基于ZigBee无线传感网络技术的污染气体监测系统

3．3 电源模块
作为环境监测的无线传感器网络的应用，节点需要在无人看守的情况下工作，能量供应是系统持续工作的重要保证，本设计采用市面上最常用的锂电池作为电源，可充电的锂离子电池的额定电压为3．6 V。锂离子电池的放电曲线平坦，可以保证无线收发模块在正常工作时具有更好的线性特性。Linear Technology公司的LTC3440是一种高效率、固定频率、降压一升压型DC／DC转换器，能够用单个电感器调节输出电压，使其高于、低于或等于输入电源电压。其输入和输出电压范围均为2．5～5．5 V。LTC3440在所有工作模式下都具备连续输送功能，非常适用于延长单节锂电池、多节碱性或镍氢电池的工作时间，在这些电池中，输入电压随着电池放电而下降。锂离子电池在3．3 V左右放电时间较长，能更大限度提高电源效率，延长电池寿命。

无线收发模块需要外部提供3．3 V的电压，数据采集模块需要5 V直流电压，采用LTC3440芯片可以将输入的电池电压转换为3．3 V，5 V，图3是将电源电压转换成3．3 V电压，转换成5 V电压只需要改变电阻、电容值就可以。

4 无线收发模块仿真
无线收发模块负责节点间的数据传输及组网功能，利用NS2网络仿真软件对ADHOC自组织网络进行仿真。NS2(Network Simulator vers ion 2)是一种面向对象的网络仿真器，本质上是一个离散事件模拟器。为了分析仿真结果，NS2提供了两种基本数据追踪能力跟踪和监视。跟踪生成“．nam”和“．tr”文件。能够将每个数据包在任何时刻的状态保存到指定文件中，记录包在队列或链路中丢弃、到达、离开等；监视用户有选择地记录自己需要的数据，利用Gawk，Gnuplot等工具统计发送包、接收包及丢弃包等结果进行分析。本文的MAC类型采用EEE80 2．15．4协议，路由采用DSR协议。20个节点，分布在300×300 m的正方形区域中，每个节点随机随机分布，仿真时间为60 s，pause time设为60 s，也就是在仿真这段时间里没有mobility，流量是设置为cbr流，速率为1．0 b／s，最大联机数目为6个，每一条数据流每秒送出5个封包(可以根据需要对设置进行修改)。利用setdest、cbrgen工具来完成所需的场景设置。图4为．nam的动画模拟图像。

5 结果分析
仿真过程中同时生成一个仿真过程记录文件out．tr，是分析仿真过程的重要依据。以下是其中的一个片段：

标号为9的节点在7．918327669秒时发送一个cbr分组，该分组的UID为32，长度36，目标接点的MAC地址为9，原节点的MAC地址为0，IP头的源地址为7节点的2号端口，目的地址为9号节点的0端口，分组的TTL(Time To Live)值为32。
编写．awk文件，用于从跟踪文件中统计MAC层cbr包的丢包和延迟信息。得到数据如下：
Toral packet sends：737
Total packet receives：736
Packet delivery fraction：99．8643
以上数据说明发送737个包，接受到736个，丢包率为99．8643 ％，丢包率还是比较小的，这主要由WSNs的网络拥塞引起的。
Average End_to_End delay：0．003912 s
first packet received time：2．582152 s
图5仿真实验封包传输延迟图。

从图中可以看出延迟比较小，平均延迟只有3．912 ms，第一个包的接收时间为2．582 152 s，这主要是由于刚运行时查找路径表引起的。
当将分布区域变为600 m×600 m时，得到如下数据：
Total packet sends：740
Total packet receives：648
Packet delivery fraction：87．5676
Average End_to_End delay：0．017172 s
first packet received time：2．802245 s
MAC层cbr封包的传输延迟图如图6所示。
当将分布区域变为1 000 m×1 000 m时，得到如下数据：
Total packet sends：755
Total packet receives：379
Packet delivery fraction：50．1987
Average End_to_End delay：0．076575 s
first packet received time：2．762081 s
MAC层cbr封包的传输延迟图如图7所示。

将3种情况分析对比可以看出，封包的丢失率和cbr流的传输延迟时间与无线传感器网络的分布范围有关，也就是和节点间的传输距离有关。在节点数不变和其他各种设置条件不变的情况下，网络范围越广，节点问的距离越长，封包的丢失率越大，cbr流的传输延迟时间也越长。

6 结语
由于无线传感器网络的丢包率低，延迟时间短等特点，可以使人们在任何时间、地点和条件下，都能获取大量详实、可靠的信息。使得其在军事、农业、环境、医疗等领域都有广泛的应用。对于长距离节点间的数据传输，减少丢包率这方面还有待研究和改善。