n的取值与很多因素有关，比如传感器节点部署贴近地面时，障碍物多干扰大，n的取值就大；天线质量对信号发射质量的影响也很大。
随着通信距离的增加，能耗将急剧增加。
因此应该尽量减少单跳通信距离。
一般而言，传感器节点的无线通信半径在100m以内比较合适。
（4）无线传感器网络节点的电源能量有限
传感器节点的体积微小，通常携带能量十分有限的电池。
由于传感器网络应用场景比较复杂，环境一般比较恶劣，传感器部署数量多，所以传感器通过更换电池来补充能量是不太现实的。
（5）无线传感器网络存储和计算能力有限
无线传感器网络中的传感器节点是一种微型嵌入式设备，一般要求价格低体积小功耗低，这些限制必然导致其嵌入式处理器计算能力比较弱，存储容量比较小。
（6）无线传感器网络以数据为中心
基于无线传感器网络的任何应用系统都离不开感知数据的管理和处理技术，传感器网络相当于分布式的网络数据库。
要查询的数据分布在所有或部分节点中。
传感器网络中每个传感器节点具有端节点和路由器两者的作用，传感器节点接收汇点（sink）的查询或控制命令。
传感器网络数据综合处理技术是实现以数据为中心的传感器网络的核心技术，包括感知数据的提炼、压缩、存储、关联、查询、分析、挖掘、理解以及基于感知数据决策和行为的理论和技术。
传感器网络的各种实现技术必须与这些技术密切结合,融为一体。
1.2.3无线传感器的研究现状
无线传感器网络是目前国外研究热点。
美国商业周刊认为,传感器网络是全球未来四大高技术产业之一。
近几年来自组织无线传感器网络在美国国防部高级规划署（DARPA）、美国自然科学基金委员会和其它军事部门的资助下,美国科学家对无线传感器网络所涉及的各个方面进行了深入的研究。
欧洲于2004年初在德国首都柏林举行了第一届“无线传感器网络论坛”,有120名微电子、机械电子和信息传输方面的专家出席论坛。
从1998年以来,主要由美国国防部支持的关于无线自组传感器网络的项目屡屡在论文中出现,下面把美国国防部和大学联合研制的项目和进展情况列举如下：
伯克利大学研制的灵巧尘埃（Thesmartdust）,把传感器的大小降低到一个立方毫米,使这些传感器颗粒可以悬浮在空中,美国加利福尼亚大学洛杉矶分校研制的无线集成网络传感器（Wirelessintegratednetworksensors）,洛克维尔（WirelesssensingnetworkRockwell）研究中心研制的WSN无线传感器网络由。
他们把复合的传感器和低档的信号处理器集成在一起,使之更灵活,功能也更强大。
麻省理工学院SeaGrantOffice研制的Odyssey是低价位的自制的水下工具,它的总长不超过2m,它被用于水下监测,他不需要任何的附加的发射和回收设备。
国内研究机构如中科院、清华大学、国防科技大学、电子科技大学、哈尔滨工业大学以及浙江大学等学术团体对传感器网络进行了跟踪研究。
中国计算机学会青年计算机科技论坛（YOCSEF，CCFYoungComputerScientists&EngineersForum）于2004年11月26在北京召开了中国第一次关于Wirelesssensornetwork的专题报告会。
讨论了Wirelesssensornetwork技术及其在中国的发展问题。
总体上无线传感器网络在中国还处在发展阶段，还没达到大规模应用的阶段。
随着微机电加工技术（MEMS）、自组织的无线网络技术和低功耗通讯技术的高速发展，无线微型传感器网络的研究将进入一个全新的领域。
MEMS技术将使微型传感器变成真正的尘埃，功耗绩效；可靠的通信技术使数据准确高速地收发；成熟的无线网络路由技术使网络变得畅通无阻。
1.3研究内容与方法
1.3.1研究内容
大量的传感器节点被随机散布在目标监测区域;对网络进行网络拓扑规划;在数据收集过程中，需要每个传感器采集到的有效数据及时、准确的传回K节点和基站;传感器节点采集大量的、实时数据进行压缩处理。
系统提供了停车场中的总车位占用数，以及更为具体的区域信息。
我们在每个入口、出口和区域过渡处安放了传感器。
入口和出口处的传感器，以无线方式将入口和出口的车辆数据传输到出口岗亭的中心基站。
监测区域过渡点的传感器检测车流和方向，并确定车辆是否在区域间移动。
传感器将数据发送到中心基站，基站将对所有的输入数据进行分析，实时提供停车场总共可用的停车位数量和每个区域的停车位数量。
1.3.2研究方法
（1）采用震动传感器MTS510CA,完成了基于MICA2DOT的无线传感器网络系统整体的设计与实现，并在基于无线传感器网络的震动监测控制系统中得到应用。
（2）无线传感器网络系统采用EM78815嵌入式处理器，搭载完全兼容IEEE802.15.4标准的无线通信芯片MICA2DOT，完成网络系统设计。
（3）为保证节点间通信的成功率和考虑节点的节能，提出适用于上述硬件平台的链路层协议。
（4）将上述无线网络传感器系统应用于一个简单的震动监测控制系统。
在该系统中，传感器节点负责采集震动数据，并通过自组织建立起来的网络对环境震动进行实时监控并反馈到控制中心。
1.3.3本论文的章节安排
为了方便阅读本文，能在较短时间内对其有一个全面的认识，现将本文的体系结构介绍如下：
一、导言：
概述了无线传感器网络的概念、特点、应用领域和发展现状。
说明了该次设计的研究内容和研究方法，更清楚的明白了这次设计的原理和目的。
二、硬件开发工具：
介绍了本课题所研究的无线传感器网络的硬件体系结构系统规划与系统分析。
包括节点和基站（汇聚节点Sink）的总体结构设计和数据流程分析。
三、无线传感器网络系统：
介绍了本课题所研究的无线传感器网络系统的设计。
采用网状网拓扑结构，ZigBee协议结构对各个节点进行规划，并汇集节点信息，传送到终端。
四、主要技术和系统特点：
罗列出本片文章的主要技术参数以及本套系统的特点和优点。
五、结论：
总结了全文并给出了应该进一步研究的问题。
六、参考文献。
1.4本章小结
本章主要介绍了无线传感器网络的概念；对比其他网络系统，无线传感器网络系统突显出哪些特点；并且详细地讲解了无线传感器网络系统在各个领域的重要应用；以及无线传感器网络系统在过去的时间做出的一些贡献，和将来日益成熟的无线传感器网络系统的广泛应用。
并且注释对于整片论文的规划，让读者更清楚的明白章节安排。
2硬件开发工具
本系统使用了射频芯片MICA2DOT；采用基于射频芯片MICA2DOT和微处理器EM78815为核心的无线传感器网络的硬件节点。
无线传感器网络节点是一个微型的嵌入式系统，一般由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块组成，如图2-1所示。
图中的箭头代表数据的流向。
传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换；处理器模块负责控制整个传感器节点的操作，存储和处理本身采集的数据以及其他节点发来的数据；无线通信模块负责与其他节点进行无线通信，交换控制信息和收发采集数据；能量供应模块为传感器节点提供运行所需的能量，通常采用微型电池。
2.1节点硬件系统
2.1.1传感器模块：
MTS510CA传感器是由天津市思托科技有限公司生产，它适用于MICA2DOT射频芯片，且能对光、麦克风、震动做出传感。
无线传感器网络节点的数据采集部分可以根据不同的应用采用不同的传感器，比如温度、湿度、光、压力、烟雾等。
MTS510CAA/D转换器是高速、微控制器兼容、8位模/数转换器。
由于芯片采用半闪烁转换技术和低电源电压供电及三态输出，所以具有快速转换、功耗低和易与各类微控制器接口等优点。
转换时间只需1.8us，转换速率为400*103次/s。
如图2-2所示：
图2.2.1MTS310CA图2.2.2MDA300CA
图2-2传感器
2.1.2处理器模块：
ELAN公司生产的EM78815是一款采用RISC结构，低功耗，高速率的8片机。
它的主频为3.5862MHz，具有64K程序ROM，最大支持128K程序ROM；256K×8片内数据ROM，最大支持2MKB；4K×8数据RAM；128个8通寄存器；56个双向、三态I/O口。
此外，它还有2个8位和1个16位硬件定时/计数器；可编程看门狗定时器和片上震荡器；UART、SPI接口。
EM78815有三种工作模式：
活动模式、空闲模式（Greenmode）、睡眠模式（Sleepmode）。
模式转换图2-3所示。
图2-3处理器3个工作模式切换
◆MCU模式说明：
（1）活动模式（Normalmode）：
在活动模式下，处理器工作在3.5862MHz，在几种工作下，能耗最高。
（2）空闲模式（Greenmode）：
在空闲模式下，处理器工作关闭主时钟，以副时钟维持系统运转，此时的时钟频率为32.768KHz。
这是通过将处理器的RA寄存器的PLLEN位清零来实现的。
这种模式的能耗低于活动模式。
（3）睡眠模式（Sleepmode）：
在睡眠模式下，处理器主时钟和副时钟（本系统只用到主时钟）都停止工作，这种模式下，节点的能耗最低。
但是EM78815不支持直接从活动模式切换到睡眠模式，必须再经过空闲模式，并且从睡眠模式到活动模式的切换，只有通过RESET操作或者开关电源，在睡眠模式下，无法响应帧的接收，所以本系统不采用该模式。
◆MCU模式转换说明：
EM78815从活动模式切换到空闲模式：
在有数据发送或者接收时，EM78815处于活动模式，在发送和接收完毕后，EM78815进入空闲模式。
EM788150从空闲模式到活动模式：
有中断产生；RESET发生；电源开关。
根据上面的分析，我们应该让芯片平时工作在空闲模式，并且关闭ADC模块，只响应帧的接收，在这种情况下，能量消耗很低，电流消耗只有30uA。
当无线通信模块接收到帧后，产生中断，从而从空闲模式切换到活动模式，进行数据的接收和发送，当发送完毕后，再次进入空闲模式。
既节省了能量，也保证了节点的正常工作，据统计，一个传感器节点大约有20%的时间工作于活动模式，80%的时间工作于空闲模式。
2.1.3无线通信模块：
射频芯片MICA2DOT是标准的低成本、低功耗单片高集成度的解决方案。
它工作在ISM免费频带上,工作频率为433MHZ。
MICA2DOT的主要特点：
（1）具有2MChips/s直接扩频序列基带调制解调和250kbps的有效数据传输速率；
（2）适合简化功能装置和全功能装置操作；低电流消耗：
接收19.7mA，发射17.4mA；低电源电压要求：
使用内部电压调节器时2.1-3.6V，使用外部电压调节器时1.6-2.0V；可编程输出功率；独立的128字节发射、接收数据缓冲器；
（3）电池电量可监控，QLP-48封装，外形尺寸只有7×7mm，适合各种恶劣的环境。
可以看出：
该芯片具有良好的性能，尤其是它极低的电流消耗和封装尺寸，可以满足无线传感网络中节点体积小、功耗小、成本低等特点，经过测试发现在本系统中，该芯片工作良好，功能比较完善。
2.1.4能量供应模块：
实现节点设计的微型化，节点可采用输出电压3.6V可充电锂离子钮扣电池LIR2032供电。
该类电池自放电率小于10％每月，但额定容量较小，限定了节点的生存期，若以两节5号电池供电，则可维持更长的工作时间，在以网络形式工作状态下通过合理的配置节点发射极的接收、发射以及待机状态，可有效地延长节点的运用寿命。
针对节点供电单元不便于更换的无线传感器网络，新的能源处理要领研究及网络系统的低功耗设计也是当前值得关注的课题。
2.2Sink节点的硬件设计
无线传感器网络内的信息与外部网络或处理终端间的连接须要通过Sink节点来实现，Sink节点是无线传感器网络与有线设备连接中转站，负责发送上层命令（如查询、分配ID地址等），接收下层节点请求和数据，具有数据融合、请求仲裁和路由选择功能，是无线传感器网络中最主要的一部分。
我们设计的Sink节点带有USB数据口和RS232数据口，两种数据口可以通过开关执行切换，以方便Sink与外部网络或处理终端间的连接。
仍然采用天津市思托科技有限公司推出的高度整合的SoC芯片MICA2DOT实现传感器节点的数据传输和处理功能。
TTL与RS232电平转换单元选用MAX3316芯片，该芯片在2.25～3.0V供电即可实现两通道双向电平转换，可直接操作MICA2DOT芯片串行数据线和控制线。
MICA2DOT的外围电路设计与传感器节点相同。
2.3本章小结
在本章中讲解传感器节点的硬件设计，由传感器模块、处理器模块、无线传输通信模块以及能量供应模块组成，并一一列举了各个模块的组成和硬件需求，利用MTS510CA作为传感器模块，可以通过震动和光的传感，传送数据给处理器模块，而处理器模块由ELAN公司生产的EM78815处理器进行数据处理，最后通过传输设备发送信息给基站（Sink节点）完成数据的采集，汇聚，传输等一系列工作。
下章节将会告诉大家无线传感器网络的系统，网络拓扑结构，网络协议栈等等。
3无线传感器网络系统
对于地下停车场的管理中重要的数据信息是时刻掌握着车位的空闲状态,以此作为智能停车管理中的重要参考依据,通过在停车场入口处放置液晶显示屏显示停车场停车情况。
当前停车场的车位的识别主要有以下技术:
人工观察车位空闲状态、地感线圈感应车位空闲状态、红外线测定车位空闲状态、摄像头视频采集车位图像识别车位空闲状态等技术来完成。
其中人工识别对于较小的停车场广泛采用,缺点显而易见;地感线圈识别、红外线识别技术能够自动完成车位的识别,缺点是需要构建工业网络传输数据,而且工程量相对较大。
视频图像识别技术能够通过图像处理技术来完成车位的识别,具有一定的优越性,但是对于地下车库光照方面和识别效果都不很理想,而且也需要构建网络。
采用ZigBee无线传感器构建无线网络能够很好的解决网络布线问题,而且ZigBee具有低功耗、低成本、低速率、近距离、短时延、高容量等特点,这些适合停车场管理技术的特点。
3.1无线网络技术比较
在无线个人网（WPAN）领域,“蓝牙”一直是较为经典的技术,但由于其价格高、传输距离短等因素迟迟没能大规模应用。
蓝牙的最初的目标是取代现有的PDA、移动电话等各种数字设备上的有线电缆连接,它的高带宽特性（1Mb/s）使它更适合于音频、视频、图像等多媒体设备以及需要经常交换大量的数据的设备,但是蓝牙存在着技术复杂、应用系统费用高、功耗高、供电电池寿命短。
ZigBee的特点是低速率、低功耗、低成本等。
ZigBee技术的特点如下:
传输距离:
可达10～75m,依赖功率输出和环境特性。
通信时延:
15～30ms（典型搜索时延30ms,休眠激活时延15ms,活动接入时延15ms）
寻址方式:
64bit的IEEE地址,16bit的本地地址。
网络容量:
一个ZigBee网络可容纳255个设备,最大容量高达65000个节点。
网络拓扑:
星
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