基于无线传感器网络的分布式电磁探测系统设计

　　1 引言

　　无线传感器网络(wireless sensor network，wsn)是一种由大量微小的集成有传感器、数据处理单元和短距离无线通信模块的节点组成的，能够根据环境自主完成指定任务的智能网络监控系统。wsn不需要固定的网络支持，具有快速展开、抗毁性强等特点，可广泛应用于军事侦察、环境监测、医疗监护、农业养殖和其他商业领域，以及空间探索和抢险救灾等特殊领域。

　　分布式电磁探测系统通过探测地下目标体的电性差异，分析异常分布规律来实现勘探目的。由于野外工作环境恶劣，沟堑河流阻断，地形地貌复杂，一些区域勘探人员难于接近或逾越，采用传统有线的连接方式不仅大大增加了工作量，也使一些区域因不能布线而无法勘探。因此采用无线传感器网络的方式构建分布式电磁探测系统具有较强的现实意义。

　　2 无线传感器网络分析

　　2.1 无线传感器网络硬件组成

　　传感器网络的硬件设计与组网方式与应用领域密切相关。典型无线传感器网络在硬件上主要有三部分组成，即传感器节点、基站(又叫终端节点、汇聚节点)和任务管理平台。其中传感器节点是网络的主要组成部分，具有网络终端和路由器双重功能，除了进行本地信息收集和简单的数据处理，还要对其他节点转发的数据进行存储、管理和融合，它们大量分布在数据监测区域，被监测信号的物理形式决定传感器节点类型;基站用来实现两个通信网络之间数据的交换，实现两个协议栈之间的通信协议转换、管理节点，并把收集到的数据转发到外部网络上。任务管理平台对整个网络进行检测、管理，并对数据进行处理，通常为运行管理软件的pc机或者手持设备。典型的无线传感器网路组成结构如图1所示。

图1 典型无线传感器网络组成结构

　　2.2 网络协议

　　无线传感器网络通信协议栈主要包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。尽管目前很多研究人员已经为传感器网络的各层提出了一些解决方案，但总的来说还没有形成被广泛认可的标准。

　　ieee802.15.4标准是针对低速无线个人域网络(personal area network，pan)的通信标准，把低功耗、低成本作为设计的主要目标，旨在为个人或者家庭范围内不同设备之间低速联网提供统一标准。由于ieee802.15.4标准的网络特征与无线传感器网络存在相似之处，很多研究机构把它作为无线传感器网络的通信标准[5]。

　　zigbee协议是zigbee企业联盟基于802.15.4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的技术标准，它与802.15.4之间存在如下关系：