用于礦井環境監測的無線傳感器網絡

　　通過擴展板的方式加載一個專用的傳感器板，板上載有瓦斯濃度、濕度、風速、一氧化碳和二氧化碳等多種傳感器，可在多種傳感器間進行選擇和切換，滿足不同的監測任務。

　　主控制器是Atmel公司的一個8位低功耗微控制器ATMEGA128L，相對于其他通用的8位微控制器來說，它具有更加豐富的資源和極低的能耗。它具有片內128KB的程序存儲器(Flash)，4KB的數據存儲器(SRAM，可外擴到64KB）和4KB的E2PROM。此外，它還有8個10位ADC通道，2個8位和2個16位硬件定時/計數器，UART﹑SPI﹑I2C總線接口。JTAG口為開發和調試提供了方便的接口，除了正常操作模式外，它還具有6種不同等級的低能耗操作模式，適用于無線傳感器網絡對節能的需求。無線收發器CC1000是為低電壓無線通信的應用場合設計的單片UHF(Ultra-High Frequency)收發器，通過外圍接口線路相連，完成節點硬件部分的構造和功能。

2.2 軟件結構

　　TinyOS是面向傳感器網絡的操作系統，它采用高效的基于事件的執行方式，使用組件模型以實現高效率的模塊化、構造組件型應用軟件。上層組件對下層組件發命令，下層組件向上層組件發信號通知事件的發生，最底層的組件直接跟硬件打交道。支持多跳通信的傳感器應用程序的組件結構如圖4所示。針對硬件電路和應用需要，增加了外圍硬件的驅動，主要是對傳感器的控制與數據的采樣。

3 網絡協議

3.1 多徑路由機制和SPEED路由協議

　　在礦井環境監測中，需要定期實時準確地傳輸探測數據，而傳感器節點由于有限的能量和工作環境惡劣存在失效問題，路由協議要保證即使部分節點失效，整個系統也能正常工作。可靠的路由協議主要從以下兩個方面考慮：(1)利用節點的冗余性提供多條路徑以保證通信的可靠性；(2)建立對傳輸可靠性的估計機制，從而保證每跳傳輸的可靠性。

　　多路徑的路由機制是保證通信可靠性的一種有效機制。其基本思想是：首先建立從數據源節點到匯聚節點的主路徑，然后再建立多條備用路徑；數據通過主路徑進行傳輸，同時利用備用路徑低速傳輸數據來維護路徑的有效性；當主路徑失效時，從備用路徑中選擇次優路徑作為新的主路徑。

　　為達到實時性的要求，可采用SPEED[3]路由協議，該協議可以在一定程度上實現端到端的傳輸速率保證、網絡擁塞控制以及負載平衡。SPEED協議首先交換節點的傳輸延遲，以得到網絡負載情況；然后節點利用局部地理信息和傳輸速率信息做出路由選擇，同時通過鄰居反饋機制保證網絡傳輸速率在一個全局定義的傳輸速率閾值之上。