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无线传感器网络是由大量低成本的传感器节点组成的无线自组织网络,能够随时随地搜集物理数据,实现人与物理世界的自然交流。无线传感器网络采用在一定区域内布置大量具有感知和通信功能的节点的方法,来获取该区域的外界环境信息,因此无线传感器网络所用的通信技术主要是短距离无线通信技术。但是,无线传感器网络又与传统无线网络有一定区别。传统无线网络的首要设计目标是提供高服务质量和高效带宽利用率,其次才会考虑其它需求。而无线传感器网络由于具有大量节点,且易受环境影响发生网络拓扑结构变化,同时传感器节点的能量、处理能力、存储能力和通信能力都十分有限,因此,无线传感器网络的首要设计目标是能源的高效利用,其次才是通信质量的提高。这也是无线传感器网络与传统无线网络的重要区别之一。研究表明,无线传感器网络节点的无线通信模块是所有模块中最耗能的模块,传输1比特信息100m距离需要的能量大约相当于执行3000条计算指令消耗的能量。因此,要提高无线传感器网络能源利用的效率,就要从通信模块着手,考虑其电路设计中的抗干扰设计及通信芯片省电模式的使用。此外,由于无线传感器网络具有很强的应用相关性,而在某些应用中外界环境干扰较强,常常会使一些节点的通信频率发生偏移,因此节点如果具有重整频率或自动调节频率的功能,就能提高节点通信质量,增强节点实用性。
本文首先分析了无线传感器网络的硬件平台,阐述了各个核心模块的设计要求,同时对短距离无线通信技术进行了研究。在此基础上,对无线传感器网络节点UbiCell的通信模块进行了研究和设计,同时结合嵌入式操作系统MantisOS,对无线传感器网络节点的底层通信机制进行了研究,并增加了一个自动调节频率的模块。