引 言

　　目前，无线传感器网络硬件平台可以按节点控制器类型、节点无线通信类型、节点操作特性等多种方式进行分类。由于无线传感器网络主要关注的是检测区域内某一范围而不是某一个特定点的状态信息，因此按照节点操作特性来进行分类的方法较为科学，它覆盖了节点的具体实现形式。按照这种方法可以将无线传感器网络分为4类[1]：特定传感器平台、通用传感器平台、高带宽传感器平台和网关平台。

　　特定传感器平台侧重于节点的超低功耗和体积的微型化设计，但同时也决定了其处理能力和传输能力很有限。比如uc berkeley的spec[l]就是在2.5 mm×2.5 mm的硅片上集成了处理器、ram、通信接口和传感器的一种节点，它靠一个附带的微型电池供电可以连续工作几年，但在其原型版本中只有单向的通信链路；再如由dar-pa/mto mems program支持uc berkeley研发的smart dust也是一种超微型的节点，其设计目标体积是1 mm3左右，由于使用光通信并采用主动和被动两种工作模式，其功耗可以进一步降低。

　　通用传感器平台对体积要求有所放宽，侧重于节点的可扩展性和测试需求，但同样对节点功耗有较严格的要求，这类平台也是目前在实验研究和产品化中应用最多的。该类型中以uc berkeley的mica系列节点为主要代表，主要包括rene、mica、mica2、mica2dot、mica-z等不同版本。

　　高带宽传感器平台的主要特点是处理能力强、存储容量大、接口丰富，其射频带宽比前两种更宽，甚至可以进行音视频信号的传递。该类节点的典型代表是由intel公司设计的imote，它采用arm7tdmi内核，可通过蓝牙接口与pda等设备连接，由于功能强大，相应的系统功耗也有所增加。

　　网关平台是无线传感器网络中不可缺少的部分，通常它的处理能力和接口带宽比其他几类更高。它实现的是无线传感器网络与其他类型网络之间，或者是不同无线传感器网络之间的数据交换，由通用接口使用协议转换功能实现。

1 网络架构与节点设计

1.1 网络架构设计

　　系统网络体系结构如图1所示。多个终端节点node与汇集节点sink决定了检测区域的范围，各节点监测数据通过自组织的多跳路由网络传送至网关节点gate；然后通过串行通信接口传送至网关计算机并接入internet，远程的监控终端可以通过internet获取监控范围内的监测数据。

　　在该网络中，网关接入设备和监控终端均可使用传统的计算机实现，以下主要关注的是终端节点、汇集节点和网关节点。从数据处理强度来看，由于采用的是一种树状网络，所以终端节点数据最少，仅需在特定的检测时获取数据并送出；汇集节点数据量稍大，需要接收多个终端节点的数据并经过初步处理后送至下一汇集节点或网关节点；网关节点的数据量最大，需要接收整个检测区域内的数据并经过解析、融合、协议转换等处理后再送入internet。从能源需求来看，终端节点能耗最小，汇集节点次之，但这两类节点通常都只能使用自带的有限能源，一旦耗尽即停止工作；而网关节点虽然能耗大，但可以采用外部能源持续供给，在功耗上可以不作苛刻要求。因此，在全网中主要针对终端节点和汇集节点的能耗作严格要求并在多层次进行优化，以最大限度地延长全网的有效工作时间。