cè)到節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)，并提供相關(guān)的認(rèn)證關(guān)聯(lián)服務(wù)，及時(shí)調(diào)整監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)配比；監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)能在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)對(duì)節(jié)點(diǎn)任務(wù)進(jìn)行平衡合理的調(diào)整，適時(shí)調(diào)整調(diào)度監(jiān)測(cè)任務(wù)。這些平臺(tái)的引入，可以使傳感器節(jié)點(diǎn)更高效地協(xié)同工作，平衡負(fù)荷，在不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布中相對(duì)穩(wěn)定地交互數(shù)據(jù)，共享資源。

● 網(wǎng)絡(luò)總體工作原理
    無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)以萬(wàn)計(jì)，節(jié)點(diǎn)之間松散耦合，構(gòu)成了一個(gè)高復(fù)雜性的系統(tǒng)（圖六）。由于傳感器節(jié)點(diǎn)的位置不能預(yù)先精確設(shè)定，節(jié)點(diǎn)之間的相互鄰居關(guān)系預(yù)先也不能相互告知，這就要求傳感器節(jié)點(diǎn)具有強(qiáng)大的自組織能力，通過(guò)拓?fù)淇刂茩C(jī)制和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，自動(dòng)形成轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。從網(wǎng)絡(luò)功能上看，每個(gè)節(jié)點(diǎn)除了進(jìn)行本地信息和數(shù)據(jù)處理外，還要對(duì)其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，管理和融合等多項(xiàng)處理，同時(shí)相互協(xié)同完成一些特殊的任務(wù)。因此，節(jié)點(diǎn)是無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)建模的重點(diǎn)。   

    同一觀測(cè)區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行無(wú)線通信（圖七）。各傳感器節(jié)點(diǎn)采集外部環(huán)境信息，或該節(jié)點(diǎn)接收到由其他節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，由其本身的處理器進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)處理，并交由相應(yīng)簇頭節(jié)點(diǎn)處理，形成由簇頭節(jié)點(diǎn)為中心的子網(wǎng)絡(luò)。簇頭節(jié)點(diǎn)把跟它關(guān)聯(lián)的傳感器節(jié)點(diǎn)的信息融合后，根據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的控制信息，針對(duì)實(shí)現(xiàn)的不同功能，采取相應(yīng)的路由算法，最終將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行匯總處理。引入簇頭節(jié)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)是可以將一定數(shù)量的節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)信息融合后，再一次性交由匯聚節(jié)點(diǎn)，降低了整個(gè)系統(tǒng)收發(fā)信息的代價(jià)，提高了系統(tǒng)的效率，同時(shí)降低系統(tǒng)功耗，節(jié)約能源。
    匯聚節(jié)點(diǎn)知道其附近的所有節(jié)點(diǎn)的IP（即位置），匯聚節(jié)點(diǎn)通過(guò)匯聚接入更大的匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)與遠(yuǎn)匯聚節(jié)點(diǎn)之間的通信，通過(guò)INTERNET 即802.3協(xié)議完成，由于有相同網(wǎng)絡(luò)層與鏈路層，所以彼此兼容。
3.4  程序設(shè)計(jì)流程圖（圖六）
 
                     

4． 系統(tǒng)性能特點(diǎn)
    基于Nios II系列32位RISC嵌入式Nios?II處理器的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，采用全新的三維IP地址分配方法，將節(jié)點(diǎn)編號(hào)與節(jié)點(diǎn)位置綁定，動(dòng)態(tài)分配IP地址，有利于匯聚節(jié)點(diǎn)對(duì)收到數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)來(lái)源能更好的定位。另外，由于傳感器節(jié)點(diǎn)的體積微小，通常只有攜帶能量十分有限的電池，故本文考慮加入太陽(yáng)能進(jìn)行協(xié)同供電，并可由太陽(yáng)能對(duì)節(jié)點(diǎn)攜帶電池進(jìn)行充電，從能源上提高了節(jié)點(diǎn)的壽命和穩(wěn)定性。

5  結(jié)語(yǔ)
    在IT技術(shù)大行其道的21世紀(jì)，作為當(dāng)今IT熱點(diǎn)之一的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用已滲透到人類生產(chǎn)生活的各個(gè)方面，可以說(shuō)是風(fēng)靡全球。無(wú)論是在軍事上還是民用上，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)都占據(jù)著越來(lái)越重要的地位。伴隨無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展以及各種新的能源解決方案提出與使用，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)必將得到更廣泛的應(yīng)用。但是，我們更應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，相對(duì)于其他網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的探索和研究才剛剛起步，它的很多方面還有待進(jìn)一步完善。要想讓無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)展成為一個(gè)更為健全的領(lǐng)域，無(wú)論硬件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)，通信協(xié)議，還是實(shí)際應(yīng)用實(shí)踐，都還有一段很長(zhǎng)的路要走。

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