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摘 要：WSN是以卫星传感器为基础对周边环境和工作对象实施监测、控制和感知的一种多跳自组织网络，这种网络体系在工作中将已经收集且整理好的信息，利用无线通信技术随机传输给用户终端的过程。目前，这一无线传感技术已经被广泛应用在我国工农业生产、国防航空等诸多领域，本文从WSN结构与特点入手，针对其和计算机无线通信技术新要求做了简单分析。
关键词：WSN节点；计算机；传感器；无线通信
在计算机技术、信息技术和微电子技术的推动下，各种微型、小型的无线网络逐渐产生，其中以多跳自组织无线网络最为常见，且已经广泛的应用在社会多个生产行业之中。这种网络技术是在无线传感器的基础上形成的，也就是这里我们所说的WSN技术，它的出现可谓是计算机、信息技术改革的典型，颠覆了传统结构单一、系统简单、成本高、能耗大的信息感知认识，实现了低能耗、低成本、高效率的网络信息感知。WSN系统在运行中是通过大量的WSN节点完成信息的传输、接受的。尤其是在当今计算机信息技术领域，它的应用价值非常大，因此下面我们有必要对WSN节点和计算机的发展做研究。
1 WSN系统的结构与特点
WSN也就是我们常说的无线传感网络，是由多种传感器节点按照一定规律组成的，并且实现了独特的网络传输和连接方式。传感器节点作为构成WSN的基础，是由一定数据传输、处理通信能力的单元构成。WSN系统随着集成电子技术的出现和发展，其节点体积变得原来越小，目前节点的已经如同电池大小，其成本也变得非常低廉，有效实现了人们对其低成本、多功能发展要求。
WSN系统作为当今常见的通信传感技术，主要被应用在野生生态环境保护、城市环境信息调查、建筑病害检测、农林业病虫害检测等领域。这种技术与其他的技术相比较，有着信息传输速度快、受影响低的优越性，能够实现复杂条件下的无线信息传输，不需要光纤或者电缆的支持与配合，节省了过去因为电缆、光纤敷设而产生的高额费用。另外，WSN系统在进行无线信息传输的时候，能通过节点数据进行传递，并且实现自检和自我完善的目的。
现如今，为了能够进一步扩大WSN的应用范围，使更多的用户利用WSN实现数据的传输与资源的共享，就需要将传感器网络与当前大众普遍使用的互联网实现互联。而这些又必须要由PC机作为中间媒介才能实现。 也就是说，要实现WSN节点与PC机的无线通信互联。要使PC机能够将控制指令发送给传感器，再利用传感器网络将信息发送给PC机。以下我们就来研究其具体的无线通信交互方法。
2 软件设计
为了能够更好的研究WSN节点和PC机的无线通信方法，我们决定在Tiny OS的操作系统下进行WSN节点的应用研究。并对其相应的在PC机上需要安装的软件进行设计。在本软件的设计中所使用的编程语言为nes C，这是在C语言上进一步发展而形成的编程语言。
而Tiny OS的操作系统主要是由美国加州大学所研发的新的开放源代码操作系统。这种操作系统研发的主要作用就是为了能够促使嵌入式无线传感器网络更好的与计算机对接。nesC提供比较完善的组件机制和事件驱动机制，从而降低了面向传感器网络的操作系统和应用程序实现的复杂性。
2.1 接收PC机命令并发射无线信号
开发的程序test2即实现了从计算机串口接收命令并发射无线信号的功能。在本实例中，将test2程序加载到节点Node2中，程序test2包括配置文件和模块文件，分别为test2.nc和test2M.nc。在test2中，涉及到的组件包括Test2M、IntToRfm、LedsC和HPLUARTC，其相互间的关系如图1所示。
在上图中，涉及到了模块test2M的3个具体实现，分别是IntToRfm、LedsC和HPLUARTC，其中test2M使用的接口Int Output由IntToRfm提供，实现了test2程序将一数据通过无线发射出去；HPLUARTC组件提供的接口HPLUART用来实现节点从计算机串口中得到PC发送给自己的数据；LedsC组件提供的Leds接口的yellow Toggle、green Toggle命令控制節点上的LED灯闪亮。该部分程序的关键代码为：
在本例中，将命令信息设为变量k，若k=3，则让Node2将常数4以无线形式发射出去，并且黄色LED灯闪亮；若k=2，则要求Node2向外发射无线数据5，并且绿色LED灯闪亮。在实际应用中，无线数据可作为命令让传感器网络节点接收。
2.2 WSN节点接收无线信号
在tinyos-1.x/apps/目录下，利用RfmToLeds应用程序可接收无线信号。在本文的实例中，将RfmToLeds应用程序加载到无线传感器网络的某一个节点中。该程序通过一个简单的配件来实现，使用了RfmToInt组件接收信息，使用IntToLeds组件在LED上显示接收到的数据。RfmInt组件使用GenericComm组件接收信息。在RfmToInt的程序中，需注意下面这一行：
RfmToIntM.ReceiveIntMsg->GenericComm.ReceiveMsg[AM_INTMSG]；
这行代码将RfmToIntM使用到的ReceiveMsg接口（即ReceiveIntMsg）连接到GenericComm中的ReceiveMsg，并且指明句柄ID为AM_INTMSG。对接收到的信息而言，内存管理本质上是动态的。信息到达后进入缓冲区，主动信息层就会解析句柄类型并分派出去。应用程序通过ReceiveMsg.receive事件获取缓冲区地址。下面为接收无线数据的关键代码：
event TOS_MsgPtr Receive IntMsg.receive（TOS_MsgPtr m）
{IntMsg *message = （IntMsg *）m->data； call IntOutput.output（message->val）；//此处message->val 即为Node2发送过来的无线数据return m； }
本实例中，将tinyos-1.x/apps/目录下的TOSBASE程序加载到Node1节点中，通过Node1也可将接收到的无线数据在PC机上显示出来。
3 实验结果及分析
在将上述所设计的软件安装在PC机上之后，我们对其进行了WSN节点与PC机的无线通信实验，具体的实验结果以及其结果分析主要可以分为发送过程和接受过程两方面，其具体的分析如下所述：
3.1 发送过程
通过PC机串口发送数据3触发节点Node2向传感器网络发送命令数据4。具体实现方法为：节点Node2加载test2，通过串口助手向Node2发送数据3。Node2接收PC机发来的数据3，立即将命令数据4无线发送出去。在此过程中，需要注意选择相应的端口（port）和波特率 （Baud rate），本文中笔者使用的硬件平台是Telosb节点，因此串口助手设置如下：波特率为57600，以HEX格式发送。
3.2 接收过程
在节点Node1上加载TOSBase程序，打开另一个串口助手，设置与Node1相同的波特率，以HEX格式顯示，在此需注意Node1对应的不同的端口。在PC机上将接收到无线数据。具体为：7E 42 04 01 08 03 FF FF FF FF 04 7D 5D 04 00 01 00 DE AF 7E，去掉一些协议数据，真正的数据是7D 5D后面的某些数据（04 00），本实例中收到的无线数据为04（红色方框圈住的部分）。
结束语
由上述分析我们可以看出，使用无线传感器网络进行信息数据的传递具有非常重要的应用价值与意义，是当前很多行业领域都非常重视的网络形式。为了能够使WSN节点的应用范围更加广泛，我们可以通过将其与Internet相互连接的方式来实现信息资源的共享。但是这是需要利用与PC机的终端进行互联才能实现的。而本文中对于WSN节点与PC机的无线通信方法及其软件设计进行了探讨与实验，希望能够为相关人员提供一些参考。
参考文献
[1]孙利明，李建中，陈渝，等.无线传感器网络[M].北京：清华大学出版社，2005.
[2]李善仓，张克.无线传感器网络原理与应用[M].北京：机械工业出版社，2008.
关键词：WSN节点；计算机；传感器；无线通信
在计算机技术、信息技术和微电子技术的推动下，各种微型、小型的无线网络逐渐产生，其中以多跳自组织无线网络最为常见，且已经广泛的应用在社会多个生产行业之中。这种网络技术是在无线传感器的基础上形成的，也就是这里我们所说的WSN技术，它的出现可谓是计算机、信息技术改革的典型，颠覆了传统结构单一、系统简单、成本高、能耗大的信息感知认识，实现了低能耗、低成本、高效率的网络信息感知。WSN系统在运行中是通过大量的WSN节点完成信息的传输、接受的。尤其是在当今计算机信息技术领域，它的应用价值非常大，因此下面我们有必要对WSN节点和计算机的发展做研究。
1 WSN系统的结构与特点
WSN也就是我们常说的无线传感网络，是由多种传感器节点按照一定规律组成的，并且实现了独特的网络传输和连接方式。传感器节点作为构成WSN的基础，是由一定数据传输、处理通信能力的单元构成。WSN系统随着集成电子技术的出现和发展，其节点体积变得原来越小，目前节点的已经如同电池大小，其成本也变得非常低廉，有效实现了人们对其低成本、多功能发展要求。
WSN系统作为当今常见的通信传感技术，主要被应用在野生生态环境保护、城市环境信息调查、建筑病害检测、农林业病虫害检测等领域。这种技术与其他的技术相比较，有着信息传输速度快、受影响低的优越性，能够实现复杂条件下的无线信息传输，不需要光纤或者电缆的支持与配合，节省了过去因为电缆、光纤敷设而产生的高额费用。另外，WSN系统在进行无线信息传输的时候，能通过节点数据进行传递，并且实现自检和自我完善的目的。
现如今，为了能够进一步扩大WSN的应用范围，使更多的用户利用WSN实现数据的传输与资源的共享，就需要将传感器网络与当前大众普遍使用的互联网实现互联。而这些又必须要由PC机作为中间媒介才能实现。 也就是说，要实现WSN节点与PC机的无线通信互联。要使PC机能够将控制指令发送给传感器，再利用传感器网络将信息发送给PC机。以下我们就来研究其具体的无线通信交互方法。
2 软件设计
为了能够更好的研究WSN节点和PC机的无线通信方法，我们决定在Tiny OS的操作系统下进行WSN节点的应用研究。并对其相应的在PC机上需要安装的软件进行设计。在本软件的设计中所使用的编程语言为nes C，这是在C语言上进一步发展而形成的编程语言。
而Tiny OS的操作系统主要是由美国加州大学所研发的新的开放源代码操作系统。这种操作系统研发的主要作用就是为了能够促使嵌入式无线传感器网络更好的与计算机对接。nesC提供比较完善的组件机制和事件驱动机制，从而降低了面向传感器网络的操作系统和应用程序实现的复杂性。
2.1 接收PC机命令并发射无线信号
开发的程序test2即实现了从计算机串口接收命令并发射无线信号的功能。在本实例中，将test2程序加载到节点Node2中，程序test2包括配置文件和模块文件，分别为test2.nc和test2M.nc。在test2中，涉及到的组件包括Test2M、IntToRfm、LedsC和HPLUARTC，其相互间的关系如图1所示。
在上图中，涉及到了模块test2M的3个具体实现，分别是IntToRfm、LedsC和HPLUARTC，其中test2M使用的接口Int Output由IntToRfm提供，实现了test2程序将一数据通过无线发射出去；HPLUARTC组件提供的接口HPLUART用来实现节点从计算机串口中得到PC发送给自己的数据；LedsC组件提供的Leds接口的yellow Toggle、green Toggle命令控制節点上的LED灯闪亮。该部分程序的关键代码为：
在本例中，将命令信息设为变量k，若k=3，则让Node2将常数4以无线形式发射出去，并且黄色LED灯闪亮；若k=2，则要求Node2向外发射无线数据5，并且绿色LED灯闪亮。在实际应用中，无线数据可作为命令让传感器网络节点接收。
2.2 WSN节点接收无线信号
在tinyos-1.x/apps/目录下，利用RfmToLeds应用程序可接收无线信号。在本文的实例中，将RfmToLeds应用程序加载到无线传感器网络的某一个节点中。该程序通过一个简单的配件来实现，使用了RfmToInt组件接收信息，使用IntToLeds组件在LED上显示接收到的数据。RfmInt组件使用GenericComm组件接收信息。在RfmToInt的程序中，需注意下面这一行：
RfmToIntM.ReceiveIntMsg->GenericComm.ReceiveMsg[AM_INTMSG]；
这行代码将RfmToIntM使用到的ReceiveMsg接口（即ReceiveIntMsg）连接到GenericComm中的ReceiveMsg，并且指明句柄ID为AM_INTMSG。对接收到的信息而言，内存管理本质上是动态的。信息到达后进入缓冲区，主动信息层就会解析句柄类型并分派出去。应用程序通过ReceiveMsg.receive事件获取缓冲区地址。下面为接收无线数据的关键代码：
event TOS_MsgPtr Receive IntMsg.receive（TOS_MsgPtr m）
{IntMsg *message = （IntMsg *）m->data； call IntOutput.output（message->val）；//此处message->val 即为Node2发送过来的无线数据return m； }
本实例中，将tinyos-1.x/apps/目录下的TOSBASE程序加载到Node1节点中，通过Node1也可将接收到的无线数据在PC机上显示出来。
3 实验结果及分析
在将上述所设计的软件安装在PC机上之后，我们对其进行了WSN节点与PC机的无线通信实验，具体的实验结果以及其结果分析主要可以分为发送过程和接受过程两方面，其具体的分析如下所述：
3.1 发送过程
通过PC机串口发送数据3触发节点Node2向传感器网络发送命令数据4。具体实现方法为：节点Node2加载test2，通过串口助手向Node2发送数据3。Node2接收PC机发来的数据3，立即将命令数据4无线发送出去。在此过程中，需要注意选择相应的端口（port）和波特率 （Baud rate），本文中笔者使用的硬件平台是Telosb节点，因此串口助手设置如下：波特率为57600，以HEX格式发送。
3.2 接收过程
在节点Node1上加载TOSBase程序，打开另一个串口助手，设置与Node1相同的波特率，以HEX格式顯示，在此需注意Node1对应的不同的端口。在PC机上将接收到无线数据。具体为：7E 42 04 01 08 03 FF FF FF FF 04 7D 5D 04 00 01 00 DE AF 7E，去掉一些协议数据，真正的数据是7D 5D后面的某些数据（04 00），本实例中收到的无线数据为04（红色方框圈住的部分）。
结束语
由上述分析我们可以看出，使用无线传感器网络进行信息数据的传递具有非常重要的应用价值与意义，是当前很多行业领域都非常重视的网络形式。为了能够使WSN节点的应用范围更加广泛，我们可以通过将其与Internet相互连接的方式来实现信息资源的共享。但是这是需要利用与PC机的终端进行互联才能实现的。而本文中对于WSN节点与PC机的无线通信方法及其软件设计进行了探讨与实验，希望能够为相关人员提供一些参考。
参考文献
[1]孙利明，李建中，陈渝，等.无线传感器网络[M].北京：清华大学出版社，2005.
[2]李善仓，张克.无线传感器网络原理与应用[M].北京：机械工业出版社，2008.