物联网传感技术 第一章无线传感网概述
第一章 无线传感网概述
读写器根据通信工作方式划分为三种主要模式：主从（master/slave）模式、定时操作和触发机制。根据读卡类型的不同，则进一步划分为单卡模式和多卡模式。
1.1无线传感器网络概述
在物联网发展中起关键作用的一个重要组成部分是以微型传感器为基础构建的无线传感器网络系统（Wireless Sensor Network, WSN）。
无线传感器网络（也被简称为无线传感网或传感器网络）就是布置在检测区域内的很多廉价微型传感器节点构成的一个多跳式的自组织体系。
目的是协同感知，在网络覆盖区域内采集并处理存在的被感知对象的相关信息，并将结果发送给观察者。
无线传感器网络的三个要素：
（1）传感器
（2）感知对象
（3）观察者
1.1.1无线传感器网络发展历史
无线传感器网络的发展也是起源于军事领域。
第一阶段：最早可以追溯至越战时期使用的传统的传感器系统。
第二阶段：二十世纪80年代至90年代之间。
第三阶段：21世纪开始至今。
1995年，美国交通部提出了“国家智能交通系统项目规划”。
无线传感器网络技术是随着计算机技术和互联网的发展而兴起的世界信息产业的重要组成部分，并已成为当前全球经济与科技创新领域的重要战略方向。
1.1.2无线传感器网络的体系特征
目前，无线网络可分为两种：
（1）有基础设施的网络，需要有固定的基站；
（2）无基础设施的网络，又称为无线自组网；
无线传感器网络由成百上千个静态或动态布置的传感器自主组织并经多跳传输构成的大规模无线网格属于一种无需预先配置的动态网络架构，并具有以下关键特性
大型网络系统、自主构建的网络架构、动态变化的网络结构、稳定运行的通信系统、与实际应用场景紧密相关的基础设施、基于数据驱动的信息处理平台
1.1.3传感器网络结构
无线传感器网络系统由四个组成部分构成：包括传感器节点（Sensor Node）、汇聚节点（Sink Node）、基础设施网络（Internet或卫星）以及与用户交互的管理节点（Manage Node）。
- 在无线传感器网络中占据主导地位的是数量最多的传感器节点类型，在降低运营成本的前提下（即处理能力、存储能力和通信能力相对较低），这些设备通常无法满足复杂任务的需求。
- 汇聚节点类似于网络协调器或路由器，在连接内部网格状分布的主设备与外部互联网之间扮演关键角色。这意味着该设备必须具备更为丰富的器件资源和更强的能力：一方面它既可以作为增强功能型的传感器节点（配备充足的能源支持，并且配备有充足的内存空间），也可以充当仅负责无线通信而无检测功能的网关设备。
1.1.4传感器节点结构
传感器节点通常由6大功能模块组成
- 电源模块
- 传感模块
- 计算模块
- 存储模块
- 通信模块
- 嵌入式软件系统
在多种应用场景下，传感器网络节点的组成可能会有所差异，并非绝对一致；但这些网络节点普遍具备数据收集、数据分析以及数据传输的核心功能。
（1）电源模块为传感器节点中其他几个模块提供运行所需的能量。
（2）传感器模块负责监测区域内信息的采集与转换。
（3）计算模块是传感器节点的核心，负责处理数据和系统管理。
（4）无线通信模块负责与其他节点通信，交换控制信息和首发采集数据。
2.1无线传感器网络操作系统
嵌入式系统是指用于执行独立功能的专用计算机系统。
嵌入式操作系统是专为满足嵌入式系统应用需求而设计的操作系统软件，在嵌入式系统的构建中扮演着关键角色。它通常包括与硬件设备相关的功能模块设计、驱动程序开发以及相应的通信协议配置，并且还包含人机交互界面等必要组件。
2.1.1无线传感器网络对操作系用的需求
考虑到每个传感器节点仅有有限的计算资源与存储空间，并且其操作系统代码量必须保持在最低水平以下，并且责任分担也要做到最小化。
考虑到传感器网络可能具有较大的规模，并且其拓扑结构是复杂多变的，在这样的环境下运行的操作系统必须具备应对复杂环境的能力。
观测任务要求操作系统必须具备实时性，并立即执行相应的处理任务；这种实时性的实现能够快速响应监测环境发生的时间变化。
该任务具有较高的并发性，在实际运行中可能同时处理多个逻辑控制流程，并且操作系统必须能够有效支持频繁的任务切换和高并发操作的同时保证每个操作的时间片较短
（5）硬件架构具有高度的可模块化设计。该系统要求操作系统的相关功能应允应用程序以便捷的方式对硬件进行操作，并确保在不增加整体运行成本的前提下各程序组件能够较为灵活地重组配置以适应不同需求。
2.1.2现有的无线传感器网络操作系统
随着无线传感器网络的发展状况不断演变，在这一技术领域中目前存在多种应用于该领域的操作系统。
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TinyOS操作系统
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MANTIS操作系统
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SOS操作系统
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Contiki操作系统
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MagnetOS操作系统