基于无线传感器网络的低功耗目标探测系统设计与实现

刘 嵘，陈金刚

（1. 中国人民解放军32021 部队，北京 100094； 2. 北京卫星环境工程研究所，北京 100094）

0 引言

无线传感器网络是由大量低成本、低功耗的传感器节点组成的大规模、自组织动态网络。可根据具体应用场景，由传感器节点集成电磁、机械、热能、光学、声音、化学等各类MEMS 传感器，用于感知、采集和处理网络覆盖区域内的各种环境信息，如温度、压力、声音、振动、光强度、磁场等物理信号。无线传感器网络因其部署简单、成本低、可靠性高等特点，被广泛应用于工业、农业、环境、医疗和军事等领域[1-5]。龙吟等[6]提出了应用无线传感器网络的月表环境长期无人监测系统构想，将无线传感器网络应用拓展到空间探测领域。

与传统有线和无线网络不同，无线传感器网络的能量受限问题是制约其发展的最大因素。因此，许多研究人员针对具体应用需求开展了无线传感器网络的低功耗设计[7-12]，但大多是从无线传感器节点硬件的低功耗设计出发，而没有尝试从节点休眠、拓扑结构、数据传输协议等角度考虑进行系统总体低功耗设计。

本文设计实现了一种基于无线传感器网络的低功耗目标探测系统，利用磁场、振动、声音等信号变化对移动目标进行探测。同时，针对系统应用需求，从传感器节点芯片选择、节点休眠设计、网络拓扑结构设计和数据传输协议设计等方面出发，进行系统总体设计和低功耗优化，以实现整个系统的低功耗长时间工作。

1 系统组成

基于无线传感器网络的低功耗目标探测系统由传感器节点、网关节点、无线路由器、上位机及数据处理软件组成，具体如图1 所示。……