1、基于系統集成技術的節點類型和特點在節點的功能設計和實現方面，目前常用的節點均為采用分立元器件的系統集成技術。已出現的多種節點的設計和平臺套件，在體系結構上有相似性，主要區別在于采用了不同的微處理器，如AVRI（歹I和MSP43Q8歹I等；或者采用了不同的射頻芯片或通信協議，比如采用自定義協議、802.11協議、ZigBee1協議、藍牙協議以及UWB通信方式等。典型的節點包括BerkeleyMotes2,3,SensoriaWINS4,MIT6MPs5,InteliMote6,IntelXScalenodes7,CSRIOW究室的CSRIO節點8、Tmote9、ShockFish公司的TinyN

2、ode10、耶魯大學的XYZ節點11、smart-itsBTNodes12等。國內也出現諸多研究開發平臺套件，包括中科院計算所的EASI系列13-14,中科院軟件所、清華大學、中科大、哈工大、大連海事大學等單位也都已經開發出了節點平臺支持網絡研究和應用開發。這些由不同公司以及研究機構研制的無線節點在硬件結構上基本相同，包括處理器單元、存儲器單元、射頻單元，擴展接口單元、傳感器以及電源模塊。具中，核心部分為處理器模塊以及射頻通信模塊。處理器決定了節點的數據處理能力和運行速度等，射頻通信模塊決定了節點的工作頻率和無線傳輸距離，它們的選型能在很大程度上影響節點的功能、整體能耗和工作壽命。目前問世的傳

3、感節點（負責通過傳感器采集數據的節點）大多使用如下幾種處理器：ATME公司AVR（列的ATMega128Lt理器,TI公司生產的MSP430（歹處理器，而匯聚節點（負責會聚數據的節點）則采用了功能強大的ARMftt理器、8051內核處理器、ML67Q500潦列或PXA270&理器。這些處理器的性能綜合比較見表1。表1、無線傳感器網絡節點中采用的處理器性能比較性能參數處理器ATMega128LMSP430F1611ML67Q5002PXA270總線帶寬（位）8163232時鐘頻率（MHz）7.3728460Upto520工作電壓3.33.33.32.5/3.3工作電流20mA600uA1

4、20mA一休眠電流25uA4.3uA20uA一內部FLASH128KB48KB+256B256KB-內部SRAM4KB10KB32KB-在無線傳感器網絡中，廣泛應用的底層通彳S方式包括使用ISM波段的普通射頻通信、具有802.15.4協議和藍牙通信協議的射頻通信。使用普通ISM頻段的無線傳感器網絡節點根據在不同的國家和地區對于ISM波段頻率的定義不同，一般將通信頻率設置為433MHzt者868/915MHz在硬件的設計中，所采用的芯片包括Chipcon公司的CC1000Nordic公司的nrf903,Semtech公司的XE1205還有部分無線傳感器網絡節點使用了帶有802.15.4/ZigB

5、ee協議的通信芯片，具有這樣協議的芯片包括Chipcon公司的CC2420RFWav公司的RFW10芯片組。還有部分節點采用了Bluetooth協議進行通信，具有Bluetooth協議的芯片組包括Ericsson公司生產的ROK101007等。上述這些射頻芯片的性能比較以及代表性節點的性能比較見表2和表3表2、無線傳感器網絡節點中采用的射頻模塊綜合比較性能參數射頻模塊CC1000nrf903XE1205CC2420RFW102ROK101007通信頻率（MHz）3001000433/868/915433/868/915240024002400調制方式FSKGFSKFSKO-QPSKASKGFS

6、K編碼方式NRZ/曼徹斯特直接同/異步NRZDSSSDSSSFHSS工作電壓（V）2.752.73.32.43.92.13.62.43.635最大輸出功率（dbm）101015074靈敏度（dbm）-110-104-110-94-77-40傳輸速度（kbps）76.876.8153.225010001000接收電流（mA）7.418.51419.77協議無無無802.15.4/ZigBee802.15.4/ZigBeeBluetooth表3、無線傳感器網絡節點綜合比較無線節點參數處理器射頻芯片擴展存儲器特點Mica2ATMega128LCC1000512KB低功耗、電源監測、全球唯一地址Mic

7、azATMega128LCC2420512KB低功耗TmoteMSP430F1611CC2420一USB接口、超低功耗，集成溫濕度、光照度傳感器CSIROATMega128Lnrf9034KBGFSK調制，誤碼率低TinyNode584MSP430F1611XE1205512KB無線傳輸速率高，距離遠Imote2PXA270CC242032MBUSB接口，處理功能強大，可以進行音視頻處理XYZML67Q5002CC2420一處理功能強大BTNodesATMega103ROK10100764KB低功耗，Bluetooth通信EASI210ATMega128LCC1000512KB電源監測、低功耗

8、，高穩定性，全球唯一地址由表3可以看出，各公司生產的不同無線傳感器網絡節點根據所選用的核心處理器與射頻通信芯片以及擴展功能的不同，分別具有不同的特點。采用MSP430單片機具有的超低功耗特點，如Tmote;采用了超強處理器的節點更加擅長處理大數據量，適用于高速通信、環境復雜、需要強大數據處理能力的場合，如imote2及XYZP點；使用ATMega128L片處理器則在性能和功耗之間較為平衡，處理速度較快，而功耗又相對較低，是一種折中的方案。在射頻方面，采用2.4GH江線通信頻率的節點包括使用了802.15.4/ZigBee通信協議以及Bluetooth通信協議，這兩種方式將MA夜以下的通信協議固

9、化在模塊中，不需要進一步進行開發，步驟簡化，更具兼容性，如Micaz、TmoteImote2及XYZJZ及BTNodeS5"點，采用其它射頻芯片的節點由于其通信頻率比較低，因此在通信距離上較有優勢，還可開發滿足需要的MAC、議。盡管已經出現了以上諸多類型的節點，但這些節點基本上還都是實驗系統，是支持研究和二次開發的平臺，尚沒有實現系列化和標準化的工業級設計，距離真正的實際應用需要，在技術成熟度上和功能上都尚有很大的差距，成本也比較Mi。支持系統異構性的節點目前為數不多，CrossBo心司生產SPB400stargate網關節點使用了PXA25處理器，操作系統采用了Linux;而傳感節

10、點則采用mica系列，使用TinyOSa作系統。該網關節點具有強大的數據處理功能，并有多種接口，包括用行口、USB以太網以及JTA或口等，和mica節點插接使用實現射頻通信。目前為了支持異構網絡（包括網絡中采用不同的或混合的無線通信方式）而需要的具有更強系統異構性的節點不多見，IntelXcale是一個例子，在使用了PXA250XScal故t理器的網關上增加802.11通信方式，使得網關節點間具有較強的通信能力，網絡中其他傳感節點使用非802.11協議（如802.15.4/ZigBee）的方式進行無線通信，以支持分層的異構網絡應用。目前，對異構網絡的研究大多數是針于異構網絡通信協議以及算法，以

11、及Mes網絡的體系結構等，尚缺乏足夠多樣化的實際節點系統平臺作為支持。因此，支持系統異構性的、系列化的無線傳感器網絡節點正是當前急需啟動的研究內容。基于集成片上系統技術的節點類型和特點集成片上系統是向下一代節點發展的必然趨勢，它在物理設計上進行改進來減少節點的體積、成本和功耗，是從根本上解決低成本和高可靠性的技術手段。下一代節點的典型代表有U.C.Berkeley的SmartDust15以及PicoRadio16,CSEM勺WiseNET17,芬蘭坦佩雷技術大學的Multi-RadioWSNPlatform18等，它們均采用了SO時術，在一個芯片上集成了CPU自定義邏輯模塊、甚至射頻模塊和傳感

12、器模塊，用這樣的芯片輔以較少的外設來實現傳感器節點。目前此類節點的開發，一般先在FPGAF發平臺上進行，驗證完成后再轉為ASIC量產。由于能夠自行選擇和設計邏輯模塊，此類平臺的開發靈活性有了很大的提高，在FPGA僉證完成的情況下，配上先進的工藝來設計ASIC芯片，可以大幅度的減少節點的功耗、體積和成本并且提高可靠性。不過此類節點的開發比較復雜，目前多為各個實驗室自行開發各自的平臺。不過隨著SOCJ術的發展和IP（IntellectualProperty）模塊的普及，此類節點的開發會越來越容易。SmartDust是1999年U.C.Berkeley在美國國防部委托下開發出的一套無線傳感器網絡節點

13、，采用光通信方式。同時，它采用了MEM孩術，融合了硅微加工、光刻鑄造成型（LIGA）和精密機械加工等多種微加工技術，使得它的長度在5mmi內。SmartDust采用了SOC勺方式，在一個芯片中集成了傳感器、處理器、光通信裝置等器件，成功地達到了減小體積，降低功耗的目的。PicoRadio研究組屬于Berkeley的無線研究中心。為了研發采用SOCK術的無線傳感器網絡節點PicoNode,2002年它們設計了PicoRadioTestBed這一研發平臺，它由處理器板、電源板、通信板和傳感器板四個板塊疊加而成。其中處理器板采用了ARM1100勺CPUffiXilinxXC4020XLA的FPGA乍

14、為處理器，通信板采用藍牙作為通信方式。在開發中，應用層和高層次的網絡協議用軟件的方式通過CPU#實現，而低層次的網絡協議以及藍牙芯片的控制則通過硬件編程的方式用FPG林實現。由于PicoRadioTestBed只是一個測試平臺，還沒有實現真正意義上的SoC因此PicoRadioTestBed體積和功耗還難以讓人滿意。其研究還表明，在運行同樣MAC*議的相同工藝下不同平臺在功耗方面有較大差異，以ASIC為最低。因此，只要將PicoRadioTestBed轉化為ASIC芯片，則它的功耗和體積都可望大大下降。WiseNET是瑞士CMESff發的一套無線傳感器網絡節點芯片，WiseNET采用SOC技術，專門為無線傳感器網絡而設計。在一塊芯片上集成了射頻模塊、MAC協議、采用Cool-RISC結構的微控制器、電源模塊、ADC奠塊以及SPI、I2C的接口，用戶只需外接電池、傳感器和天線即可將它制作成節點。從功能、體積和功耗上它都比用通用的CPUS計出的傳感器節點有較大的改進。如果說前三種節點體現的是SOC節點在體積和功耗上的優勢，TampereUniversityofTechnology（坦佩雷技術大學芬蘭）的Multi-RadioWSNPlatform則體現出了SOC節點在硬件靈活性上的優勢。與往常的節點不同，Multi-RadioWSNPl