无线传感器网络的定位算法分析与改进
NO：桂林航天工业学院
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题目：无线传感器网络的定位算法分析与改进专业：
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20 年 5 月30 日
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桂林航天工业学院
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题目：无线传感器网络的定位算法分析与改进专业：
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电子工程系
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摘要
无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的微型传感器节点(以下称节点)组成,通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络系统，从而协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。无线传感器网络自身特性决定了其在环境监测、军事、高危险领域中有着广泛的应用前景。
在无线传感器网络中，节点的位置信息对传感器网络的监测活动至关重要，事件发生的位置和获取信息的节点位置是传感器节点监测消息中所包含的重要信息，没有位置的监测消息变得毫无意义。因此对无线传感器网络节点定位算法的研究具有重大的理论意义和实际意义。
本文着重研究无线传感器网络中节点自定位经典算法DV-Hop(distance vector—hop)算法，针对DV-Ho p算法在未知节点到信标节点距离计算中的不足，在分析信标节点间估计距离与真实距离误差的基础上，提出了改进算法。改进算法修正了网络平均每跳距离与未知节点估计坐标的区域范围。
本文模拟实现了原算法和改进算法。仿真结果表明，在相同的网络环境下，改进算法的定位误差减小，定位精度得到明显提高。
关键词无线传感器网络距离矢量一跳段算法改进算法
ABSTRACT
Wireless sensor network，consisting of numerous micro．Sensor nodes(hereinafter nodes) deployed in the monitoring region, is a self-organizing multi—hop network system which is formed through wireless communication. The nodes collaborate with each other to perceive，collect and process the information of the perception object in the network coverage areas and send it to the observer. The wireless sensor network, according to its own characteristics, has a wide range of application prospect in environmental monitoring, military and high-risk areas．
In the wireless sensor network, the nodes’ location information is essential to the sensor network monitoring activity. The position an incide nt occurred and the nodes’ location information we accessed are critical information contained in the sensor node monitoring messages which will become meaningless without nodes’ location information．Therefore，the research on the node location algorithm of the wireless sensor network is of great theoretical and practical significance．
This thesis focuses on the DV-Hop(distance vector-hop) localization algorithm in Wireless Sensor Networks,to overcome the disadvantage of DV—Hop algorithm when it was used to compute the distance of unknown nodes and beacon nodes，worked out an improved algorithm which was based on analyzing the error between estimated distance and real distance of beacon nodes．The improved algorithm revised the average distance of each hop in networks and the area range of estimated coordinate of unknown nodes.
This thesis has simulated the original DV-Hop algorithm and improved algorithm. Results of the simulation show that the improved algorithm has a better performance than the original algorithm in localization accuracy and localization error at the same network environment．
KEY WORDS: Wireless sensor network Location DV-Hop algorithm
目录
引言 (1)
第1章无线传感器网络概述 (3)
1.1 无线传感器网络体系结构 (3)
1.1.1 无线传感器网络结构 (3)
1.1.2 传感器节点结构 (3)
1.2 无线传感器网络的特征 (4)
1.2.1 无线传感器节点的限制 (4)
1.2.2 无线传感器网络的特点 (6)
第2章无线传感器网络定位理论 (8)
2.1 无线传感器节点定位基本概念和术语 (8)
2.1.1 基本概念 (8)
2.1.2 基本术语 (8)
2.2 无线传感器网络定位技术 (9)
2.2.1 三边测量法 (9)
2.2.2 三角测量法 (10)
2.2.3 极大似然估计法 (11)
2.2.4质心算法 (12)
2.2.5 DV-hop算法 (12)
2.2.6 APIT定位算法 (13)
2.2.7 APIS算法 (14)
2.3 节点定位算法的性能评价指标 (15)
第3章基于DV-Hop节点定位算法的分析与改进 (17)
3.1 DV-Hop节点自定位算法 (17)
3.1.1 DV-Hop算法的定位过程 (17)
3.1.2 DV-Hop定位举例 (18)
3.2 DV-Hop节点自定位算法的优缺点 (18)
3.3 DV-Hop节点自定位算法的改进 (19)
第4章仿真实验结果与分析 (22)
4.1 DV-Hop定位算法仿真结果与分析 (22)
4.2 改进的DV-Hop定位算法仿真结果与分析 (24)
4.3 DV-Hop定位算法与改进算法的对比分析 (26)
第5章总结 (28)
致谢 (29)
参考文献 (30)
附录 (31)
引言
无线传感器网络(wireless sensor network，WSN)就是由部署在检测区域内大量的微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织系统，其目的是协作的感知、采集和处理网络覆盖区域内感知对象的信息，并发送给观察者。人们可以通过传感器网络直接感知客观世界，从而极大地扩展现有网络的功能和人类认识世界的能力。无线传感器网络具有十分广阔的应用前景，能应用于军事国防、制造业、城市管理、医疗卫生、环境监测、抢险救灾、危险区域远程控制等诸多领域。传感器网络、塑料电子学和仿生人体器官被称为全球未来的三大高科技产业。
20世纪90年代末，无线传感器网络的研究开始得到关注，21世纪初，学术界，军事领域和工业领域相继开始了无线传感器网络的研究工作。美国自然科学基金委员会2003年制定了无线传感器网络研究计划，在加州大学洛杉矶分校成立了无线传感器网络研究中心，联合周边大学展开了“嵌入式智能传感器”的研究项目，以求利用无线传感器网络对我们生活的物理世界实现全方位的测试和控制，支持相关基础理论的研究。我国中科院上海微系统研究所、沈阳自动化所、软件研究所、计算所、电子所、自动化所和合肥智能技术研究所等科研机构，哈尔滨工业大学、清华大学、北京邮电大学和国防科技大学等高校在国内较早开展了无线传感器网络的研究。
在传感器网络中，位置信息对传感器网络的监测活动至关重要，事件发生的位置或获取信息的节点位置是传感器节点监测消息中所包含的重要信息，没有位置信息的监测消息往往毫无意义。如战场侦察、生态环境监测、地震洪水火灾等现场的监控等应用中，都需要知道传感节点的位置信息，从而获知信息来源的准确位置。确定事件发生的位置或获取消息的节点位置是传感器网络最基本的功能之一，对传感器网络应用的有效性起着关键的作用。
无线传感器网络节点一般是随机布放的，无法事先确定节点的位置。节点只有在布放后确定自身位置，从而为监测或感知提供正确的位置信息。节点位置信息除了提供事件发生地点信息外还可用于目标跟踪，实时监视目标的行动路线，预测目标的前进轨迹等。
无线传感器研究和应用的不断深入使得自身定位技术必须得到解决。全球定位系统GPS是目前应用最广泛最成熟的定位系统，通过卫星的授时和测距对用户节点进行定位，具有定位精度高、实时性好、抗干扰能力强等优点，但是GPS定位只适用于无遮挡的室外环境，用户节点通常能耗高体积大，成本也比较高，需要固定的基础设施等，这使得它不适用于低成本自组织的传感器网络。在机器人
领域中，机器人节点的移动性和自组织等特性，使其定位技术与传感器网络的定位技术具有一定的相似性，但是机器人节点通常携带充足的能量供应和精确的测距设备，系统中机器人节点的数量很少，所以这些机器人定位算法也不适用于传感器网络。在传感器网络中，传感器节点能量有限、可靠性差、节点规模大且随机布放、无线模块的通信距离有限，对定位技术和定位算法提出了很高的要求。这就需要传感器网络的自身定位算法具备以下特点：
1.自组织性：传感器网络的节点随机分布，不能依靠全局的基础设施协助定位。
2.健壮性：传感器节点的硬件配置低、能量少、可靠性差、测量距离时会产生误差，算法必须具有较好的容错性。
3.能量高效：尽可能地减少算法中计算的复杂性，减少节点间的通信开销。以尽量延长网络的生存周期。通信开销是传感器网络的主要能量开销。
4.分布式计算：每个节点计算自身位置，不能将所有信息传送到某个节点进行集中计算。
第1章无线传感器网络概述
1.1 无线传感器网络体系结构
1.1.1 无线传感器网络结构
传感器网络系统通常包括传感器节点、汇聚节点和管理节点。大量传感器节点随机部署在监测区域内部或附近，能够通过自组织方式构成网络。传感器节点监测的数据沿着其它传感器节点逐跳地进行传输，在传输过程中监测数据可能被多个节点处理，经过多跳后路由到汇聚节点，最后通过互联网或卫星到达管理节点。用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理，发布监测任务以及收集监测数据。无线传感器网络结构[1]如图1-1所示。
图1-1 无线传感器网络体系结构
传感器节点通常是一个微型的嵌入式系统，它的处理能力、存储能力和通信能力相对较弱，通过携带能量有限的电池供电。从网络功能上看，每个传感器节点兼顾传统网络节点的终端和路由器双重功能，除了进行本地信息收集和数据处理外，还要对其它节点转发来的数据进行存储、管理和融合等处理，同时与其他节点协作完成一些特定任务。
汇聚节点的处理能力、存储能力和通信能力相对比较强。它连接传感器网络与Internet等外部网络，实现两种协议栈之问的通信协议转换，同时发布管理节点的监测任务，并把收集的数据转发到外部网络上。汇聚节点既可以是一个具有增强功能的传感器节点，有足够的能量供给和更多的内存与计算资源，也可以是没有监测功能仅带有无线通信接口的特殊网关设备。
1.1.2 传感器节点结构[1]
在不同的具体应用中，无线传感器网络节点的组成不尽相同，但一般都会由传感器模块、无线通信模块、能量供应模块和处理器模块四部分组成。如图1-2所示。
图1-2 传感器节点体系结构
传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换；处理器模块负责控制整个传感器节点的操作，存储和处理本身采集的数据信息以及其它节点发来的数据；无线通信模块负责与其它传感器节点进行无线通信，交换控制消息和收发采集数据；能量供应模块为传感器节点提供运行所需的能量，通常采用微型电池来提供能量。
1.2 无线传感器网络的特征
1.2.1 无线传感器节点的限制
无线传感器网络节点在实现各种网络协议和应用系统时，存在以下一些实现约束：
1.电源能量有限
由于传感器节点的体积十分微小，所携带的电池的能量十分有限：传感器节点个数众多，成本要求低廉，分布区域广泛，而且通常情况下部署在环境复杂，有些时候甚至部署在人员无法到达的地带，所以通过更换电池的方式来给传感器节点补充能量是不实际的。传感器节点消耗能量的模块包括处理器模块、无线通信模块和传感器模块。而随着集成电路工艺的发展，处理器模块和传感器模块的功耗变得很低，而绝大部分能量的消耗在无线通信模块。图1-3是Deborall Estrin 在Mobicom2002会议上的报告(Wireless Sensor Networks, part Ⅳ: Sensor NetwOrks Protocols) 中所述传感器节点各个部分能量消耗的情况，从图中的描述可知传感器节点的无线通信模块消耗了绝大部分的能量。传感器节点传输信息流是要比执行计算时消耗更多的电能，例如将l比特信息传输100m距离需要的能量大约可以执行3000条计算指令[1]。
图1-3 无线传感器网络节点能量消耗
无线通信模块有发送、接收、空闲和睡眠四种状态。无线通信模块在空闲状态下一直监听无线信道的使用情况，检查是否有数据发送给自己，而在睡眠状态则关闭无线通信模块。从图1-3中可以看到，无线通信模块在发送状态是能量消耗最大，在空闲状态和接收状态的能量相差无几，略少于发送状态时的能量消耗，睡眠状态的能量消耗是最少的。如何让网络通信更加有效率，减少不必要的转发和接收，不需要通信时尽可能快的进入睡眠状态，是无线传感器网络协议设计需要重点考虑的问题。
2.计算能力和存储能力有限
传感器节点是种微型嵌入式设备，要求它价格低功率小，而这些限制必然导致其所携带存储器容量小，处理器能力比较弱。所以为了完成各种任务，传感器节点需要完成监测数据的采集和转换，数据的管理和处理、应答汇集节点的任务请求和节点控制等工作。随着低功耗电路和系统设计技术的提高，目前已开发出很多超低功耗的微处理器。现在的处理器除了降低处理器的绝对功耗外，还支持动态频率调节和模块化供电功能。利用这些处理器的特性，传感器节点的操作系统设计了动态电压调节(DVS)和动态能量管理模块(DPM)模块，可以更加高效地利用传感器节点的各种资源。动态电压调节是当计算负载较低时，通过降低微处理器的工作频率和工作电压来调低处理能力，从而节约微处理器的能耗，很多处理器如StrongAIW都支持电压频率调节；动态能量管理是当节点周围没有网络感兴趣的事情发生时，部分模块处于空闲状态，而把这些组件关闭或调到更低能耗的休眠状态。
3.通信能力有限
无线通信的能量消耗与通信距离的关系为式(1-1)：
式(1-1) 其中，E为消耗的能量，d为通信距离，k为系数，参数n满足2 通常将n取值3，即通信耗能与距离的三次方成正比。随着通信距离的增加，能耗也将急剧增加。因此在满足通信连通度的前提情况下应尽可能的减少单跳通信距离[2]。 考虑到传感器节点的能量限制和网络的覆盖区域大，无线传感器网络采用多跳路由的传输机制。传感器节点的无线通信带宽有限，一般只有几百kbps的速率。由于受节点能量的变化，受建筑物、障碍物、高山等地势地貌以及风雨雷电等自然环境的影响，传感器节点的通信性能会经常变化，可能会频繁出现信号中断的情况。在这样的通信环境和节点有限的通信能力的情况下，如何设计网络通信机制以满足传感器网络的通信需求是无线传感器网络所面临的挑战。 1.2.2 无线传感器网络的特点 无线传感器网络是应用相关的，系统随着应用的不同在软硬件和网络协议上有着巨大的差别，但是它们都具有以下特点： 1.大规模性 对于多数应用，为了获得精确信息，在监测区域通常要部署大量传感器节点，传感器节点的数量可能上万，甚至更多。无线传感器网络的大规模性包括下面两个方面的含义：无线传感器网络的节点部署在很大的地理区域内；无线传感器网络的节点部署很密集，在一个面积不是很大的空间内，密集部署了大量的节点。 2.自组织网络 在无线传感器网络应用中，通常情况下节点被放置在没有基础结构的地方。节点的位置不可能预先精确设定，节点之间的邻居关系预先也不可能知道。例如无线传感器网络通过飞行器散播，部署在人不可到达或危险区域，所以要求传感器节点具有自组织能力，能够自动进行配置和管理，通过拓扑控制机制和网络协议自动形成转发监测数据的多跳无线传感器网络系统。在无线传感器网络使用过程中，部分节点由于能量耗尽或者环境因素造成失效，也会有部分节点为了弥补失效节点、增加监测精度而补充到网络中，这样无线传感器网络中的节点个数就会动态的变化，网络的拓扑结构也会随之动态地变化。无线传感器网络的自组织性要能够适应这种网络拓扑结构的动态变化。 3.以数据为中心的网络 无线传感器网络是任务型的网络，脱离无线传感器网络谈论传感器节点没有任何意义。无线传感器网络中的节点采用的是节点编号标示，节点编号是否需要全网唯一取决于网络通信协议的设计。由于传感器节点随机部署，构成的无线传感器网络与节点编号之间的关系是完全动态的，节点编号和节点位置没有必然的联系。用户使用无线传感器网络查询事件时，直接将所关心的事件通告给网络，而不是通告给某个具体编号的节点。无线传感器网络在获得指定时间的信息后汇 报给用户。这种以数据本身作为传输线索或查询的思路更加接近于自然语言交流。而且在应用中用户只是关心所需要的信息，并不关心是哪个节点监测到得信息。所以通常说无线传感器网络是一个以数据为中心的网络[3]。 4.动态性网络 无线传感器网络的拓扑结构可能会因为下列因素而变化：环境因素或者因电能耗尽而造成的无线传感器网络节点出现故障或失效；环境条件变化可能造成无线通信链路带宽变化，甚至出现时断时通的情况：新节点的加入，要求网络系统要能够适应这种变化，具有动态的系统可重构性；无线传感器网络的传感器节点、感知对象和观察者这三要素要都具有可移动性。 5.网络可靠性 无线传感器网络适合部署在恶劣环境或人类不宜达到的区域，传感器节点会长时间工作在露天环境中，遭受风吹日晒，甚至会遭到无关人员或者动物的破坏。而且传感器节点往往采用随机部署，如通过飞机撒播或者发射炮弹到指定的目标区进行部署。这些都要求传感器节点非常坚固，不易损坏，并适应各种恶劣的环境。因为监测区域环境的限制以及传感器节点数目巨大，不可能人工“关照"到每个传感器节点，无线传感器网络的维护十分困难甚至不可维护。而且无线传感器网络的安全性和通信保密性也很重要，要防范监测数据被盗和获取伪造的监测信息。因此，无线传感器网络的软硬件必须具有很好的鲁棒性和容错性[3]。 6.应用相关的网络 无线传感器网络用来感知客观的物理世界，获取其中的信息量。但因为客观世界的物理量多种多样，不同的无线传感器网络应用侧重于不同的物理量，因此对传感器的应用系统也有不同的要求。不同的应用背景对无线传感器网络的要求不同，其硬件平台，软件系统和网络协议都会有很大的差别。所以无线传感器网络没有统一的通信协议平台。对于不同的无线传感器网络应用有些共性问题，但是在开发无线传感器网络应用中，更关心无线传感器网络的差异。所以针对每一个具体应用来研究无线传感器网络技术，是无线传感器网络设计不同于传统网络的一个显著特征[4]。 第2章无线传感器网络定位理论 2.1 无线传感器节点定位基本概念和术语 2.1.1 基本概念 在无线传感器网络的节点自定位技术中，根据节点是否已知自身的位置，将传感器节点分为信标节点和未知节点。信标节点在网络节点中所占的比例很小，其可以通过自身携带的GPS等定位设备获得自身的精确定位。信标节点就是未知节点定位的参考节点。如图2-1，M表示信标节点，S代表未知节点。S节点通过临近M节点或已经得到位置信息的S节点之间的通信，根据一定的定位算法得出自身的位置。 图2-1 无线传感器网络中信标节点和未知节点 2.1.2 基本术语 1.邻居节点(neighbor nodes)：传感器节点通信半径内的所有节点称为该节点的邻居节点。 2.跳数(hop count)：两个节点之间间隔的跳段总数。 3.跳段距离(hop distance)：两个节点间间隔的各个跳段距离之和。 4.基础设施（infrastructure）：协助传感器节点定位的已知自身位置的固定设备，如卫星、基站等。 5.到达时间(Time Of Arrival，ToA)：信号从一个节点传播到另一个节点所需要的时间。 6.接收信号强度指示(Received Signa1 Strength Indicator，RSSI)：节点将接收到无线电信号强度大小。 7.到达角度(Angle Of Arrival，AOA)：节点接收到的信号相对于自身轴线的角度。 8.达到时间差(Time Difference Of Arrival，TDOA)：两种不同传播速度的信 号从一个节点到另一个节点所需的时间差。 9.视线关系(line of sight,LOS ):两个节点之间没有障碍物间隔，能够直接通 信，称为两个节点间存在视线关系。 10.非视线关系(NLOS,no LOS ):两个节点之间存在障碍物[5]。 2.2 无线传感器网络定位技术 2.2.1 三边测量法 图2-2 三边测量法图示 如图2-2所示，已知A ，B ，C 三个节点的坐标分别为( )、 ()、(),以及它们到未知节点D 的距离分别为。，设节点D 的坐标为 （x ，y )，根据式 (2-1) a b c d d d === 式(2-1) 得D 的坐标为如式(2-2)所示： 12222222222222()2()2()2()a c a c a c z c c a b c b c b c b c c b x x y y x x x y y d d x x y x y x x y y d d ---??-+-+-????=??????---+-+-?????? 式(2-2) 2.2.2 三角测量法[2] 图2- 3 三角测量法图示 如图2-3所示，已知A ，B ，C 三个节点的坐标分别为 ( )、 ()、 ()，节点D 相对于节点A ，B ，C 的角度分别为∠ADB ，∠ADC ，∠BDC ， 假设节点D 的坐标为（x ，y)。对于节点A ，C 和角∠ADC ，如果弧段AC 在一△ABC 内，那么能够唯一确定一个圆，设圆心 为 )，半径 为，那么α=∠ A =(2π-∠ADC),并存在下列公式： 11222211()()22cos a c a c r r x x y y r r α==-+-=-?? 式（2-3） 由式2-3 能够确定圆心点的坐标和半径，同理对A ，B ，∠ADB 和B ， C ，∠BDC 分别确定相应的圆心)和半径， 圆心 )和半径。最后利用三边测量法，由点D （x ，y) ， ) ，)，)确定D 点的坐标[2]。 2.2.3 极大似然估计法 图2- 4 极大似然估计法图示 如图2-4所示，已知1，2，3，等n 个节点的坐标分别(,),(,),(,),……, ( ,)，它们到节点D 的距离分别为 ， , ,……, 假设节点D 的坐标分 别为 （x ，y)。那么，存在下列公式： 222111222 ()()... ()()n n n x x y y d x x y y d ?-+-=???-+-=? 式（2-4） 从第一个方程开始分别减去最后一个方程，得： 22222211111222222 111112()2()... 2()2()n n n n n n n n n n n n n n n x x x x x y y y y y d d x x x x x y y y y y d d -----?---++--=-???---++--=-? 式（2-5） 式（2-5）的线性方程表示方式为AX=b ，其中： 22222211111222222111112()2()......,...,2()2()n n n n n n n n n n n n n n n x x y y x x y y d d A b x x y y x x y y d d x X y -----??---+-+-??????==????????---+-+-??????=???? 式（2-6） 使用标准的最小均方差估计法可以得到节点D 的坐标为1()T T X A A A b ∧ -= 南京航空航天大学 硕士学位论文 基于无线传感器网络的环境监测系统设计与实现 姓名：耿长剑 申请学位级别：硕士 专业：电路与系统 指导教师：王成华 20090101 南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种集成了计算机技术、通信技术、传感器技术的新型智能监控网络，已成为当前无线通信领域研究的热点。 随着生活水平的提高，环境问题开始得到人们的重视。传统的环境监测系统由于传感器成本高，部署比较困难，并且维护成本高，因此很难应用。本文以环境温度和湿度监控为应用背景，实现了一种基于无线传感器网络的监测系统。 本系统将传感器节点部署在监测区域内，通过自组网的方式构成传感器网络，每个节点采集的数据经过多跳的方式路由到汇聚节点，汇聚节点将数据经过初步处理后存储到数据中心，远程用户可以通过网络访问采集的数据。基于CC2430无线单片机设计了无线传感器网络传感器节点，主要完成了温湿度传感器SHT10的软硬件设计和部分无线通讯程序的设计。以PXA270为处理器的汇聚节点，完成了嵌入式Linux系统的构建，将Linux2.6内核剪裁移植到平台上，并且实现了JFFS2根文件系统。为了方便调试和数据的传输，还开发了网络设备驱动程序。 测试表明，各个节点能够正确的采集温度和湿度信息，并且通信良好，信号稳定。本系统易于部署，降低了开发和维护成本，并且可以通过无线通信方式获取数据或进行远程控制，使用和维护方便。 关键词：无线传感器网络，环境监测，温湿度传感器，嵌入式Linux，设备驱动 Abstract Wireless Sensor Network, a new intelligent control and monitoring network combining sensor technology with computer and communication technology, has become a hot spot in the field of wireless communication. With the improvement of living standards, people pay more attention to environmental issues. Because of the high maintenance cost and complexity of dispose, traditional environmental monitoring system is restricted in several applications. In order to surveil the temperature and humidity of the environment, a new surveillance system based on WSN is implemented in this thesis. Sensor nodes are placed in the surveillance area casually and they construct ad hoc network automatieally. Sensor nodes send the collection data to the sink node via multi-hop routing, which is determined by a specific routing protocol. Then sink node reveives data and sends it to the remoted database server, remote users can access data through Internet. The wireless sensor network node is designed based on a wireless mcu CC2430, in which we mainly design the temperature and humidity sensors’ hardware and software as well as part of the wireless communications program. Sink node's processors is PXA270, in which we construct the sink node embedded Linux System. Port the Linux2.6 core to the platform, then implement the JFFS2 root file system. In order to facilitate debugging and data transmission, the thesis also develops the network device driver. Testing showed that each node can collect the right temperature and humidity information, and the communication is stable and good. The system is easy to deploy so the development and maintenance costs is reduced, it can be obtained data through wireless communication. It's easy to use and maintain. Key Words: Wireless Sensor Network, Environment Monitoring, Temperature and Humidity Sensor, Embedded Linux, Device Drivers 1-2.什么是无线传感器网络? 无线传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络。目的是协作地探测、处理和传输网络覆盖区域内感知对象的监测信息,并报告给用户。 1-4.图示说明无线传感器网络的系统架构。 1-5.传感器网络的终端探测结点由哪些部分组成?这些组成模块的功能分别是什么? (1)传感模块（传感器、数模转换）、计算模块、通信模块、存储模块电源模块和嵌入式软件系统 (2)传感模块负责探测目标的物理特征和现象，计算模块负责处理数据和系统管理，存储模块负责存放程序和数据，通信模块负责网络管理信息和探测数据两种信息的发送和接收。另外，电源模块负责结点供电，结点由嵌入式软件系统支撑，运行网络的五层协议。 1-8.传感器网络的体系结构包括哪些部分?各部分的功能分别是什么? (1)网络通信协议：类似于传统Internet网络中的TCP/IP协议体系。它由物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层组成。 (2)网络管理平台：主要是对传感器结点自身的管理和用户对传感器网络的管理。包括拓扑控制、服务质量管理、能量管理、安全管理、移动管理、网络管理等。 (3)应用支撑平台：建立在网络通信协议和网络管理技术的基础之上。包括一系列基于监测任务的应用层软件，通过应用服务接口和网络管理接口来为终端用户提供各种具体应用的支持。 1-9.传感器网络的结构有哪些类型?分别说明各种网络结构的特征及优缺点。 （1）根据结点数目的多少，传感器网络的结构可以分为平面结构和分级结构。如果网络的规模较小，一般采用平面结构；如果网络规模很大，则必须采用分级网络结构。 （2）平面结构： 无线传感器网络面临的安全隐患及安全定位机制 随着通信技术的发展，安全问题显得越来越重要。在现实生活中，有线网络已经深入到千家万户：互联网、有线电视网络、有线电话网络等与人们生活的联系越来越紧密，已经成为必不可少的一部分，有线网络的安全问题已经能够得到有效的解决。在日常生活中，人们可以放心的使用这些网络，利用它来更好的生活和学习。然而随着无线通信技术的不断发展，无线网络在日常生活中已占据重要的地位，如无线LAN技术、3G技术、4G技术等，同时也有许多新兴的无线网络技术如无线传感器网络， Ad-hoc 等有待进一步发展。随着人们对无线通信的依赖越来越强烈，无线通信的安全问题也面临着重要的考验。本章首先介绍普通网络安全定位研究方法，随后介绍无线传感器网络存在的安全隐患以及常见的网络攻击模型，分析比较这些攻击模型对定位的影响，最后介绍已有的一些安全定位算法，为后续章节的相关研究工作打下基础。 3.1 安全定位研究方法 不同的定位算法会面临着不同的安全方面的问题，安全定位的研究方法可以 采用图 3-1 所示的流程来进行。 图3-1安全定位方法研究流程图 Figure 3-1 Flowchart of security positi oning research method 在研究中首先要找出针对不同定位算法的攻击模型，分析这些攻击对定位精 度所造成的影响，然后从两方面入手来解决这个安全问题或隐患：一方面改进定 位算法使得该定位算法不易受到来自外界的攻击，另一方面可以设计进行攻击检 测判断及剔除掉受到攻击的节点的安全定位算法或者把已有的安全算法进行改进使之能够应用于无线传感器网络定位，还可以从理论上建立安全定位算法的数学模型，分析各种参数对系统性能的影响，最后根据这个数学模型对算法进行仿真，并把仿真结果作为反馈信息，对安全定位算法进一步优化和改进，直到达到最优为止。 3.2安全隐患 由于无线传感器网络随机部署、网络拓扑易变、自组织成网络和无线链路等特点，使其面临着更为严峻的安全隐患。在传感器网络不同的定位算法中具有不同的定位思想，所面临的安全问题也不尽相同。攻击者会利用定位技术的弱点设计不同的攻击手段，因此了解各定位系统自身存在的安全隐患和常见的攻击模型对安全定位至 基于无线传感器网络的桥梁安全检测系统 摘要 根据桥梁监测无线传感器网络技术的桥梁安全监测系统，以实现方案的安全参数的需要；对整个系统的结构和工作原理的节点集、分簇和关键技术，虽然近年来在无线传感器网络中，已经证明了其潜在的提供连续结构响应数据进行定量评估结构健康，许多重要的问题，包括网络寿命可靠性和稳定性、损伤检测技术，例如拥塞控制进行了讨论。 关键词：桥梁安全监测；无线传感器网络的总体结构；关键技术 1 阻断 随着交通运输业的不断发展，桥梁安全问题受到越来越多人的关注。对于桥梁的建设与运行规律，而特设的桥梁检测的工作情况，起到一定作用，但是一座桥的信息通常是一个孤立的片面性，这是由于主观和客观因素，一些桥梁安全参数复杂多变[1]。某些问题使用传统的监测方法难以发现桥梁存在的安全风险。因此长期实时监测，预报和评估桥梁的安全局势，目前在中国乃至全世界是一个亟待解决的重要问题。 桥梁安全监测系统的设计方案，即通过长期实时桥跨的压力、变形等参数及测试，分析结构的动力特性参数和结构的评价科关键控制安全性和可靠性，以及问题的发现并及时维修，从而确保了桥的安全和长期耐久性。 近年来，桥梁安全监测技术已成为一个多学科的应用，它是在结构工程的传感器技术、计算机技术、网络通讯技术以及道路交通等基础上引入现代科技手段，已成为这一领域中科学和技术研究的重点。 无线传感器网络技术，在桥梁的安全监测系统方案的实现上，具有一定的参考价值。 无线传感器网络（WSN）是一种新兴的网络科学技术是大量的传感器节点，通过自组织无线通信，信息的相互传输，对一个具体的完成特定功能的智能功能的协调的专用网络。它是传感器技术的一个结合，通过集成的嵌入式微传感器实时监控各类计算机技术、网络和无线通信技术、布式信息处理技术、传感以及无线发送收集到的环境或各种信息监测和多跳网络传输到用户终端[2]。在军事、工业和农业，环境监测，健康，智能交通，安全，以及空间探索等领域无线传感器网络具有广泛应用前景和巨大的价值。 一个典型的无线传感器网络，通常包括传感器节点，网关和服务器，如图1 1武警部队监控平台架构介绍与设计 1.1监控系统的系统结构 基站监控系统的结构组成如上图所示，主要由三个大的部分构成，分别是监控中心、监控站点、监控单元。整个系统从资金、功能以及方便维护性出发，我们采用了干点加节点方式的监控方法。 监控中心（SC）：SC的定义是指整个系统的中心枢纽点，控制整个分监控站，主要的功能是起管理作用和数据处理作用。一般只在市级包括（地、州）设置相应的监控中心，位置一般在武警部队的交换中心机房内或者指挥中心大楼内。 区域监控中心（SS）：又称分点监控站，主要是分散在各个更低等级的区县，主要功能是监控自己所负责辖区的所有基站。对于固话网络，区域监控中心的管辖范围为一个县/区；移动通信网络由于其组网不同于固话本地网，则相对弱化了这一级。区域监控中心SS的机房内的设备配置与SC的差不多，但是不同的是功能不同以及SS的等级低于SC,SS的功能主要是维护设备和监控。 监控单元（SU）：是整个监控系统中等级最低的单元了，它的功能就是监控并且起供电，传输等等作用，主要由SM和其他供电设备由若干监控模块、辅助设备构成。SU侧集成有无线传感网络微设备，比如定位设备或者光感，温感设备等等。 监控模块（SM）：SM是监控单元的组成部分之一，主要作用监控信息的采集功能以及传输，提供相应的通信接口，完成相关信息的上传于接收。 2监控系统的分级管理结构及监控中心功能 基站监控系统的组网分级如果从管理上来看，主要采用两级结构：CSC集中监控中心和现场监控单元。CSC主要设置在运营商的枢纽大楼，主要功能为数据处理，管理远程监控单元，对告警信息进行分类统计，可实现告警查询和存储的功能。一般管理员可以在CSC实现中心调度的功能，并将告警信息进行分发。而FSU一般针对具体的某一个基站，具体作用于如何采集数据参数并进行传输。CSC集中监控中心的需要对FSU采集的数据参数进行报表统计和分析，自动生产图表并为我们的客户提供直观，方便的可视化操作，为维护工作提供依据，维护管理者可以根据大量的分析数据和报表进行快速反应，以最快的速度发现网络的故障点和优先处理点，将人力资源使用在刀刃上。监控中心CSC系统的功能中，还有维护管理类，具体描述如下： 1）实时报警功能 该系统的报警功能是指发现机房里的各种故障后，通过声音，短信，主界面显示的方式及时的上报给操作者。当机房内的动力环境，空调，烟感，人体红外等等发生变量后，这些数据通过基站监控终端上传到BTS再到BSC。最后由数据库进行分类整理后存储到SQLSEVRER2000中。下面介绍主要的几种报警方式： 2)声音报警 基站发生告警后，系统采集后，会用声卡对不一样的告警类别发出对应的语音提示。比如：声音的设置有几种，主要是以鸣叫的长短来区分的。为便于引起现场维护人员的重视紧急告警可设置为长鸣，不重要的告警故障设置为短鸣。这样一来可以用声音区分故障的等级，比方某地市的中心交换机房内相关告警声音设置，它的开关电源柜当平均电流达到40AH的时候，提示声音设置为长鸣，并立即发生短信告警工单。如果在夜晚机房无人值守的情况下： 无线传感器网络的特点 大规模网络 为了获取精确信息，在监测区域通常部署大量传感器节点，传感器节点数量可能达到成千上万，甚至更多。传感器网络的大规模性包括两方面的含义：一方面是传感器节点分布在很大的地理区域内，如在原始大森林采用传感器网络进行森林防火和环境监测，需要部署大量的传感器节点；另一方面，传感器节点部署很密集，在一个面积不是很大的空间内，密集部署了大量的传感器节点。 传感器网络的大规模性具有如下优点：通过不同空间视角获得的信息具有更大的信噪比；通过分布式处理大量的采集信息能够提高监测的精确度，降低对单个节点传感器的精度要求；大量冗余节点的存在，使得系统具有很强的容错性能；大量节点能够增大覆盖的监测区域，减少洞穴或者盲区。 自组织网络在 传感器网络应用中，通常情况下传感器节点被放置在没有基础结构的地方。传感器节点的位置不能预先精确设定，节点之间的相互邻居关系预先也不知道，如通过飞机播撒大量传感器节点到面积广阔的原始森林中，或随意放置到人不可到达或危险的区域。这样就要求传感器节点具有自组织的能力，能够自动进行配置和管理，通过拓扑控制机制和网络协议自动形成转发监测数据的多跳无线网络系统。在传 感器网络使用过程中，部分传感器节点由于能量耗尽或环境因素造成失效，也有一些节点为了弥补失效节点、增加监测精度而补充到网络中，这样在传感器网络中的节点个数就动态地增加或减少， 从而使网络的拓扑结构随之动态地变化。传感器网络的自组织性要能够适应这种网络拓扑结构的动态变化。动态性网络传感器网络的拓扑结构可能因为下列因素而改变：①环境因素或电能耗尽造成的传感器节点出现故障或失效；②环境条件变化可能造成无线通信链路带宽变化，甚至时断时通；③传感器网络的传感器、感知对象和观察者这三要素都可能具有移动性；④新节点的加入。这就要求传感器网络系统要能够适应这种变化，具有动态的系统可重构性。 可靠的网络 传感器网络特别适合部署在恶劣环境或人类不宜到达的区域，传感器节点可能工作在露天环境中，遭受太阳的暴晒或风吹雨淋，甚至遭到无关人员或动物的破坏。传感器节点往往采用随机部署，如通过飞机撒播或发射炮弹到指定区域进行部署。这些都要求传感器节点非常坚固，不易损坏，适应各种恶劣环境条件。由于监测区域环境的限制以及传感器节点数目巨大，不可能人工“照顾每个传感器节点，网络的维护十分困难甚至不可维护。传感器网络的通信保密性和安全性也十分重要，要防止监测数据被盗取和获取伪造的监测信息。因此，传感器网络的软硬件必须具有鲁棒性和容错性。 第36卷 增刊Ⅰ2008年 10月 华 中 科 技 大 学 学 报(自然科学版) J.Huazhong Univ.of Sci.&Tech.(Natural Science Edition )Vol.36Sup.Ⅰ Oct. 2008 收稿日期:2008207215. 作者简介:郝志凯(19832),男,博士研究生,E 2mail :zk -hao @https://www.wendangku.net/doc/0c7198061.html,. 基金项目:国家高技术研究发展计划资助项目(2006AA11Z225);国家自然科学基金资助项目(60635010, 60605026). 无线传感器网络定位方法综述 郝志凯 王 硕 (中国科学院自动化研究所复杂系统与智能科学实验室,北京100190) 摘要:介绍了国内外研究机构在无线传感器网络定位方法方面开展的研究工作,并对这些研究工作进行了归纳和总结.定位的基本方法分为距离式定位和非距离式定位.距离式定位是通过测量距离或角度进行位置估计,测量数据的精度对定位精度有很大影响.非距离式定位是通过节点间的hop 数或估计距离计算节点的坐标,这种方法不需要测量距离或角度,利用估计距离代替真实距离,算法简单但精度不高.无线传感器网络中定位方法的应用需要针对不同的应用场合,综合考虑节点的规模、成本及系统对定位精度等要求来进行设计和选择. 关 键 词:无线传感器网络;定位方法;距离式定位;非距离式定位;相对定位 中图分类号:TN919.2;TP732 文献标识码:A 文章编号:167124512(2008)S120224204 Survey on localization algorithms for wireless sensor net w orks H ao Zhi k ai W ang S huo (Laboratory of Complex Systems and Intelligence Science ,Institute of Automation , Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100190) Abstract :Current researches in wireless sensor networks (WSNs ′ )localization algorit hms are int ro 2duced ,and t hese researches are analyzed and concluded.The p recision of t he nodes ′locations are im 2portant for t he data ′s effectiveness in WSNs ′.The localization algorit hms are divided into range 2based and range 2free.Range 2based algorit hms use t he measured distance and angle to calculate t he nodes ′coordinates.However ,t he range 2f ree researches use hop s or evaluated distance to localization ,which are simple but low 2precision.In different occasions ,t he algorit hm should be taken account in t he net 2work ′s size ,co st ,p recision and so on. K ey w ords :wireless sensor networks (WSNs ′ );localization ;range 2based ;range 2f ree ;relative po sitio 2ning 目前广泛使用的全球卫星导航定位系统GPS 可用来确定携带者的绝对位置,但不适合在 无线传感器网络中大量使用.主要有以下原因[1]:a .成本高.无线传感器网络中的节点数量多、分 布密集,如果各节点都配备GPS 接收器成本很高;b .能源限制.网络中的节点通常是通过内部电池进行供电,由于其工作环境有时在森林、山地等人迹罕至的地方,对其进行电源更换困难;c .工作环境限制.节点有时会分布在室内等电磁 波较难到达的环境中,这种工作环境下GPS 无法完成定位任务;d .尺寸较大.由于上述种种原因使得GPS 不能广泛用在无线传感器网络系统的节点上,这就需要发展适合于无线传感器网络应用的节点定位方法. 鉴于无线传感器网络节点在能耗、计算能力、通信能力等方面的限制,其节点的定位方法应该具有分布式、低复杂性、精度较高、通用性较好等特点,国内外的研究机构已开展了大量工作[2～9]. 一、课题研究目的 针对目前中国的交叉路口多，车流量大，交通混乱的现象研究一种控制交通信号灯的基于无线传感器的智能交通系统。 二、课题背景 随着经济的快速发展，生活方式变得更加快捷，城市的道路也逐渐变得纵横交错，快捷方便的交通在人们生活中占有及其重要的位置，而交通安全问题则是重中之重。据世界卫生组织统计，全世界每年死于道路交通事故的人数约有120 万，另有数100 万人受伤。中国拥有全世界1. 9 %的汽车，引发的交通事故占了全球的15 % ，已经成为交通事故最多发的国家。2000 年后全国每年的交通事故死亡人数约在10 万人，受伤人数约50万，其中60 %以上是行人、乘客和骑自行车者。中国每年由于汽车安全方面所受到的损失约为5180 亿(人民币)，死亡率为9 人/ 万·车，因此，有效地解决交通安全问题成为摆在人们面前一个棘手的问题。 在中国，城市的道路纵横交错，形成很多交叉口，相交道路的各种车辆和行人都要在交叉口处汇集通过。而目前的交通情况是人车混行现象严重，非机动车的数量较大，路口混乱。由于车辆和过街行人之间、车辆和车辆之间、特别是非机动车和机动车之间的干扰，不仅会阻滞交通，而且还容易发生交通事故。根据调查数据统计，我国发生在交叉口的交通事故约占道路交通事故的1/ 3，在所有交通事故类型中居首位，对交叉口交通安全影响最大的是冲突点问题，其在很大程度上是由于信号灯配时不合理(如黄灯时间太短,驾驶员来不及反应)，以及驾驶员不遵循交通信号灯，抢绿灯末或红灯头所引发交通流运行的不够稳定。随着我国经济的快速发展，私家车也越来越多，交通控制还是延续原有的定时控制，在车辆增加的基础上，这种控制弊端也越来越多的体现出来，造成了十字交叉路口的交通拥堵和秩序混乱，严重的影响了人们的出行。智能交通中的信号灯控制显示出了越来越多的重要性。国外已经率先开展了智能交通方面的研究。 美国VII系统(vehicle infrastructure integration)，利用车辆与车辆、车辆与路边装置的信息交流实现某些功能，从而提高交通的安全和效率。其功能主要有提供天气信息、路面状况、交叉口防碰撞、电子收费等。目前发展的重点主要集中在2个应用上: ①以车辆为基础; ②以路边装置为基础。欧洲主要是CVIS 系统(cooperative vehicle infrastructure system)。它有60 多个合作者，由布鲁塞尔的ERTICO 组织统筹，从2006 年2 月开始到2010年6月，工作期为4年。其目标是开发出集硬件和软件于一体的综合交流平台，这个平台能运用到车辆和路边装置提高交通管理效率，其中车辆不仅仅局限于私人小汽车，还包括公共交通和商业运输。日本主要的系统是UTMS 21 ( universal traffic management system for the 21st century , UTMS 21)。是以ITS 为基础的综合系统概念,由NPA (National Police Agency) 等5个相关部门和机构共同开发的，是继20 世纪90 年代初UTMS 系统以来的第2代交通管理系统，DSSS是UTMS21中保障安全的核心项目，用于提高车辆与过街行人的安全。因此，从国外的交通控制的发展趋势可以看出，现代的交通控制向着智能化的方向发展，大多采用计算机技术、自动化控制技术和无线传感器网络系统，使车辆行驶和道路导航实现智能化，从而缓解道路交通拥堵，减少交通事故，改善道路交通环境，节约交通能源，减轻驾驶疲劳等功能，最终实现安全、舒适、快速、经济的交通环境。 无线传感器网络的研究现状及发展 默认分类 2008-06-12 18:19:20 阅读910 评论0 字号：大中小 摘要：无线传感器网络(WSN>综合了传感器技术、微电子机械系统(MEMS>嵌入式计算技术．分布式信息处理技术和无线通信技术，能够协作地实时感知、采集、处理和传输各种环境或监测对象的信息．具有十分广阔的应用前景，成为国内外学术界和工业界新的研究领域研究热点。本文简要介绍了无线传感器网络的网络结构、节点组成，分析了无线传感器网络的特点及其与现有网络的区别。进而介绍现有无线传感器网络中的MAC层技术、路由技术、节点技术和跨层设计等关键技术。最后展望无线传俄器网络的应用和发展并指出关键技术的进步将起到决定性的促进作用。 关键词：无线传感器网络节点 MAC层路由协议跨层设计 Abstract: Wireless sensor network (WSN> is integration of sensor techniques, Micro-Electro-Mechanical Systems, embedded computation techniques, distributed computation techniques and wireless communication technique. They can be used for sensing, collecting, processing and transferring information of monitored objects for users. As a new research area and interest hotspot of academia and industries, Wireless Sensor Network(WSN> has a wide application future. This paper briefly introduced the wireless sensor network of networks, nodes, the analysis of the characteristics of wireless sensor networks and the differences wih the existing networks. And the MAC layer technology, routing technology, joint cross-layer design technology and key technology are introduced . At last the prospects of wireless sensor network are discussed in this article. Key Words: Wireless Sensor Network, node, MAC, routing protocol, Cross-layer design 一、概述 随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的发展进步，包括微电子机械系统 无线传感器网络技术试 题 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998 一、填空题 1. 传感器网络的三个基本要素：传感器、感知对象、用户(观察者) 2. 传感器网络的基本功能：协作式的感知、数据采集、数据处理、发布感知信息 3. 无线传感器节点的基本功能：采集数据、数据处理、控制、通信 4. 传感节点中处理部件用于协调节点各个部分的工作的部件。 5. 基站节点不属于传感器节点的组成部分 6. 定向扩散路由机制可以分为三个阶段：兴趣扩展阶段、梯度建立阶段、路径加强阶段 7. 无线传感器网络特点：大规模网络、自组织网络、可靠的网络、以数据为中心的网络、应用相关的网络 8. NTP时间同步协议不是传感器网络的的时间同步机制。 物理层。介质访问控制层 10. 从用户的角度看，汇聚节点被称为网关节点。 11. 数据融合的内容主要包括：多传感器的目标探测、数据关联、跟踪与识别、情况评估和预测 13. 传感器网络的电源节能方法：_休眠（技术）机制、__数据融合 14. 分布式系统协同工作的基础是时间同步机制 15. 无线网络可以被分为有基础设施的网络与没有基础设施的网络，在无线传感器网络，Internet网络，WLan网络，拨号网络中，无线传感器网络属于没有基础设施的网络。 16. 传感器网络中，MAC层与物理层采用的是IEEE制定的IEEE协议 17. 分级结构的传感器网络可以解决平面结构的拥塞问题 18. 以数据为中心特点是传感器网络的组网特点，但不是Ad-Hoc的组网特点 19. 为了确保目标节点在发送ACK过程中不与其它节点发生冲突，目标节点使用了SIFS帧间间隔 20. 典型的基于竞争的MAC协议为CSMA 二、选择题 1.无线传感器网络的组成模块分为：通信模块、（）、计算模块、存储模块和电源模块。A A．传感模块模块 C网络模块 D实验模块 2..在开阔空间无线信号的发散形状成（）。A A．球状 B网络 C直线 D射线 3.当前传感器网络应用最广的两种通信协议是（）D A. B. C. D. 4.ZigBee主要界定了网络、安全和应用框架层，通常它的网络层支持三种拓扑结构，下列哪种不是。D A．星型结构、B网状结构C簇树型结构D树形结构 5.下面不是传感器网络的支撑技术的技术。B A．定位技术B节能管理C时间同步D数据融合 6.下面不是无线传感器网络的路由协议具有的特点D A．能量优先 B.基于局部拓扑信息 C.以数据为中心 D预算相关 7.下面不是限制传感器网络有的条件C A电源能量有限 B通信能力受限 C环境受限 D计算和存储能力受限 摘要 无线传感器网络（WSN，Wireless Sensor Network）是近年来迅速发展并受到普遍重视的新型网络技术，它的出现和发展给人类的生活和生产的各个领域带来了深远的影响。无线传感器网络节点定位技术是无线传感器网络应用研究的基础。目前，已有多种定位技术被应用于室内定位中，尤其是基于接收信号强度（RSSI，Received Signal Strength Indication）的定位技术以其低功耗、低成本、易于实现等优点，得到了无线传感器网络研究学者们的青睐。 本文重点研究了基于RSSI的室内定位的关键技术，主要包括定位模型分析和定位算法设计。首先，为了获得较为精确的定位，根据RSSI测距原理和无线信号传播衰减模型在设定的室内环境进行多次实验，通过计算及均值处理等方法反复调整以获得标准的定位模型参数，得到高精度的等效距离。接着，根据三边定位算法原理简化定位算法，建立更为简单的定位模型，采用双边定位得到两个可能的定位点，再利用RSSI测距原理对两个定位点进行择优选择确定定位点。最后，在Arduino开发平台上对参考节点与未知节点这两类iDuino节点的室内定位模型进行了软件开发设计和程序开发。在设定的室内环境部署iDuino节点，搭建实验定位模型，并实现了定位。 关键词：无线传感器网络，节点，室内定位，RSSI，Arduino ABSTRACT Wireless sensor network (WSN) is developed rapidly and universally emphasized as a new network technology in recent years, the advent and development of WSN have had a profound and lasting impact on the life and all areas of production of human beings. Wireless nodes localization technology is the basis in the application and studies of wireless sensor network. There are a variety of positioning technology have been used in indoor location at present, especially the based on RSSI (received signal strength) positioning technology gets a great preference from many scholars of studies of wireless sensor network with the advantages of low power consumption, low cost and easy to realize. This paper mainly studies the key technology of indoor positioning based on RSSI, which mainly includes the positioning model analysis and positioning algorithm design. First, in order to obtain more accurate positioning, we perform several experiments according to the RSSI ranging principle and wireless signal propagation attenuation model in the setting of indoor environment, and get accurate positioning model parameters and equivalent distance by the methods of calculation and mean processing. Then, we simplify Trilateral Localization Algorithm to Bilateral Location Algorithm and establish a simpler positioning model, with which we can get two nodes of possible location, and determine the better node according to the RSSI ranging principle. At last, we make software designing and programming of these nodes that are anchor nodes and nodes of unknown on the Arduino development platform. Combined with the indoor environment we selected, we deploy the iDuino nodes and then build location model, with which we implement the location. KEY WORDS：Wireless Sensor Network，Nodes，Indoor Location，RSSI，Arduino 文章编号:1004-9037(2009)02-0254-05 基于无线传感网络的大型结构健康监测系统 尚 盈 袁慎芳 吴 键 丁建伟 李耀曾 (南京航空航天大学智能材料与结构航空科技重点实验室,南京,210016) 摘要:针对大型碳纤维复合材料机翼盒段壁板结构,实现了基于无线传感网络的多点应变结构健康监测系统,采用自组织竞争神经网络成功判别了集中载荷模拟的损伤位置。本系统由传感采集子系统、无线传感网络子系统和终端监控子系统三部分组成。为了降低系统网络功耗及成本,提高系统的稳定性和可靠性,改善传感网络的实时性和同步性,设计了可直接配接无线传感网络节点的低功耗多通道应变传感器信号调理电路和基于无线传感网络的层次路由协议,开发了多通道应变数据采集、网络簇头转发和中继节点接收等主要软件模块。实验证明,相比于传统有线的监测方法和数据采集系统,基于无线传感网络的结构健康监测系统具有负重轻、成本低、易维护和搭建移动方便等优点。 关键词:无线传感网络;结构健康监测;层次路由协议;自组织竞争网络中图分类号:T P2;T P9 文献标识码:A 基金项目:国家“八六三”高技术研究发展计划(2007AA 032117)资助项目;国家自然科学基金(60772072,50420120133)资助项目;航空基金(20060952)资助项目。 收稿日期:2007-09-05;修订日期:2008-04-17 Large -Scale Structural Health Monitoring System Based on Wireless Sensor Networks S hang Ying ,Yuan Shenf ang ,Wu J ian ,Ding J ianw ei ,L i Yaoz eng (T he A ero nautic Key La bo rat or y o f Smart M ater ial and Str uct ur e,N anjing U niv ersit y o f Aer onautics and A str onautics,N anjing,210016,China) Abstract :Aimed at the large-scale structure and anisotropy nature o f the carbon fiber compos-ite material w ing box ,a large-scale structural health m onitoring system based on w ireless sen-sor netw orks is presented .A kind of artificial neural netw ork is designed to distinguish the damag e locatio n simulated by the co ncentrated load .The sy stem co nsists o f the sensor data ac-quisition,the w ireless sensor netw or ks,and the terminal monitoring sub-sy stem s.To im pro ve the performance o f the system ,the signal conditio ning circuit and the hierarchical routing pro -to col are designed based o n w ireless sensor netw orks ,the prog rams of data acquisition and Sink node are ex ploited.Experimental result pro ves that the system has advantag es of flexibili-ty o f deplo yment,low maintenance and deploym ent costs . Key words :w ir eless senso r netw or ks ;str uctural health monitoring ;hierarchical routing ;self -org anizing com petitive netw o rk 引 言 结构健康监测技术是采用智能材料结构的新概念,利用集成在结构中的先进传感/驱动元件网络,在线实时地获取与结构健康状况相关的信息(如应力、应变、温度、振动模态、波传播特性等),结 合先进的信号信息处理方法和材料结构力学建模 方法,提取特征参数,识别结构的状态,包括损伤,并对结构的不安全因素在其早期就加以控制,以消除安全隐患或控制安全隐患的进一步发展,从而实现结构健康自诊断、自修复、保证结构的安全和降低维修费用[1]。 无线传感网络节点具有局部信号处理的功能, 第24卷第2期2009年3月数据采集与处理Jour nal of D ata A cquisition &P ro cessing Vo l.24N o.2M a r.2009基于无线传感器网络的环境监测系统设计与实现
无线传感器网络课后习题'答案
无线传感器网络面临的安全隐患及安全定位机制
(中文)基于无线传感器网络桥梁安全监测系统
无线传感器网络的应用研究
无线传感器网络的特点
无线传感器网络定位方法综述
基于无线传感器网络的智能交通系统的设计
无线传感器网络研究报告现状及发展
无线传感器网络技术试题
基于arduino的无线传感器网络室内定位方法的研究大学论文
基于无线传感网络的大型结构健康监测系统_尚盈