无线传感器网络节点的硬件平台可扩展研究[图]

摘要：为了实现扩展节点功能、添加硬件部件时可以在现有节点上直接添加，而无需设计新的节点。无线传感器网络节点的分布式体系结构采用IEEE 1451．2标准中即插即用的构造方法，并给出具体_的硬件和软件实现方法，得到了硬件平台可扩展的结论。这样的节点具有完全统一的外部接口和多智能体结构，并且传感器模块能够即插即用，可以在不同应用环境中，选择不同的组件自由配置系统。

无线传感器网络是一种由传感器节点构成的网络，能够实时地监测、感知和采集节点部署区内的观察者感兴趣的感知对象的各种信息，如光强等，并对这些信息进行处理，然后以无线的方式发送出去，通过无线网络最终发送给观察者，在军事侦察、环境监测、医疗护理、智能家居及工业生产控制等领域有着广阔的应用前景。无线传感器网络节点的传统结构主要由处理器单元、无线传输单元、传感器单元和电源模块单元4部分组成。具体应用不同，传感器节点的设计也不尽相同。节点的功能不同，主要是节点韵传感器单元在变化，传统的节点具有单一或较少的功能，为了感知更多的物理量，需要节点具有扩展性，来实现更多的功能，提出了无线传感器网络节点的分布式体系结构的设计。该设计借鉴了IEEE 1451．2标准的即插即用思想，使节点具有多智能体结构，各智能体之间用标准接口来进行通信，实现在一个节点下多个传感器模块共存，使节点具有多种功能；或直接更换传感器模块，无需新的设计，具备所需要的功能。

1 即插即用思想

IEEE 1451．2标准定义了智能变送器接口模模块STIM(Smart Transducer Interface Module)，说明了它的硬件结构；提出了电子数据表单TEDS(Transducer Electronic Data Sheet)概念；定义了该类变送器的TEDS及其数据格式；定义了变送器与微处理器之间硬件独立的十线数字接口TII(Transducer Intelligent Interface)及其针脚定义、通信协议。如图1所示。

通过定义一个标准的智能传感器接口模块STIM、STIM和网络适配器之间的接口TII来统一网络化智能传感器基本结构，通过制定电子数据表格TEDS在软件上使不同传感器的即插即用成为可能，而接口间数据格式和通信协议的标准化使得数据处理简单化。IEEE 1451标准的核心之一就是TEDS，它存储于STIM的非易失性存储器中，它是实现传感器模块即插即用的基础。TEDS由若干字节组成，可以充分描述STIM和传感器的类型、行为和性能属性等，提供对传感器及执行器等模型的支持，具有自动识别传感器或执行器的能力。当STIM插入接口时，传感器的所有信息可以随时得到，从而实现即插即用。

IEEE 1451．2标准列出了8种不同的TEDS。为节省存储空间，这里采用这两种必须的和终端用户说明TEDS。Meta-TEDS包含STIM制造商ID、版本信息、产品描述等信息；Channel-TEDS包含每个通道对象的上下限、物理单位、启动时间等信息，每个通道的这些数据以重复的格式存储在数据块中；End-Users Application Specific TEDS用来给最终用户定义所需要的特殊的信息。采用面向对象的方法，将TEDS设置为类的属性，读取和写入信息设置为类的方法。

具体的Meta-TEDS，Channel-TEDS和End-UsersApplication Specific TEDS均为TEDS的派生类，可以根据自身的需要定义属性和方法，用类的方法去读取、修改相应的属性，以实现传感器信息、通道信息等STIM相关信息的在线识别和配置。

2 分布式结构的设计原理

一个无线传感器网络节点的传统结构如图2所示。