无线传感器网络与因特网的连接装置及连接方法

1.一种无线传感器网络与因特网的连接装置，其特征在于该装置包括汇聚节点(1)和网关节点(2)，其中，汇聚节点(1)包括第一处理器模块(11)、近距离无线通信模块(12)、第一远距离无线通信模块(13)以及第一供电模块(14)；网关节点(2)包括第二处理器模块(21)、第二远距离无线通信模块(22)、因特网接入模块(23)和第二供电模块(24)；汇聚节点(1)放置于距离无线传感器网络(3)100米范围内，通过近距离无线通信模块(12)接收由无线传感器网络(3)发来的数据，然后由第一处理器模块(11)进行协议的转换，最后通过第一远距离无线通信模块(13)发出；而网关节点(2)放置于距离因特网接入站100米的范围内，通过第二远距离无线通信模块(22)接收由汇聚节点(1)发送来的数据，由第二处理器模块(21)进行协议转换后，通过因特网接入模块(23)发送到因特网(4)上。
2.一种如权利要求1所述无线传感器网络与因特网的连接装置的连接方法，其特征在于该无线传感器网络与因特网的连接方法如下：
步骤1)明确节点的主要功能：汇聚节点的主要功能是接收无线传感器网络发来的数据，进行协议转换后，将数据转发给网关节点；网关节点的主要功能是接收由汇聚节点发来的数据，再次进行协议转换，然后发送到因特网上；两种节点都要求具有高系统可靠性和高集成度，以及实时分析与处理能力和数据传输精确性；
步骤2)节点基本架构设计：两种节点的基本架构相同，都分为三层，自底向上为：硬件平台层、嵌入式系统内核及应用程序层；
步骤3)节点模块划分：汇聚节点(1)包括第一处理器模块(11)、近距离无线通信模块(12)、第一远距离无线通信模块(13)以及第一供电模块(14)；网关节点(2)包括第二处理器模块(21)、第二远距离无线通信模块(22)、因特网接入模块(23)、第二供电模块(24)；
步骤4)处理器模块设计：汇聚节点的第一处理器模块(11)连接近距离无线通信模块和第一远距离无线通信模块，通过处理器的SPI接口连接近距离无线通信模块，并选择一个UART接口连接第一远距离无线通信模块；网关节点连接第二远距离无线通信模块和一个因特网接入模块，同样选用一个UART接口连接第二远距离无线通信模块，并用以太网接口连接因特网接入模块；
步骤5)通信模块设计：对于第一和第二远距离无线通信模块，需要在通信芯片与天线之间加一个功率放大器，同时要求有高精度的低噪声放大器，以此来提高通信质量；
步骤6)供电模块设计：供电模块为上述各个模块提供能源，针对节点的睡眠模式、发送模式、接收模式、省电模式等四种不同的工作模式，提供了相对应的能源供给方式；考虑到网关节点离因特网接入站很近，所以使用220伏交流电进行供电，因此要为它设计一个交流电供电插口；
步骤7)节点其它外围器件选取：受到节点体积的约束，其它外围器件选取小尺寸的封装，同时要给节点设计JTAG接口，用以烧录程序及在线仿真，其它器件还包括：外部存储器件和外部晶振和全向天线；
步骤8)节点功耗管理设计：节点的功耗管理主要包括了系统级功耗管理，软件代码级优化，寄存器传输优化和后端综合布线优化；
步骤9)节点可扩展性设计：节点在设计过程中，预留了接口，包括超过40个主控模块输入输出接口，以便今后的调用和扩展，便于后续产品的延续开发；
步骤10)节点抗干扰性设计：节点在高频无线通信部分设计加载滤波电容，在IC上并接高频电容，采用密集布线以减少高频噪声发射；在传播路径抑制方面，节点设计出带有滤波电路的稳定电源，在I/O口与噪声源之间加以隔离，同时，将干扰源与敏感器件分离；
步骤11)节点系统软件设计：节点的系统软件控制所有实时任务协调一致运行，系统根据任务要求，进行资源管理，消息处理，任务调度，异常处理，并分配优先级，系统根据各个任务的优先级，进行动态切换和调度；
步骤12)软件可靠性设计：节点设计中采用抑制迭加在信号通路上噪声的数字滤波和减少冗余指令的方法，采用精简指令系统，当硬件出故障时，软件能迅速感知并采取相应补救措施，对一些紧急数据或其它特殊数据，采用密文形式发送。

无线传感器网络与因特网的连接装置及连接方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种两个使用不同协议的网络之间通信的解决方法，属于嵌入式开发与计算机网络技术的交叉领域。\n背景技术\n[0002] 无线传感器网络(Wireless Sensor Network，简称WSN)是微电子技术、AdHoc无线网络、分布式计算等信息技术发展和融合的产物。它利用低成本、低功耗、可计算的无线传感器网络节点收集、处理用户感兴趣的监测对象的数据，并将收集到的数据以自组多跳的网络传输方式发送给用户。它在军事、环境监测、医疗、农业和采矿等领域有广阔的应用前景。\n[0003] 无线传感器网络节点的主要特点是微型化、低功耗、低成本。目前，真正实用化的传感器节点并不多，其中使用最广泛的传感器节点是美国国防部DARPA资助开发的Smart dust(智能尘埃)节点和Telos系列节点，以及由美国军方资助，由加州大学伯克利分校主持开发的Mote系列节点。其次，还有Crossbow公司生产的Mica系列节点。此外在国内，中科院研发的GAINS系列节点也已正式发布。\n[0004] 同时，无线传感器网络节点的这些特点在一定程度上也限制了其进一步的发展。\n当前的无线传感器网络只能实现节点与节点间的通信，还无法与传统的IP网进行通信。当然，目前已经有人提出了一些无线传感器网络与因特网之间通信的解决方案，主要有以下三种：(1)将TCP/IP协议直接作为无线传感器网络的通信协议，实现无线传感器网络与任何TCP/IP网络的无缝连接；(2)基于代理(Proxy)的框架，即在无线传感器网络与因特网之间加入一个代理服务器，它能够解释无线传感器网络发送来的数据，并转发到因特网上；\n(3)延时容忍网络(Delay Tolerant Network，DTN)，即在无线传感器网络与因特网之间加入网关，与第二种方案相似，但网关采用DTN特有的覆盖层技术来实现无线传感器网络与因特网的连接。\n[0005] 发明人在研究过程中发现，这三种方案都存在着不同的缺陷：第一种方案，由于无线传感器网络节点的内存和计算资源有限，无法运行完整的TCP/IP协议栈，虽然现在可将TCP/IP协议栈进行裁减来满足资源需求，但在其它方面也存在着大量的问题，如：TCP/IP不适于无线环境、路由算法不适合无线传感器网络、数据包头开销太大以及IP地址分配比较复杂等。第二种方案，由于无线传感器网络可能用在一些人迹罕至的地方，因此，在节点附近放置一台代理服务器就不太符合实际，而且一台无人管理、维护的代理服务器，很容易出现故障。第三种方案虽然能解决第二种方案的问题，但由于其对信道可靠性没有要求，采用机会主义的方式接收和发送数据，通信延时不可预测，同时，由于网关前端直接与传感节点进行通信，其通信距离也相当有限，因此使得网关无法离无线传感器网络太远。\n发明内容\n[0006] 技术问题：本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种无线传感器网络与因特网的连接装置及连接方法，该连接装置及连接方法能够完成远距离无线通信协议与因特网通信协议的转换，使得无线传感器网络节点采集到的数据能迅速传送到因特网上，然后传到管理中心。这种网关节点始终处于接收状态或监听状态，不会出现通信的延时。\n[0007] 技术方案：本发明对无线传感器网络中的汇聚节点进行了重新设计，使其具有更大的有效通信距离，把无线传感器网络中的数据传送到离网络区域较远的网关节点，这样便可解决网关节点不能离无线传感器网络太远的问题。以这两种节点作为中介，无线传感器网络与因特网之间的通信就变得更加顺畅，无线传感器网络的使用范围进一步扩大，实用性也得到进一步提高。\n[0008] 本发明的装置包含了两种节点：一种是既能接收无线传感器网络数据，又能进行远距离无线通信的汇聚节点；一种是用于接入因特网的网关节点。汇聚节点主要用于实现一种远距离无线通信功能。由于普通的无线传感器网络节点都采用了成本较低的近距离无线通信芯片，因此，汇聚节点除了要有这种近距离的无线通信芯片外，还需另加一个远距离的无线通信芯片来完成与网关节点的远距离无线通信。也就是说，一个汇聚节点中设计两块通信芯片，近距离的通信芯片用于接收无线传感器网络传来的数据，远距离的通信芯片则负责将数据发送到网关节点。因此，该汇聚节点应放置于距离无线传感器网络100米以内。同时，为减少对通信线路的干扰，这种汇聚节点删除了传感的功能，最大程度实现该设备的优化设计。除了两块通信芯片，当然还要选择适当的处理器。汇聚节点的处理器主要解决近距离无线通信与远距离无线通信的两种通信协议的转换，由于这两种都是无线通信，协议相对较简单，因此结合节点成本考虑，可以选择8位或16位的处理器。\n[0009] 网关节点的主要功能就是接入因特网。网关节点的一端是专门与汇聚节点通信，用于接收汇聚节点发来的数据，因此它也必须有一块远距离通信芯片。除此之外，由于网关节点的主要功能是接入因特网，它还必须有一个因特网接入网口。对网关节点的处理器的选择，要求相对比较高，因为它要实现的是无线传输协议与因特网通信协议之间的转换，而因特网通信协议，即TCP/IP是相当复杂的，而且占用的内存空间也比较大，因此网关节点处理器必须选择32位且带有以太网接口的处理器。同时，网关节点通过远距离无线传输协议每次接收的数据有限，而通过TCP/IP协议发送到因特网的数据量却很大，因此还需要一个容量较大的数据存储器。当数据存储器内的数据量达到TCP/IP协议规定的发送数据量时，网关节点才将数据发送到因特网中。当然，对于一些特殊数据也可以立即发送。\n[0010] 两种节点的实现步骤如下：\n[0011] 步骤1)明确节点的主要功能。汇聚节点的主要功能是：接收无线传感器网络发来的数据，进行协议转换后，将数据转发给网关节点。网关节点的主要功能是接收由汇聚节点发来的数据，再次进行协议转换，然后发送到因特网上。两种节点都要求具有高系统可靠性和高集成度，较好的实时分析与处理能力，数据传输精确性；\n[0012] 步骤2)节点基本架构设计。两种节点的基本架构相同，都分为三层，自底向上为：\n硬件平台层、嵌入式系统内核及应用程序层；\n[0013] 步骤3)节点模块划分。汇聚节点主要由四个模块组成：处理器模块、近距离无线通信模块、远距离无线通信模块以及供电模块；网关节点也由四个模块组成：处理器模块、远距离无线通信模块、因特网接入模块及供电模块；\n[0014] 步骤4)处理器模块设计。汇聚节点的处理器模块主要连接两个无线通信模块，可以通过处理器的SPI接口连接近距离无线通信模块，并选择一个UART接口连接远距离无线通信模块。网关节点主要连接一个远距离无线通信模块和一个因特网接入模块，同样可以选用一个UART接口连接远距离无线通信模块，并用以太网接口连接因特网接入模块；\n[0015] 步骤5)通信模块设计。高频无线通信模块一般包括低噪声放大器、混频器、滤波电路、分频器、调制解调器、鉴相器、低通滤波器等。对于远距离无线通信模块，一般在通信芯片与天线之间加一个功率放大器，同时要求有精度更高的低噪声放大器，以此来提高通信质量；\n[0016] 步骤6)供电模块设计。供电模块为上述各个模块提供能源，针对节点的睡眠模式、发送模式、接收模式、省电模式等四种不同的工作模式，提供了相对应的能源供给方式。\n考虑到网关节点可能离因特网接入站很近，可以用220伏交流电进行供电，因此要为它设计一个交流电供电插口；\n[0017] 步骤7)节点其它外围器件选取。受到节点体积的约束，其它外围器件选取尽量小的封装(一般是0603型贴片式封装)。同时要给节点设计JTAG接口，用以烧录程序及在线仿真。其它器件还包括：外部存储器件、外部晶振、全向天线等；\n[0018] 步骤8)节点功耗管理设计。节点的功耗管理主要包括了系统级功耗管理，软件代码级优化，寄存器传输优化和后端综合布线优化；\n[0019] 步骤9)节点可扩展性设计。节点在设计过程中，预留了充分的接口，包括超过40个主控模块输入输出接口，以便今后的调用和扩展，便于后续产品的延续开发；\n[0020] 步骤10)节点抗干扰性设计。节点在高频无线通信部分设计加载滤波电容，在IC上并接高频电容，采用密集布线以减少高频噪声发射；在传播路径抑制方面，节点设计出带有滤波电路的稳定电源，在I/O口与噪声源之间加以隔离，同时，将干扰源与敏感器件分离；\n[0021] 步骤11)节点系统软件设计。节点的系统软件控制所有实时任务协调一致运行，系统根据任务要求，进行资源管理，消息处理，任务调度，异常处理，并分配优先级，系统根据各个任务的优先级，进行动态切换和调度；\n[0022] 步骤12)软件可靠性设计。节点设计中采用抑制迭加在信号通路上噪声的数字滤波和减少冗余指令的方法，采用精简指令系统，当硬件出故障时，软件能迅速感知并采取相应补救措施，对一些紧急数据或其它特殊数据，可采用密文形式发送。\n[0023] 有益效果：本发明与现有的一些连接无线传感器网络与因特网的技术相比有如下几个优点：\n[0024] (1)只需要一个网关节点便解决无线通信协议与TCP/IP协议的转换问题，控制成本降低。解决无线传感器网络与因特网之间的通信问题，关键就是解决通信协议的转换问题。TCP/IP协议比较复杂，一般传感器节点使用的8位处理器根本无法实现该协议。就算把协议裁减到8位处理器能处理的程度，也会出现内存不够用、IP地址分配复杂等现象。因此，就必须使用32位处理器。但如果让所有的节点都采用32位处理器，显然会大大增加传感器节点的成本，对于需要大范围应用传感器的用户来说就不太现实。因此我们就采用一个汇聚节点和一个网关节点作为中介，经过两次协议转换来实现无线传感器网络与因特网的通信。也就是说在成本上只增加了一个网关节点的成本和一个汇聚节点的远距离无线通信模块的成本，这对于整个无线传感器网络的成本来说应该是可以接受的。同时，因为只有一个网关节点，所以也只需给整个无线传感器网络分配一个IP地址。\n[0025] (2)实现了无线传感器网络与网关节点的远距离无线通信。无线传感器网络内部使用的都是短距离的无线通信协议，如果直接让网关节点与无线传感器网络内部节点通信，那么网关节点就不可能离无线传感器网络很远。这可能导致网关节点离因特网接入站点太远而无法连接到因特网上，或者虽然能连到因特网，但需要布设很长的网线，这样既增加了成本，而且传输线路也容易被损坏。现在在无线传感器网络附近增加一个汇聚节点，它一方面能与无线传感器网络进行近距离的通信，一方面也能与网关节点进行远距离的通信。由汇聚节点做中介，网关节点就可以远离无线传感器网络，这也使得无线传感器网络的应用范围进一步扩大。\n[0026] (3)网关节点长期处于接收模式或信道监听模式，使得数据的传输不会被延迟。网关节点的主要功能就是实现无线通信协议到TCP/IP协议的转换，即通过远距离无线通信芯片接收由汇聚节点发来的数据，然后将数据打包成符合TCP/IP协议的格式发送到因特网上。由于网关节点的无线通信模块没有发送数据的需求，因此它可以一直处于接收模式或信道监听模式，一有数据发过来就可以接收，这样就不存在数据的延时问题。\n附图说明\n[0027] 图1是无线传感器网络与因特网连接的示意图；\n[0028] 图2是本发明所述汇聚节点的简化结构图；\n[0029] 以上的图中有：汇聚节点1，第一处理器模块11、近距离无线通信模块12、第一远距离无线通信模块13、以及第一供电模块14；网关节点2，第二处理器模块21、第二远距离无线通信模块22、因特网接入模块23、第二供电模块24。\n[0030] 图3是本发明所述网关节点的简化结构图；\n[0031] 图4是本发明所述方法的流程图。\n具体实施方式\n[0032] 本发明包括两种节点的设计，分别是汇聚节点的设计和网关节点的设计。这两种节点都由四个主要模块构成，汇聚节点的构成模块包括：处理器模块、近距离无线通信模块、远距离无线通信模块以及供电模块。网关节点除了同样包括处理器模块、远距离无线通信模块和供电模块外，还有一个因特网接入模块。汇聚节点一般放置于距离无线传感器网络100米范围内，通过近距离无线通信模块接收由无线传感器网络发来的数据，然后由处理器进行协议的转换，最后通过远距离无线通信模块发出。而网关节点一般放置于距离因特网接入站100米的范围内，通过远距离无线通信模块接收由汇聚节点发送来的数据，也由处理器进行协议转换后，通过因特网接入模块发送到因特网上。\n[0033] 汇聚节点1的处理器模块11由于完成的功能相对简单，因此，从节省成本考虑，可以采用8位处理器，如：ATMEL公司生产的ATmega128L单片机就是一款相当适合的处理器。\n网关节点的处理器由于需要进行协议转换，功能相对复杂，因此应该选用32位处理器，同样由ATMEL公司生产的AT32AP7000单片机就可以应用在网关节点中。同时由于32位处理器已经包含了以太网接口，因此在因特网接入模块只需要设计一个插口便可。汇聚节点的近距离通信模块主要用于跟无线传感器网络进行通信，通信距离较近，可采用Chipcon公司生产的CC2420通信芯片，该芯片工作在2.4GHzISM免费频段，是一款短距离通信的低功耗芯片。两种节点的远距离通信模块均可采用Chipcon公司生产的CC1020通信芯片，该芯片可工作在433/868/915MHz频段，通信的最远距离可达1000米以上，适合两种节点的远距离通信。由于两种节点都采用了低功耗元件，因此只要用两节5号电池便可对它们供电。\n[0034] 本发明采用软硬件协同设计的方法，即在硬件设计的同时，运用相关仿真软件对部分程序进行调试运行，这样便可以缩短开发周期。下面将结合附图对本发明作详细描述。\n应当明确，以下内容仅仅用来描述本发明而不作为对本发明的限制。\n[0035] 汇聚节点和网关节点的具体设计方法和开发步骤为：\n[0036] 步骤1)在对无线传感器网络和因特网各自的数据传输方式进行深入研究的基础上，明确这种因特网接入装置所要解决的主要问题，即协议的转换和数据包格式的转变。从而确定两种节点的主要功能，减少一些不必要的功能，以优化节点性能。汇聚节点的主要功能是：接收无线传感器网络发来的数据，进行协议转换后，将数据转发给网关节点。网关节点的主要功能是接收由汇聚节点发来的数据，再次进行协议转换，然后发送到因特网上。因此，这两种节点都可以删除传感功能。同时两种节点都要求具有高系统可靠性和高集成度，较好的实时分析与处理能力，数据传输精确性。\n[0037] 步骤2)节点基本架构设计。两种节点的基本构架相同，都遵循了一般嵌入式产品的基本模式，同时，基于实际应用的需要，在各个层面上都有所扩展。总体上分为三层，自底向上为：硬件平台层、嵌入式系统内核及应用程序层。\n[0038] (1)硬件平台层。硬件平台是整个节点的底层平台与硬件基础。包括了节点所有的硬件模块组成与系统底层调用的集合。将节点的各个组成模块进行综合并协调工作。同时，定义了节点的总线单元，中断系统及工作模式等。\n[0039] (2)嵌入式系统内核。嵌入式系统内核工作在底层硬件平台与上层应用程序之间，完成各个硬件设备的驱动，提供软硬件系统调用的方式方法，同时为应用层开发提供接口服务，使上层应用程序的开发可以完全屏蔽底层硬件平台。系统内核基于实时操作系统的管理调度策略，同时针对传感器节点的特殊需要，改进了中断控制策略，进程调度策略以及存储管理策略。\n[0040] (3)应用程序层。应用系统层为用户提供了面向应用的系统控制方式与工作方法。用户可以根据各自不同的应用需求，开发不同应用程序来完成节点的启动、运行、状态迁移、信息处理、信号传输、能耗预警及程序下载等一系列应用功能。\n[0041] 步骤3)节点模块划分。根据两种节点的不同功能需求，可将各节点的模块划分如下。汇聚节点主要由四个模块组成：处理器模块、近距离无线通信模块、远距离无线通信模块以及供电模块，各模块间的连接关系如图2所示。网关节点也由四个模块组成：处理器模块、远距离无线通信模块、因特网接入模块及供电模块，各模块间的连接关系如图3所示。\n[0042] 步骤4)处理器模块设计。首先要选择合适的处理器，因为汇聚节点的功能主要是进行近距离无线传输协议到远距离无线传输协议的转换，复杂性较低，因此从控制成本角度考虑，应该选择8位或16位微处理器。而网关节点要完成远距离无线传输协议到因特网传输协议的转换，复杂度较高，因此必须选用价格较高的带有以太网接口的32位处理器。\n[0043] 汇聚节点的处理器模块主要连接两个无线通信模块，可以通过处理器的SPI接口连接近距离无线通信模块，并选择一个UART接口连接远距离无线通信模块。网关节点主要连接一个远距离无线通信模块和一个因特网接入模块，同样可以选用一个UART接口连接远距离无线通信模块，并用以太网接口连接因特网接入模块。两种节点的其它未被用到的引脚均可以引出，以用于后期延续产品的功能扩展。\n[0044] 步骤5)通信模块设计。高频无线通信模块一般包括低噪声放大器、混频器、滤波电路、分频器、调制解调器、鉴相器、低通滤波器等。对于汇聚节点的远距离无线通信模块，一般在通信芯片与天线之间加一个功率放大器，同时对于网关节点，要求有灵敏度更高的低噪声放大器，以此来提高两个节点间的通信质量。由于汇聚节点拥有两块无线通信芯片，因此在设计时要考虑到如何减少它们相互间的干扰。首先在频段的选择上必须让它们工作在不同的频段；其次，在电路板布线时将它们的走线分布于不同的层面；最后，在软件设计上可让这两块通信芯片工作于不同的时间段。\n[0045] 步骤6)供电模块设计。供电模块为上述各个模块提供能源，针对节点的睡眠模式、发送模式、接收模式、省电模式等四种不同的工作模式，提供了相对应的能源供给方式。\n由于汇聚节点只能采用电池供电，所以必须设计一种较为精确的电源预警电路，可以完成对于自身供电电压的实时监控。考虑到网关节点可能离因特网接入站很近，可以用220伏交流电进行供电，因此除了要有电池供电电路外，还要为它设计一个交流电供电插口。\n[0046] 步骤7)节点其它外围器件选取。由于受到节点体积的约束，其它外围器件选取尽量小的封装(一般是0603型贴片式封装)。同时要给节点设计JTAG接口，用以烧录程序及在线仿真。其它器件还包括：外部存储器件、外部晶振、全向天线等。\n[0047] 步骤8)节点功耗管理设计。通过实验我们可以测得，无线传感器网络节点的无线通信模块是整个节点的所有模块中耗电量最大的模块，而汇聚节点和网关节点的主要功能就是进行无线接收与发送，因此必须为这两种节点设计有效的功耗管理机制。本发明的功耗管理主要包括了系统级功耗管理，软件代码级优化，寄存器传输优化和后端综合布线优化。系统级功耗管理将在节点没有操作的时候，使之进入睡眠状态，在预设时间来临的时候，产生中断唤醒；软件代码级优化，即节点采用了良好的编码风格，减少冗余编码，优化后的代码节省了CPU处理时间，使功耗大为降低；在寄存器传输方面，本发明采用了硬件结构优化和系统流水线处理并行的优化策略，同时降低寄存器电容的片内存储器模块划分，降低活动因子的信号门控，减少毛刺的传播速度等，以此使寄存器传输功耗大为降低；在后端综合布线方面，本发明采用了优化电路，减少操作，修改信号相关关系等方式，进一步减少了综合毛刺的产生概率。\n[0048] 步骤9)节点可扩展性设计。随着集成电路和嵌入式技术的飞速发展，本发明也必将不断地改进和完善。因此，在节点设计过程中，预留了充分的接口，包括超过40个的主控模块输入输出接口，以便今后的调用和扩展，便于后续产品的延续开发。\n[0049] 步骤10)节点抗干扰性设计。由于两种节点都具有高频无线通信模块，且节点体积较小，布线较密，因此对节点的抗干扰设计要求较高。本发明在节点的高频无线通信部分设计加载滤波电容，在IC上并接高频电容，采用密集布线以减少高频噪声发射；在传播路径抑制方面，节点设计出带有滤波电路的稳定电源，在I/O口与噪声源之间加以隔离，同时，将干扰源与敏感器件分离。\n[0050] 步骤11)节点系统软件设计。节点的系统软件控制所有实时任务协调一致运行，系统根据任务要求，进行资源管理，消息处理，任务调度，异常处理，并分配优先级，系统根据各个任务的优先级，进行动态切换和调度。图4描述了节点的主要工作流程。\n[0051] 步骤12)软件可靠性设计。本发明中的软件可靠性设计主要包括了抗干扰设计和容错设计。软件抗干扰设计是硬件抗干扰设计的辅助方法。本发明中，采用抑制迭加在信号通路上噪声的数字滤波和减少冗余指令的方法，采用精简指令系统。当硬件出故障时，软件能迅速感知并采取相应补救措施。对一些特殊数据，可采用密文形式发送。