摘 要：无线传感器网络是一种崭新的信息获取和处理技术，集成了传感器、网络、无线通信和嵌入式系统四大技术而形成。它是一项全新的无基础设施的无线网络，能够随时监控、感知和获取各种物理环境或监控对象的信息，并对其展开处理、传输到需要这些信息的用户手中。嵌入式系统是当前电子计算机的一种较普遍应用形式，此类电子系统不易被用户注意，也可称它为埋藏式计算机。本文主要介绍在无线传感器网络的系统组成、工作原理与嵌入式系统及其体系结构，以及无线传感器中嵌入式系统的应用及发展现状和未来前景。
　　关键词：无线传感器网络；嵌入式系统 系统组成；体系结构；应用发展
　　中图分类号：TP393
　　1 无线传感器网络系统组成及工作原理
　　无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN） 是未来计算环境的重要组成部分。它由多种类、大数量的传感节点而构成的自治网络，连接着现实世界，以此来实现对物理世界的感知了解。无线传感器网络湿集合了信息采集、传送、处理于一身的综合智能的信息系统，它不需要专用特殊的通信路线；传递速度迅速；能够传送多种形式信号；对于任一种Web浏览器都适用；信息反馈形式多样；同时又具备实时自动更新的功能，并且集合了通信、计算机、网络与传感器等技术，拥有十分广阔的应用和研究发展价值。
　　无线传感器网络系统主要由无线设备模块、服务器模块、客户界面模块这3大模块组成，其中服务器模块又由无线接收模块、网卡硬件模块、网络软件模块、嵌入式系统模块这几个部分构成。于此同时，研究者又一致把服务器当中的“无线接收模块”和无线设备中的“无线发送模块”合称为“无线收发模块”，而客户界面模块主要指浏览器。
　　如图1和图2所示是基于嵌入式系统的无线传感器网络的数据采集节点和数据接收主控端的组成原理图。
　　图1 无线传感器网络数据采集节点组成
　　图2 无线传感器网络数据接收主控端组成
　　如上图1和图2所示，传感器收集到的数据通过数据采集器的处理加工，之后被传递到嵌入式系统中，经过相应的运算后，又由无线发射装置传出。无线接收装置能够在同一时间加工多个传感器传输过来的信号，再将这些传来的信息利用通信适配器（如RS232）送到主控机上。
　　2 嵌入式系统及其体系结构
　　嵌入式系统是电子计算机应用形式之一，通常情况下是指嵌入在电子设备中的微处理机系统。该系统的主要功能就是辅助帮助它所嵌入的电子设备，使它们这一整个系统的功能网络化智能化，使其更好地为用户提供优化的作用。所以在此类嵌入式系统中，计算机硬件系统中通常都包含有操作系统和应用软件，这就让该系统的应用软件与硬件构成一体化。因此，嵌入式系统的硬件与应用软件的高效率协同工作，就能够在同样的系统配置上实现更高的应用性能。
　　嵌入式系统是一种硬件和应用软件相互配合并能够分别单独工作的系统，它的主要组成部分包括嵌入式微处理器、外部硬件设备、嵌入式操作系统以及应用软件系统等。根据其应用方式的差异，可将嵌入式系统分为知识产权核（IP）级、模块级和芯片级，它们都需要结合真实状况，把需要的功能或模块嵌入到各类应用系统产品中。其中知识产权核IP技术代表着知识产权，是该系统内部所要完成某项系统功能的核心，也是对拥有系统内部的某些特制硬件和软件等技术的保障。IP核不仅指数字IP，也指IP核的模拟，IP核又包括软核、硬核等。所以，综上所述的核可能是芯片设计者设计的某一过程中所采用的软核，也可能是设计者为保障技术需求而设计的专门过程中的硬核。模块级是指该应用系统是由x86处理器组成的计算机系统模块而嵌入构成的一种设计方式，这种方式的嵌入式系统重点是要缩小设备体积，增加设备使用的可靠性，将操作系统优化为嵌入式操作系统，同时把应用软件固定在这样的固态盘中。至于芯片级，是按照各种应用系统产品的具体情况或要求，选择相对应的处理器芯片，共同构成嵌入式系统，并将相对应的系统软件和应用软件以固定的形式固化在不容易丢失的存储器芯片中去。
　　3 嵌入式系统的应用发展价值及前景
　　通常提到的嵌入式系统应用主要指将这类系统嵌入于各种设备或产品内部的计算机中，这些对应的设备（产品）被称为嵌入式设备（产品）。十分典型的例子就是嵌入式计算机。嵌入式计算机是将先进的计算机、半导体、电子技术与其它行业的具体应用相结合而产生的产物。根据嵌入式计算机的发展现状，它主要包括嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式DSP处理器、嵌入式片上系统等多个部分。嵌入式计算机的应用领域是十分广阔的，例如制造工业、过程控制、通信仪器、仪表汽车、船舶、航天军事装备、消费类产品等方向都涵盖其中。
　　至于嵌入式系统的应用价值，主要有以下几类：1）为满足客户的网络需求以及为适应嵌入式分布处理结构，最新式的嵌入式系统中应要求配备并安装多种通信网络接口，以期为设备网络通信提供标准接口。2）嵌入式产品的设计是按照低功耗、低成本以及实现小尺寸的特性，相应地降低了处理器的设计性能，以限制其内存容量，从而提高了嵌入式系统的相应设计要求。3）充分考虑用户感受，提供精巧细致的多媒体人机界面，在用户体验方面表现突出。
　　近年来，随着科学技术的不断发展，网络技术已经逐步扩展到了人们生活中的方方面面，这也为嵌入式网络系统的进一步发展提供了必要的客观环境。设计者在利用庞大的Internet 技术的同时，同时又为嵌入式系统功能作用的发展进步提供了更大的空间。网络和嵌入式系统两者是高效的集合体，是不可割裂的。网络的远程操作，它的意义不仅在于其巨大的经济价值，更重要的是它实现了嵌入式系统的网络化。
　　4 结束语
　　目前，我国针对嵌入式系统的应用，主要还是体现在计算机外围设备、信息家电、电子商务、网络技术、国防工业、生物微电子技术等领域。而对于嵌入式系统在线可编程技术和数字信号处理器的结合的研究还较少，在未来，这将是该系统研究与应用的一个重要发展和研究方向。这有待于我们的研究者继续深入探讨和发现。
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　　作者简介：陶锐（1978-），男，达斡尔族，内蒙古海拉尔人，讲师，硕士研究生，研究方向：计算机应用技术。
　　作者单位：呼伦贝尔学院，内蒙古呼伦贝尔 021008
　　基金项目：本文受呼伦贝尔学院科研一般项目“嵌入式实验教学软件开发平台研究”资助（项目编号：YJYBZC201215）。