Khi chọn các bộ phận phần cứng cho nút cảm biến không dây, rõ ràng là các yêu cầu của ứng dụng đóng vai trò quyết định với mối quan tâm chủ yếu về kích thƣớc, giá thành và tiêu thụ năng lƣợng của các nút – giao tiếp và các phƣơng tiện tính toán thƣờng đƣợc quan tâm để có chất lƣợng chấp nhận đƣợc, nhƣng thoả hiệp giữa các đặc điểm và chi phí phải là cốt yếu. Trong một số trƣờng hợp đặc biệt, toàn bộ nút cảm biến phải nhỏ hơn 1 cc, nhẹ hơn 100 g, rẻ hơn 1 USD và sử dụng ít hơn 100 W, thậm chí có những trƣờng hợp kích thƣớc thu gọn chỉ bằng hạt bụi. Trong nhiều ứng dụng thực tế, kích thƣớc của nút nhỏ không quan trọng mà sự thuận tiện, nguồn cấp đơn giản và chi phí đóng vai trò quan trọng hơn.
Tuy đa dạng nhƣ vậy nhƣng xu hƣớng chung vẫn là tập trung vào nền tảng phần cứng của các nút cảm biến không dây. Trong khi đƣơng nhiên là không tồn tại sẵn một chuẩn để sử dụng cũng nhƣ không tồn tại chuẩn có thể hỗ trợ cho tất cả các loại ứng dụng nên phần này sẽ đƣa ra cái nhìn tổng quát về các kiến trúc nút cảm biến điển hình. Ngoài ra còn có một số nghiên cứu tập trung vào việc rút ngắn các bộ phận về mặt kích thƣớc, tiêu thụ năng lƣợng hay giá thành.
42
Bộ điều khiển:Bộ điều khiển xử lý tất cả dữ liệu có liên quan theo mã nhị phân.
Bộ nhớ:Thông thƣờng, bộ nhớ đƣợc dùng để lƣu giữ chƣơng trình và dữ liệu.
Cảm biến và cơ cấu chấp hành: Đây là giao diện với môi trƣờng vật lý. Các thiết bị này có thể quan sát hoặc giám sát các thông số vật lý của môi trƣờng.
Thiết bị truyền thông: Các nút trong mạng đòi hỏi một thiết bị để gửi và nhận thông tin qua kênh vô tuyến.
Nguồn cấp:Thông thƣờng, không có sẵn nguồn cấp điện nên cần phải có pin để cung cấp năng lƣợng, thậm chí cả pin có thể xạc từ môi trƣờng (pin mặt trời).
Hình 2.1.Cấu trúc phần cứng của nút cảm biến
Mỗi bộ phận này phải hoạt động sao cho đảm bảo lƣợng tiêu thụ năng lƣợng là ít nhất có thể, đồng thời phải hoàn thành tất cả các nhiệm vụ đặt ra. Ví dụ, cả hai thiết bị truyền thông và bộ điều khiển nên đƣợc tắt càng lâu càng tốt. Muốn thức dậy (wakeup), bộ điều khiển có thể sử dụng một bộ đếm thời gian đƣợc lập trình trƣớc để kích hoạt lại. Ngoài ra, các cảm biến có thể đƣợc lập trình để tạongắt khi một sự kiện đƣợc xảy ra –ví dụ nhƣ khi giá trị nhiệt độ vƣợt quá một ngƣỡng nhất định hoặc thiết bị giao tiếp phát hiện có thông tin đến.
Để hỗ trợ chức năng cảnh báo nhƣ vậy, yêu cầu phải có kết nối phù hợp giữa các bộ phận riêng rẽ. Hơn nữa, cả thông tin dữ liệu và điều khiển đều phải đƣợc trao đổi qua các kết nối này. Kết nối này có thể rất đơn giản, ví dụ, một cảm biến có thể gửi giá trị tƣơng tự đến bộ điều khiển; hoặc phức tạp hơn là tiền xử lý dữ liệu cảm biến và chỉ đánh thức bộ điều khiển chính khi một sự kiện đƣợc phát hiện - ví dụ, phát hiện ngƣỡng qua cho một cảm biến nhiệt độ đơn giản. Tiền xử lý của nút cảm biến phải đảm bảo tính đơn giản và hiệu quả năng lƣợng đƣợc cải thiện.