无线传感网学习笔记（1）—— WSN概述

既然老师要求看完线上视频要做相应的笔记，还不如顺便摘抄到这里，毕竟MarkDown的格式看上去还是挺舒服的。

一、无线传感器网络结构

1、①Sensing（传感）：收集物理对象或区域相关信息的技术。
  ②Sensor（传感器）：用于sensing的设备，可以将物理世界的能量转成电能。

2、Wireless Sensor Network（WSN无线传感网）
 ①概念：多传感器通过无线通信技术协同检测复杂的物理环境所形成的网络。
 ②主要特征：低速率、低功耗、资源受限、网络规模大、拓扑结构易变、自组织性等。
 ③应用范围：智能家居、环境监测、医疗健康、工业（机械故障诊断）等。

3、WSN组网的两种主要结构：
 ①星形拓扑（单跳传输）：每个传感器直接与基站通信，需要较大的传输功率，同时也限制了覆盖范围。
 ②网状拓扑（多跳传输）：部分传感器作为其他传感器的中继节点，可降低功耗，允许覆盖更广的范围，但是设计实现的时候需要考虑路由问题。

4、WSN的主要设计约束的因素：能量、自我管理（自组织部署）、无线组网（信号衰减）、分布式管理（次优型）、安全、软硬件的限制。

二、传感器的节点架构

1、无线传感网络节点由传感器模块、处理器模块、通信模块、存储模块和电源模块构成，处理器模块是节点的核心单元。
 ①传感器模块：负责整个监测区域内信息的采集和数据转换。
 ②通信模块：负责与其他传感器节点进行无线通信，交换控制消息和收发采集的数据。
 ③电源模块：为传感器节点提供运行所需能量，通常采用微型电池、太阳能等供电。

2、Processor subsystem（处理器模块）：
①作用：汇集所有其他模块和额外的外围设备。
②目的：执行与感知、通信和自组织相关的指令。
③组成：处理器芯片（MCU微处理芯片）、非易性存储器（存储程序指令）、快速存储器（临时存储感知数据）、内部时钟。

3、处理器体系结构
 ①冯诺依曼体系结构：数据和程序指令存储在同一内存空间中，提供单一总线供处理器和存储器之间传输数据，处理器一次只能访问其中一种，限制了处理速率。
 ②哈佛体系结构：数据和程序指令分别存储在独立的内存空间中。每个存储空间通过单独的数据总线与处理器连接，处理器可同时访问程序指令和数据。还可以支持多任务操作系统，但没有虚拟内存或内存保护。
 ③超级哈佛体系结构：扩展的哈弗体系结构，增加了两个组件，分别是内部指令缓存（用于临时存储频繁使用的指令）和未充分使用的程序存储器（用于数据暂存），还可以支持直接存储器存取（DMA）。

4、节点硬件（补充）
 ①MicaZ节点：采用Atmel公司的ATMega128L微处理器，该处理器是8位CPU内核，工作频率是7.37MHz，内部存储具有128KB的FLASH ROM，可用于存放程序代码和一些常数。此外，具有4KB的静态存储SRAM，用于暂存一些程序变量和处理结果。工作在2.4 GHz、运行IEEE 802.15.4协议。
 ②Imote2节点：集成了Intel公司低功耗的PXA271 XScale CPU和兼容IEEE 802.15.4的CC2420射频芯片。使用动态电压调节技术，且工作频率范围可从13MHz达到416MHz，该节点已应用于数字图象处理、状态维修、工业监控和分析、地震及振动监控等领域。

三、传感器操作系统

1、无线传感网的操作系统
 ①作为一个轻量级的软件层，位于硬件层和应用层之间，为开发人员提供基本的编程环境。
 ②主要任务是使应用程序与硬件资源间实现交互。（解耦合）
 ③主要分为单任务或多任务、单用户或多用户的操作系统，选择的时候需要考虑具体的因素（功能性因素和非功能性因素）。

2、TinyOS是基于组件架构的一种事件驱动的操作系统。它的基本构建块（负责框架内组件的有效通信）如下：
 ①任务：从开始到结束的完整独立的处理过程，可被事件中断，但不能被其他任务中断，任务的调度基于FIFO原则。
 ②命令：由高层组件向低层组件的不可阻断请求。
 ③事件：由组件的事件处理器进行处理。

四、应用开发语言

1、C51语言
 C51语言是针对8051单片机的应用开发而普遍使用的程序设计语言，能直接对8051单片机的硬件进行操作，既有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。可读性好、编程效率高，编写的程序易于修改、维护和升级，但是，C51语言的编译系统编译代码的效率较低。
 C51语言增加了几种针对8051单片机的数据类型和相应操作，包含位访问空间和丰富的位操作指令。
 C51语言中变量的存储模式与8051单片机的存储器区紧密相关。 8051单片机存储区域可以分为内部数据存储区、外部数据存储区和程序存储区。在C51的数据存储类型中，(1)内部数据存储区可分为3个不同的数据类型，分别是data、idata和bdata，而(2)外部数据存储区可分为xdata和pdata。(3)程序存储区只能读不能写，C51语言提供了code存储类型来访问程序存储区。

2、NesC语言
 NesC语言是C语言的扩展，最大的特点是将组件化思想与基于事件驱动的执行模型相结合。大大增强了应用开发的便利性和应用程序的可靠性。
 它是一个静态语言，它的组件模型和参数化接口减少了许多动态内存分配需求，在NesC程序里不存在动态内存分配，而且在编译期间就可以确定函数调用流程，这些限制使得程序整体分析和优化操作得以精简。
 在NesC应用程序开发中，需要定义、使用两种功能不同的组件，分别称为模块(module) 和 配置(configuration)，模块主要用于描述组件的接口函数功能等的实现，而配置主要描述不同组件之间的接口关系。