单节点架构

硬件组件

  • 传感器节点硬件概述: 传感器节点是构成无线传感器网络的基本单元，其硬件构成直接影响网络的性能、功耗和成本。本章将概述传感器节点硬件的主要组成部分，包括控制器、存储器、通信模块、传感器与执行器以及电源等，并分析各部分的功能和相互关系。
  • 控制器: 作为传感器节点的“大脑”，控制器负责处理数据、控制节点行为以及与其他节点进行通信。本章将介绍常用控制器的类型、架构以及关键性能指标，并探讨其对传感器网络性能的影响。
  • 存储器: 存储器用于存储传感器采集的数据、程序代码以及其他必要信息。本章将分析不同类型存储器的特点，如 RAM 和 ROM，以及它们在传感器节点中的应用场景。此外，还将讨论存储器容量、读写速度和功耗等因素对传感器网络性能的影响。
  • 通信设备: 通信设备是传感器节点与外界交互的关键组件，负责数据的发送和接收。本章将介绍无线传感器网络中常用的通信技术，如 ZigBee、蓝牙和 WiFi，并分析其特点、适用范围以及优缺点。
  • 传感器与执行器: 传感器负责感知周围环境的变化，并将物理量转换为电信号；执行器则根据控制器的指令执行相应的动作。本章将介绍各种类型传感器和执行器的原理、特性以及应用领域，并探讨其与传感器节点其他组件的集成问题。
  • 传感器节点的电源: 电源是传感器节点正常工作的保障。本章将介绍传感器节点常用的电源类型，如电池、太阳能和能量收集，并分析其特点、优缺点以及适用场景。此外，还将讨论电源管理技术对延长传感器网络寿命的重要性。

传感器节点能耗

  • 不同工作状态下的功耗: 传感器节点在不同的工作状态下，其功耗差异很大。本章将分析传感器节点的典型工作状态，如休眠、采集数据、发送数据等，并详细介绍各状态下的功耗特点。
  • 微控制器的能耗: 微控制器是传感器节点主要的能量消耗部件之一。本章将分析微控制器的能耗构成，并介绍降低微控制器能耗的策略，如低功耗模式、动态电压频率调节等。
  • 存储器: 不同类型的存储器具有不同的功耗特性。本章将比较 RAM 和 ROM 的功耗差异，并探讨降低存储器能耗的方法。
  • 无线电收发器: 无线电收发器是传感器节点中另一个主要的能量消耗部件。本章将分析无线电收发器的能耗构成，并介绍降低其能耗的技术，如低功耗通信协议、休眠机制等。
  • 计算与通信之间的关系: 传感器节点的能量消耗与计算和通信密切相关。本章将探讨计算和通信之间的权衡关系，并介绍优化策略以降低整体能耗。
  • 功耗模型: 建立准确的功耗模型对于评估和优化传感器网络的能耗至关重要。本章将介绍常用的传感器节点功耗模型，并分析其适用范围和局限性。

第一部分 架构