ZIGBEE无线传感器网络简介

无线传感器网络简介

2007年01月06日星期六下午04:29

［来源：仪器仪表与传感器网］

科技发展的脚步越来越快，人类已经置身于信息时代。而作为信息获取最重要和最基本的技术——传感器技术，也得到了极大的发展。传感器信息获取技术已经从过去的单一化渐渐向集成化、微型化和网络化方向发展，并将会带来一场信息革命。

发展历程

早在上世纪70年代，就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感器网络雏形，我们把它归之为第一代传感器网络。随着相关学科的的不断发展和进步，传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力，并通过与传感控制器的相联，组成了有信息综合和处理能力的传感器网络，这是第二代传感器网络。而从上世纪末开始，现场总线技术开始应用于传感器网络，人们用其组建智能化传感器网络，大量多功能传感器被运用，并使用无线技术连接，无线传感器网络逐渐形成。

无线传感器网络是新一代的传感器网络，具有非常广泛的应用前景，其发展和应用，将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。发达国家如美国，非常重视无线传感器网络的发展，IEEE正在努力推进无线传感器网络的应用和发展，波士顿大学(Boston Unversity)还于最近创办了传感器网络协会(Sensor Network Consortium)，期望能促进传感器联网技术开发。除了波士顿大学，该协会还包括BP、霍尼韦尔(Honeywell)、Inetco Systems、Invensys、 L-3 Communications、Millennial Net、Radianse、

Sensicast Systems及Textron Systems。美国的《技术评论》杂志在论述未来新兴十大技术时，更是将无线传感器网络列为第一项未来新兴技术，《商业周刊》预测的未来四大新技术中，无线传感器网络也列入其中。可以预计，无线传感器网络的广泛是一种必然趋势，它的出现将会给人类社会带来极大的变革。

应用现状

虽然无线传感器网络的大规模商业应用，由于技术等方面的制约还有待时日，但是最近几年，随着计算成本的下降以及微处理器体积越来越小，已经为数不少的无线传感器网络开始投入使用。目前无线传感器网络的应用主要集中在以下领域：

1. 环境的监测和保护

随着人们对于环境问题的关注程度越来越高，需要采集的环境数据也越来越多，无线传感器网络的出现为随机性的研究数据获取提供了便利，并且还可以避免传统数据收集方式给环境带来的侵入式破坏。比如，英特尔研究实验室研究人员曾经将32个小型传感器连进互联网，以读出缅因州"大鸭岛"上的气候，用来

评价一种海燕巢的条件。无线传感器网络还可以跟踪候鸟和昆虫的迁移，研究环境变化对农作物的影响，监测海洋、大气和土壤的成分等。此外，它也可以应用在精细农业中，来监测农作物中的害虫、土壤的酸碱度和施肥状况等。

2 医疗护理

无线传感器网络在医疗研究、护理领域也可以大展身手。罗彻斯特大学的科学家使用无线传感器创建了一个智能医疗房间，使用微尘来测量居住者的重要征兆（血压、脉搏和呼吸）、睡觉姿势以及每天24小时的活动状况。英特尔公司也推出了无线传感器网络的家庭护理技术。该技术是做为探讨应对老龄化社会的技术项目Center for Aging Services Technologies（CAST）的一个环节开发的。该系统通过在鞋、家具以家用电器等家中道具和设备中嵌入半导体传感器，帮助老龄人士、阿尔茨海默氏病患者以及残障人士的家庭生活。利用无线通信将各传感器联网可高效传递必要的信息从而方便接受护理。而且还可以减轻护理人员的负担。英特尔主管预防性健康保险研究的董事Eric Dishman称，"在开发家庭用护理技术方面，无线传感器网络是非常有前途的领域"。

3 军事领域

由于无线传感器网络具有密集型、随机分布的特点，使其非常适合应用于恶劣的战场环境中，使其非常适合应用于恶劣的战场环境中，包括侦察敌情、监控兵力、装备和物资，判断生物化学攻击等多方面用途。美国国防部远景计划研究局已投资几千万美元，帮助大学进行"智能尘埃"传感器技术的研发。哈伯研究公司总裁阿尔门丁格预测：智能尘埃式传感器及有关的技术销售将从2004年的1000万美元增加到2010年的几十亿美元。

4其他用途

无线传感器网络还被应用于其他一些领域。比如一些危险的工业环境如井矿、核电厂等，工作人员可以通过它来实施安全监测。也可以用在交通领域作为车辆监控的有力工具。此外和还可以在工业自动化生产线等诸多领域，英特尔正在对工厂中的一个无线网络进行测试，该网络由40台机器上的210个传感器组成，这样组成的监控系统将可以大大改善工厂的运作条件。它可以大幅降低检查设备的成本，同时由于可以提前发现问题，因此将能够缩短停机时间，提高效率，并延长设备的使用时间。尽管无线传感器技术目前仍处于初步应用阶段，但已经展示出了非凡的应用价值，相信随着相关技术的发展和推进，一定会得到更大的应用。

需要解决的问题

就目前的技术水平来说，让无线传感器网正常运行并大量投入使用还面临着许多问题：

1网络内通信问题。无线传感器网络内正常通信联系中，信号可能被一些障碍物或其他电子信号干扰而受到影响，怎么安全有效的进行通信是个有待研究的

问题。

2成本问题。在一个无线传感器网络里面，需要使用数量庞大的微型传感器，这样的话成本会制约其发展。

3系统能量供应问题。目前主要的解决方案有：使用高能电池；降低传感功率；此外还有传感器网络的自我能量收集技术和电池无线充电技术。其中后两者备受关注。

4高效的无线传感器网络结构。无线传感器网络的网络结构是组织无线传感器的成网技术，有多种形态和方式，合理的无线传感器网络可以最大限度的利用资源。在这里面，还包括网络安全协议问题和大规模传感器网络中的节点移动性管理等诸多问题有待解决。

未来展望

无线传感器网络有着十分广泛的应用前景，它不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域有具有巨大的运用价值，在未来还将在许多新兴领域体现其优越性，如家用、保健、交通等领域。我们可以大胆的预见，将来无线传感器网络将无处不在，将完全融入我们的生活。比如微型传感器网最终可能将家用电器、个人电脑和其他日常用品同互联网相连，实现远距离跟踪，家庭采用无线传感器网络负责安全调控、节电等。无线传感器网络将是未来的一个无孔不入的十分庞大的网络，其应用可以涉及到人类日常生活和社会生产活动的所有领域。

但是，我们还应该清楚的认识到，无线传感器网络才刚刚开始发展，它的技术、应用都还还远谈不上成熟，国内企业应该抓住商机，加大投入力度，推动整个行业的发展。

无线传感器网络的路由协议研究

陈瑞

（南京工程学院通信工程系，江苏南京，210013）

摘要：微机电系统、处理器、无线通信及存储技术的进步促进了无线传感器网络的飞速发展。在对无线传感器网络的特点进行分析的基础上，介绍了无线传感器网络体系结构，着重讨论了无线传感器网络的路由协议和组网方式。

关键词：无线传感器网络；体系结构；自组织网络；路由

Research on Routing Protocol for Wireless Sensor Networks

CHEN RUI

（Dept. of Communication Engineering，Nanjing Institute of Technology，Nanjing，Jiangsu，210013）

ABSTRACT: Recent advances in micro-electromechanical systems(MEMS),processor, radio and memory technologies have dramatically enabled development of wireless sensor networks. Based on the analysis of characteristics of the wireless sensor network, the architecture of wireless sensor network is introduced, the routing protocols and the networking schemes are emphasize discussed.

Key words: wireless sensor network; architecture; self-organization network; routing

1 引言

由于近年来微型制造的技术、通信技术及电池技术的改进，促使微小的传感器可具有感应、无线通信及处理信息的能力。此类传感器不仅能感应及监测环境的，而且可处理收集到的数据，并将处理后的数据以无线的方式传送到基站。这些具有无线通信、数据采集和处理、协同合作等功能的无线传感器节点协同组织就构成了无线传感器网络。

无线传感器网络的应用前景十分广泛，诸如军事、环境、健康等方面。在家庭中可将具有启动器（actuator）的传感器网络布置在家中，可由人在远方通过网络完成一些家务。其他的商业应用如监控车辆的失窃或进行车辆的追踪，以及交通流量的控制等。另外，无线传感器网络与RFID技术相结合，在物流和大型超市中商品的失窃等方面也有着深远的意义。

2 无线传感器网络的特点

传感器网络与传统网络相比有一些独有的特点，主要有如下几点：

（1）面积的空间分布。节点数量巨大，分布密集，使得各节点收集的数据有很大冗余。（2）节点的能量、存储空间及计算能力受限。网络中各节点能量受限，大多工作在无人或对人有害的恶劣环境中，更换电源非常困难，因此通信协议设计中的关键问题就是尽可能地降低系统功耗。

（3）高度自适应的自治能力。由于其应用的特殊性，无线传感器网络必须能具有自动配置、自动识别功能，包括自动组网，对入网的终端进行身份验证，防止非法用户入侵等。而且由于节点移动或能量耗尽等原因导致网络拓扑结构的变化，无线传感器网络还需要有很强的鲁棒性。

（4）网络的自动管理和高度协作性：数据处理由节点自己完成，减少无线链路中传送的数据量，只有与其他节点相关的信息才在链路中传送。

3 传感器网络的体系结构

无限传感器网络的体系结构如图1。传感器节点任意散落分布在被监测区域，以自组织形式构成网络。各节点收集数据，并将数据通过多跳中继的方式路由至信息收集点（sink），最终借助长距离或临时建立的sink链路将整个区域内的数据传送到远程中心进行集中处理。

卫星链路可作为sink链路。

与其它网络一样，传感器网络的协议栈也包括应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层[1]。

（1）物理层

无线传感器网络的传输介质可以是无线电波、红外线或光介质。通常传感器网络的节点基于射频电路，可使用免许可证频段ISM（工业、科学和医疗）——2.4GHz（全球）、433MHz （欧洲）和917MHz（美国）。值得注意的是，工作在这个频段必须考虑到其它系统的影响，如802.11b和蓝牙等无线系统。

物理层的设计主要考虑如下几个方面：

λ简单、低耗的调制方式；

信号的传输效率；λ

传输、传感和处理单元小型化、低功耗、低成本。λ

（2）数据链路层

数据链路层负责节点接入，降低节点间的传输冲突等，保证传感器网路中点到点和点到多点的连接。无限传感器网络的MAC（Medium Access Control）协议最重要的是能量的有效利用，其次是服务质量和移动性。一些有针对性的协议已经提出，如SMACS（Self-Organizing Medium Access Control for Sensor Networks）、EAR（Eaves-drop-And-Register）协议、基于CSMA的MAC协议，以及基于TDMA/FDMA的MAC协议等。

（3）传输层

传输层提供差错控制和流量控制等功能。由于传感器网络的计算资源和存储资源都十分有限，而且数据传输量通常不大，是否需要传输层是一个问题。但在节点需要连接到Internet 或其他传感器网络时，传输层的重要性体现出来[2]。目前相关的研究和文献都还不多。（4）应用层

在应用层采用不同的软件，实现传感器网络不同的应用目的。

4 无线传感器网络的路由协议

网络层负责将传输层提供的数据路由到信息收集节点。其设计主要考虑如下因素：

λ能量的有效利用仍是最重要的原则；

以数据为中心；λ

数据的聚合；λ

λ提供与外部网络的连接。

传感器网络的路由协议由平面型和层次型两种。

4．1 平面路由协议

（1）Flooding

泛洪指的是接收到消息的节点以广播的形式转发分组。对于自组织的传感器网络而言，洪泛路由是一种较直接的实现方法，但由于广播带来的消息“内爆”和“重叠”是它固有的缺陷。为克服这些缺陷，Gossiping策略被提出来，节点随机选取一个相邻节点转发它收到的分组，而不是采用广播的形式。但这种方式带来的另一个问题是端到端的延迟可能增加。、

（2）SPIN（Sensor Protocol for Information via Negotiation）

SPIN是以数据为中心的自适应路由协议，通过数据协商克服泛洪的缺点。数据协商的方式为：

1）源节点发布广播消息ADV，告知周围节点有新数据要传输；

2）这个新数据感兴趣的周围节点向源节点发请求消息REQ；

3）源节点收到REQ后，向感兴趣的节点发送数据包DATA。这样避免了无目的泛洪。SPIN是一种周期性协议，每隔一段时间传感器节点就会采集一次数据，并启动数据协商过

程将此数据发送出去。

（3）定向扩散（directed diffusion，DD）协议

DD协议中的路由是通过信息收集节点发起而建立的，它是专门为无线传感器网络设计的。信息收集节点周期性地向传感器网络中广播interests数据包，告知网络中的其他节点它对什么信息感兴趣，以此来寻找数据源。网络中的每个节点只了解给它发送请求的相邻节点。节点通过建立一个梯度（gradient）来转发“询问”给它的相邻节点。梯度越大则在这个方向上找到源节点的可能性就越大。这个过程中，interests到达了源节点，一个临时的梯度场建立了。源节点沿梯度最大的方向传输数据到信息收集节点。梯度最大路径也就是功耗最小路径，即定向扩散每次都寻找到功耗最低的路径来传输数据。其缺点是节省能耗的同时会导致整个网络节点的能耗不均衡，使得这条最低功耗路径上的节点过早死亡。

4．2 层次路由协议

（1）LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy，低功耗自适应集群构架）LEACH是第一种应用于无线传感器网络的层次路由协议。其后的大部分层次路由协议如PEGASIS、TEEN等都是在它的基础上发展而来的。LEACH算法的每一轮（round）由聚类阶段（setup phase）和稳定阶段（steady-state phase）组成。为使能耗最小，稳定阶段持续的时间比聚类阶段长。在聚类阶段，随机选择一个传感器节点作为聚类头节点（cluster-head node，CH），随机性确保聚类头节点与基站之间数据传输的高能耗成本均匀地分摊到所有传感器节点上。成为聚类头节点的节点主动向周围广播信息，其它节点根据收到的广播信息的强度来选择要加入的聚类，并告知相应的聚类头节点。类型成后，聚类头采用时分复用的方式分配通道使用权给类内节点。

在稳定阶段，节点持续采集监测数据，传送到聚类头节点，由聚类头节点对数据进行必要的融合和压缩等技术进行汇聚，并将整合后的数据发送到基站或汇节点。稳定阶段持续一段时间后，网络进入下一轮工作周期，重新选择聚类头。

（2）TEEN（Threshold-Sensitive Energy Efficient Protocols，敏感门限高效能耗传感器网络协议）

依照应用模式的不同，无线自组织网络可分为主动型和响应型两种。主动型传感器网络持续监测周围的物质现象，并以恒定的速率发送监测数据；而响应型传感器网络只是被观测对变量发生突变时才传送数据，这样可以节省许多不必要的能量开支。TEEN和LEACH的实现机制非常类似，只是前者是响应型的，而后者属于主动型。

在TEEN中定义了硬、软两个门限值，以确定是否需要发送监测数据。每当聚类头改变后，聚类头除了广播自己的相关属性外，还会将硬、软门限这两个参数广播给其它节点。硬门限是关于传感属性的一个绝对值，当监测数据超过设定的硬门限时，节点才开启收发信机进行数据传输。软门限是当传感属性的变化超过一定范围时，才触发收发信机开始传送信息。工作过程为：节点持续地监测周围的物质现象，当收集到的数据的属性集参数第一次超过硬门限时，节点开始发送数据，并将它作为新的硬门限，并在紧接着的时隙内发送它。在接下来的过程中，如果监测数据的变化幅度大于软门限界定的范围，则节点传送最新采集的数据，并将它设为新的硬门限。通过调节软门限值的大小，可在监测精度和系统能耗之间取得平衡。

TEEN的一个主要问题是：如果某节点没有收到聚类头广播的门限值的话，数据的属性值就一直达不到门限，该节点就不会发送数据，用户也无法收到该节点的数据。而且由于需要配置门限函数等，也增加了开销和复杂度。

（3）多类头聚类算法

传感器网络中，节点数据传输失败的原因可能有如下几类：

节点自身能量受限

节点的硬件故障λ

λ节点通道传输错误

在LEACH等单类头地聚类路由算法中，如果类头节点在一个工作周期的稳定阶段不能承受其收集数据、融合数据并成功发送数据到基站的作用，那么该类中所有非类头节点因采集、传输数据所消耗的能量将白白浪费了。因此，可采用多类头节点的方法提高可靠性。

在聚类过程中，采用随机轮转的方法确定每个类的类头节点后，每个类头节点各自向类内所有节点广播，收到广播信号的非类头节点向其回送确认信号（其中包括该节点的剩余能量值）。如果某个非类头节点同时收到多个广播信号，则该节点依据接收信号的强度，选择加入到发送信号最强的类头节点所在的类中。每个类头节点根据解收到的确认信号确定各自类内的非类头节点数，同时在这些非类头节点中选定若干个“健壮”节点辅助类头节点完成稳定阶段的数据收集、融合和发送任务。

（4）多层聚类算法

传感器网络中的工作节点处于不同的层，所处层次越高，所覆盖的面积越大。最初，所有节点均在最底层，通过竞争获得提升高层的机会。新的工作周期开始时，每个节点都广播自己的状态信息，包括储备能量、所在层次和首领的ID（如果有的话）等，然后进入等待状态以便相互了解信息，等待时间与所在层次成正比。处在最低层的节点如果没有首领。等待状态结束后，立刻启动一个“晋升定时器”，定时时间与自身能量以及接收到同层其它节点广播消息的数目成反比，目的是为能量且在密集区的节点获得较多的提升机会。一旦定时时间到，节点升入高层，将有发给自己广播消息的节点视为潜在的子节点，并广播自己新的状态信息，低层节点选择响应这些准首领的广播消息，最终确定唯一的通信关系。选择了首领的节点，自己的“晋升定时器”将停止工作，意味着本轮放弃了晋升机会。在每个工作周期结束以后，高层节点将视自己的状态信息（如有子节点，功率是否充足）决定是否让出首领位置。

以上讨论的基于簇的无限传感器网络协议，通常假设簇首间可以直接通信，忽略了簇间路由的建立过程，文献[3]中对之作了详细描述，本文不再赘述。

5 结束语

灵活性、容错性、高密度等特点，使得无线传感器网络有着与传统网络不可比拟的优势，也开辟了不少有价值的商业应用。本文在介绍无线传感器网络体系结构的基础上，着重讨论了与网络密切相关的网络层路由协议问题。洪泛和SPIN、SPEED协议不需要建立路由表，与基于路由表的协议相比，简单但能耗大。基于路由表的路由协议中，主动型路由协议不管有没有数据传输都需要定期更新路由，而响应型路由协议只有在数据需要传输时才会建立或更新路由。如果网络传输量很小，响应型路由协议的开销一般比主动型小，但在网络传输量很大时，则相反。在主动型路由协议中，层次路由的能耗比较均衡，节点的死亡也是随机的。一般而言，层次路由比平面路由的生命周期长，但它通常应用于小规模网络。

参考文献：

[1]纪阳，张平.无限传感器网络的体系结构，中兴通讯技术，2005.8 VolII.4,32-35

[2]Woo A, Culler D. A transmission Control Scheme for Media Access in Sensor Networks [A]. Proc. ACM MobiCom 01[C]. Rome,Italy,2001,221-235.

[3]滑楠，史浩山，等.无线传感器网络簇间路由算法研究，计算机工程与研究，2005.30,125-129

无线传感器网络整理

1.无线传感器节点一般包括那三种组件无线模块、传感模块、可编程模块 2.ZigBEE标准定义了哪几种传输方式？周期数据传输、间歇性数据传输、重复低时延传输 3.无线传感器网络概念无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是一种全新的信息获取平台，能够实时监测和采集网络分布区域内各种检测对象的信息，并将这些信息发送到网关节点，以实现复杂的指定范围内目标检测与跟踪，具有快速展开，抗毁性强等特点，有着广阔的应用前景。 4. 传感器网络的三个基本要素：传感器，感知对象，观察者 5.传感器网络的基本功能协作地感知、采集、处理和发布感知信息 6.LoWPAN提出了哪四类栈头？广播栈头、mesh栈头、分片栈头、包头压缩栈头 7.在WSN中，传感器节点具有数据源和路由器的双重角色。因此通信有两个执行的依据：数据源功能、路由功能。 8.传感器节点;功能：采集、处理、控制和通信等;网络功能：兼顾节点和路由器;资源受限：存储、计算、通信、能量 Sink节点功能：连接传感器网络与Internet等外部网络，实现两种协议栈之间的通信协议转换，发布管理节点的监测任务，转发收集到的数据。特点：连续供电、功能强、数量少等 9.无线传感网的基本特点1传感器节点体积小，能量有限2传感器节点计算和存储能力有限3通信半径小，带宽低4传感器节点数量大且有自适应性5无中心和自组织6网络动态性强7以数据为中心的网络10.无线传感器网络面临的挑战主 要体现:低能耗、实时性、低成本、 安全和抗干扰，协作 1无线传感器网络的主要应用领域： 1.军事应用 2.环境应用 3.医疗应 用家庭应用工业应用6.智慧城市 1简述影响传感网设计的因素有哪 些？A. 硬件限制、B.容错（可靠 性）、C. 可扩展性、D. 生产成本、 E. 传感网拓扑、 F. 操作环境（应 用）、G. 传输媒介、H. 能量消耗（生 命周期） 2.无线传感设备有哪几个基本部件 组成的？每个部件的主要作用是什 么？传感单元：感应单元具有从外 界收集信息的能力。根据观察到的 现象，传感器产生模拟信号，然后 被ADC转换成数字信号，送入处理 单元。处理单元：控制传感器节点 执行感知操作、运行相应的算法并 控制与其他节点无线通信的整个过 程。收发机单元：实现两个传感器 节点间的通信。能量单元：为传感 器节点的每个部件供电。定位系统： 提供传感器节点的物理位置。移动 装置：与传感单元协作，完成操作， 并由处理单元控制传感器节点的移 动。供能装置：热能、动能和振动 能量的能源采集技术来产生能量。 3.无线传感器网络预部署策略应满 足那些需要？（1）、减少安装成本 （2）、消除任何预组织与预计划的 成本（3）、增加组织的灵活性（4）、 提升自组织与容错性能 4.对于一个收发机而言，数据通信 功耗简单模型有哪几部分构成？发 射机输出的功率、收发机电子器件 消耗的能量 5.请写出发射机和接收机简化能量 模型的功耗计算公式。 n am p elec tx tx d k e k E d k? ? + ? = - ) , ( E k E k E elec rx rx ? = - ) ( 7. 源节点与Sink节点相距500米， 节点的广播半径为10米，那么将1 Mbit 的数据从源节点传输到Sink 节点处，使用能量简化模型，需消 耗多少能量？（假定所有邻居节点 均能偷听（overhearing ）到每个 节点的广播。） 1.物理层的主要任务是什么？物理 层能实现哪些功能？物理层的主要 任务：将比特流转换成适合在无线 信道中传输的信号物理层的主要功 能如下：①为数据终端设备(Data Terminal Equipment，DTE)提供传 送数据的通路。②传输数据。③其 他管理工作。 2.WSN RF通信的主要技术包括哪 些？窄带通信、扩频和超宽带 （UWB）技术 3.简述窄带通信最不适用于WSN 的原因是什么？主要原因在于该技 术是以牺牲能量效率来换取宽带效 率的。最主要的是随着调制级数的 增加，带宽效率缓慢提高但能量效 率显著下降。 4.简述RF 无线通信中，发送端和 汇聚节点传播信息的步骤。1、信源 编码（数据压缩）：在发送端，用信 源编码器对信源进行编码，信源编 码就是根据信息的统计特性用一些 信息位表示信息源，组成源码字。 信源编码同时包含了数据压缩。2、 信道编码（差错控制编码）：信道编 码器对源码字进行编码以减少无线 信道差错对信源产生的影响，信道 编码包括差错控制编码。3、交织和 调制：经过信道编码的码字进行交 织来抑制突发错误，交织技术可以 避免大片连续误比特的情况。4、无 线信道传播：传输波形在信道中传 播。 5.请解释分组码表示的码组各个参 数的含义。分组码的码组（n,k,t) n是分组长度、k是信息长度、t是 最大纠错位数。

物联网简介及基于ZigBee的无线传感器网络

物联网简介及基于ZigBee的无线传感器网络 摘要 物联网，是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮，是一个全新的技术领域，给IT和通信带来了广阔的新市场。积极发展物联网技术，尽快扩展其应用领域，尽快使其投入到生产、生活中去，将具有重要意义。 ZigBee无线通信技术是一种新兴的短距离无线通信技术，具有低功耗、低速率、低时延等特性，具有强大的组网能力与超大的网络容量，可以广泛应用在消费电子品、家居与楼宇自动化、工业控制、医疗设备等领域。由于其独有的特性，ZigBee无线技术也是无线传感器网络的首选技术，具有广阔的发展前景。ZigBee协议标准采用开放系统接口(051)分层结构，其中物理层和媒体接入层由IEEE802.15.4工作小组制定，而网络层，安全层和应用框架层由ZigBee联盟制定。 本文首先从概念、技术架构、关键技术和应用领域介绍了物联网的相关知识，然后着重介绍了基于ZigBee的无线传感器网络，其中包括无线传感网简介、ZigBee技术概述和基于ZigBee的无线组网技术。 关键词：物联网；ZigBee；无线传感器网络

物联网简介 物联网概念 “物联网概念”是在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。其定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。 最简洁明了的定义：物联网(Internet of Things)是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化3个重要特征。 技术架构 从技术架构上来看，物联网一般可分为三层：感知层、网络层和应用层。 感知层是物联网的皮肤和五官-用于识别物体，采集信息。感知层包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、M2M终端、传感器网关等，主要功能是识别物体、采集信息，与人体结构中皮肤和五官的作用类似。 感知层解决的是人类世界和物理世界的数据获取问题。它首先通过传感器、数码相机等设备，采集外部物理世界的数据，然后通过RFID、条码、工业现场总线、蓝牙、红外等短距离传输技术传递数据。感知层所需要的关键技术包括检测技术、短距离无线通信技术等。 网络层是物联网的神经中枢和大脑-用于传递信息和处理信息。网络层包括通信网与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心等。网络层将感知层获取的信息进行传递和处理，类似于人体结构中的神经中枢和大脑。 网络层解决的是传输和预处理感知层所获得数据的问题。这些数据可以通过移动通信网、互联网、企业内部网、各类专网、小型局域网等进行传输。特别是在三网融合后，有线电视网也能承担物联网网络层的功能，有利于物联网的加快推进。网络层所需要的关键技术包括长距离有线和无线通信技术、网络技术等。 应用层是物联网的"社会分工"-结合行业需求，实现广泛智能化。应用层是物

ZigBee无线传感网报告

无线传感网期末作业 ZigBee在智能家居领域的应用与前景 学院： 姓名： 2015.01.01

ZigBee无线传感网在智能家居领域中的应用前景分析 一、应用背景 智能家居的概念最早由美国、加拿大、欧洲、澳大利亚以及东南亚等经济比较发达的国家提出。世界上第一幢智能建筑于1984年在美国康涅狄格州出现，当时只是对一座旧式大楼进行了一定改造，采用计算机对大楼内的空调、电梯、照明灯设备进行监测和控制，并提供语音通信、电子邮件和情报资料灯方面的信息服务。而后涌现了各种不同的解决方案，涉及到生活的方方面面。 1998年5月新加坡举办的“98亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会”上，通过在场内模拟“未来之家”，推出了新加坡模式的家庭智能化系统。它的系统功能包括三表抄送功能、安防报警功能、可视对讲功能、监控中心功能、家电控制功能、有线电视接入、电话接入、住户信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布线箱、宽带网接入和统软件配置等。 国内智能家居的控制系统产品十分繁多，由于入行门槛不高，技术水平要求较低，中国产生了数百个互不兼容的标准，直接导致了国内行业竞争激烈，标准不统一带来实际应用的的麻烦。而2005年以后，智能家居的野蛮成长和恶性竞争，给智能家居行业带来了极大的负面影响。导致实际使用效果差，产品可靠性、安全性缺乏。不少媒体对智能家居提出了质疑，一般民众也逐渐丧失了信心。 但是智慧家居是今后家居领域发展的必然趋势，虽然市场推广才刚刚开始，但行业的竞争已经很激烈，光是宁波就有不下5家企业专门从事这方面开发。面对中国庞大的需求市场，预计该行业将以年均19.8%的速率增长，在2015年产值达1240亿元。 二、技术分析 智能家居不同于数据通信网络，其要求低速率低成本的控制手段。其仅需要设备的互联和控制，故应该考虑以下特点： 1.低成本家庭控制网络中控制的对象主要是大量的家电和传感器终端节点，这种较大规模的网络需要一个低成本的节点组网技术。 2.标准化需要各个家居组成部件之间互相通信，标准化的工作非常重要。 3.跨平台使用环境是一个家居环境，整个系统中有着形形色色的平。

无线传感器网络安全技术综述

无线传感器网络安全技术综述 摘要：本文总结了无线传感器网络面临的安全问题，并从安全协议、安全算法、密钥管理、认证技术、入侵检测等方面分析了近年来无线传感器网络所用的安全技术。最后分析总结了无线传感器网络未来安全技术研究应该注意的地方。 关键词：安全问题协议算法认证技术入侵检测 1 引言 无线传感器网络在近些年来发展迅速，被认为是新一代的传感器网络，由于其体积小，成本低，功耗低，具有自组织网络，现已经广泛应用于军事、环境监测、交通管制、森林防火、目标定位、医疗保健、工业控制等场景[1]。 大多无线传感器网络节点被部署在无人值守或地方区域，传感器网络受到的安全威胁就变得更为突出，且由于传感器节点体积小，其储存开销、能量开销、通信开销都受到限制，所以传统无线网络的安全机制并不能完全的应用于无线传感器网络中。缺乏有效的安全机制已经成为传感器网络应用的主要障碍. 近些年来，随着无线传感器网络的发展，其安全技术也有了很大的进步。虽然传感器网络安全技术研究与传统网络有着很大的区别，但他们的出发点有相同的敌方，均需要解决信息机密性、完整性、消息认证、信息新鲜性、入侵检测等问题[2]，无线传感器网络的安全协议跟传统网络的安全协议有着其独特性也有其同性。国内外研究人员针对无线传感器网络安全协议、算法、密钥管理、认证技术、体系结构等方面都进行了大量的研究，取得了很多成果。本文将对这些已有的研究成果进行总结分析。 2 无线传感器网络安全概述 无线传感器网路安全要求是基于在传感器节点和网络本身条件限制而言的，如而节点的电池能量、睡眠模式、内存大小、传输半径、时间同步等。部署的环境也是网络安全问题的一个重要因素。 2.1网络受到的威胁和攻击 攻击是一种非法获取服务、信息，改变信息完整性，机密性的行为。无线传感

ZIGBEE无线传感器网络简介

无线传感器网络简介 2007年01月06日星期六下午04:29 ［来源：仪器仪表与传感器网］ 科技发展的脚步越来越快，人类已经置身于信息时代。而作为信息获取最重要和最基本的技术——传感器技术，也得到了极大的发展。传感器信息获取技术已经从过去的单一化渐渐向集成化、微型化和网络化方向发展，并将会带来一场信息革命。 发展历程 早在上世纪70年代，就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感器网络雏形，我们把它归之为第一代传感器网络。随着相关学科的的不断发展和进步，传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力，并通过与传感控制器的相联，组成了有信息综合和处理能力的传感器网络，这是第二代传感器网络。而从上世纪末开始，现场总线技术开始应用于传感器网络，人们用其组建智能化传感器网络，大量多功能传感器被运用，并使用无线技术连接，无线传感器网络逐渐形成。 无线传感器网络是新一代的传感器网络，具有非常广泛的应用前景，其发展和应用，将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。发达国家如美国，非常重视无线传感器网络的发展，IEEE正在努力推进无线传感器网络的应用和发展，波士顿大学(Boston Unversity)还于最近创办了传感器网络协会(Sensor Network Consortium)，期望能促进传感器联网技术开发。除了波士顿大学，该协会还包括BP、霍尼韦尔(Honeywell)、Inetco Systems、Invensys、 L-3 Communications、Millennial Net、Radianse、 Sensicast Systems及Textron Systems。美国的《技术评论》杂志在论述未来新兴十大技术时，更是将无线传感器网络列为第一项未来新兴技术，《商业周刊》预测的未来四大新技术中，无线传感器网络也列入其中。可以预计，无线传感器网络的广泛是一种必然趋势，它的出现将会给人类社会带来极大的变革。 应用现状 虽然无线传感器网络的大规模商业应用，由于技术等方面的制约还有待时日，但是最近几年，随着计算成本的下降以及微处理器体积越来越小，已经为数不少的无线传感器网络开始投入使用。目前无线传感器网络的应用主要集中在以下领域： 1. 环境的监测和保护 随着人们对于环境问题的关注程度越来越高，需要采集的环境数据也越来越多，无线传感器网络的出现为随机性的研究数据获取提供了便利，并且还可以避免传统数据收集方式给环境带来的侵入式破坏。比如，英特尔研究实验室研究人员曾经将32个小型传感器连进互联网，以读出缅因州"大鸭岛"上的气候，用来

无线传感器网络综合整理

无线传感器网络 1无线传感器网络简介 WSN是wireless sensor network的简称，即无线传感器网络。 无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价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的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。 WSNs网络体系结构如图所示。数量巨大的传感器节点以随机散播或者人工放置的方式部署在监测区域中，通过自组织方式构建网络。由传感器节点监测到的区域内数据经过网络内节点的多跳路由传输最终到达汇聚节点（Link节点），数据有可能在传输过程中被多个节点执行融合和压缩，最后通过卫星、互联网或者无线接入服务器达到终端的管理节点。用户可以通过管理节点对WSNs进行配置管理、任务发布以及安全控制等反馈式操作。 图1.1 传感器节点 功能：采集、处理、控制和通信等 网络功能：兼顾节点和路由器

图1.2 Sink节点 功能：连接传感器网络与Internet等外部网络，实现两种协议栈之间的通信协议转换，发布管理节点的监测任务，转发收集到的数据。 特点：连续供电、功能强、数量少等 2无线传感器网络特点 2.1硬件资源有限 受体积成本限制，传感器节点的硬件资源有限，其计算能力、存储能力相对较弱。 2.2电源容量受限 通常传感器节点投放在不适合电源不补给的恶劣环境和无人区，所以仅靠电池供电。 2.3对等网络 各传感器地位平等，没有固定的中心节点，是一种对等网络。 2.4多跳路由 网络数据的传送往往采用多跳转发的方式。 2.5动态拓扑 无线传感器网络的拓扑是动态变化的，因为无线传感器的节点是移动，数量是变化的（主动和被动变化）。

Zigbee无线传感器网络英文文献

Zigbee Wireless Sensor Network in Environmental Monitoring Applications I. ZIGBEE TECHNOLOGY Zigbee is a wireless standard based on IEEE802.15.4 that was developed to address the unique needs of most wireless sensing and control applications. Technology is low cost, low power, a low data rate, highly reliable, highly secure wireless networking protocol targeted towards automation and remote control applications. It’s depicts two key performance characteristics – wireless radio range and data transmission rate of the wireless spectrum. Comparing to other wireless networking protocols such as Bluetooth, Wi-Fi, UWB and so on, shows excellent transmission ability in lower transmission rate and highly capacity of network. A. Zigbee Framework Framework is made up of a set of blocks called layers.Each layer performs a specific set of services for the layer above. As shown in Fig.1. The IEEE 802.15.4 standard defines the two lower layers: the physical (PHY) layer and the medium access control (MAC) layer. The Alliance builds on this foundation by providing the network and security layer and the framework for the application layer. Fig.1 Framework The IEEE 802.15.4 has two PHY layers that operate in two separate frequency ranges: 868/915 MHz and 2.4GHz. Moreover, MAC sub-layer controls access to the radio channel using a CSMA-CA mechanism. Its responsibilities may also include transmitting beacon frames, synchronization, and providing a reliable transmission mechanism. B. Zigbee’s Topology The network layer supports star, tree, and mesh topologies, as shown in Fig.2. In a star topology, the network is controlled by one single device called coordinator. The coordinator

无线传感器网络的应用研究

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：

无线传感器网络节点介绍

基于系统集成技术的节点类型和特点 在节点的功能设计和实现方面，目前常用的节点均为采用分立元器件的系统集成技术。已出现的多种节点的设计和平台套件，在体系结构上有相似性，主要区别在于采用了不同的微处理器，如AVR系列和MSP430系列等；或者采用了不同的射频芯片或通信协议，比如采用自定义协议、802.11协议、ZigBee[1]协议、蓝牙协议以及UWB通信方式等。典型的节点包括Berkeley Motes [2，3], Sensoria WINS[4], MIT μAMPs [5], Intel iMote [6], Intel XScale nodes [7], CSRIO研究室的CSRIO节点[8]、Tmote [9]、ShockFish公司的TinyNode[10]、耶鲁大学的XYZ节点[11] 、smart-its BTNodes[12]等。国内也出现诸多研究开发平台套件，包括中科院计算所的EASI系列[13-14]，中科院软件所、清华大学、中科大、哈工大、大连海事大学等单位也都已经开发出了节点平台支持网络研究和应用开发。 这些由不同公司以及研究机构研制的无线节点在硬件结构上基本相同，包括处理器单元、存储器单元、射频单元，扩展接口单元、传感器以及电源模块。其中，核心部分为处理器模块以及射频通信模块。处理器决定了节点的数据处理能力和运行速度等，射频通信模块决定了节点的工作频率和无线传输距离，它们的选型能在很大程度上影响节点的功能、整体能耗和工作寿命。 目前问世的传感节点（负责通过传感器采集数据的节点）大多使用如下几种处理器：ATMEL公司AVR系列的ATMega128L处理器，TI公司生产的MSP430系列处理器，而汇聚节点（负责会聚数据的节点）则采用了功能强大的ARM处理器、8051内核处理器、ML67Q500x系列或PXA270处理器。这些处理器的性能综合比较见表1。 表1、无线传感器网络节点中采用的处理器性能比较

无线传感器网络综述.

无线传感器网络综述 李烨张旗黄晓霞 摘要随着“感知中国”、“智慧地球”等战略性的课题提出,无线传感网络的核心技术与标准将成为各国争相研究的热点。在无线传感网络中,低功耗是最核心的问题。本文以降低节点的通信能耗和延长网络寿命为出发点,阐明了通信OSI模型中物理层、数据链路层、网络层以及传输层的低功耗策略与方法。 1 引言 无线自组织传感器网络被认为是新世纪最重要的技术之一。无线传感器网络应用前景非常广阔,能够广泛应用于军事、环境监测和预报、健康护理、智能家居、建筑物状态监控、城市交通、大型车间和仓库管理,以及机场、大型工业园区的安全监测等领域。随着“感知中国”、“智慧地球”等国家战略性的课题提出,传感器网络技术的发展对整个国家的社会与经济,甚至人类未来的生活方式都将产生重大意义。最近二十年间,以互联网为代表的计算机网络技术给世界带来了深刻变化,然而,网络功能再强大,网络世界再丰富,终究是虚拟的,与现实世界还是相隔的。互联网必须与传感网络相结合,才能与现实世界相联系。集成了传感器、微机电系统和网络三大技术的新型传感网络(又称物联网,是一种全新的信息获取和处理技术,其目的是让物品与网络连接,使之能被感知、方便识别和管理。物联网用途广泛,遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康等多个领域。物联网被称为继计算机、互联网之后,世界信息产业的第三次浪潮。业内专家认为,物联网一方面可以提高经济效益,大大节约成本;另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。目前,美国、欧盟、中国等都在投入巨资深入研究探索物联网。我国高度关注与重视物联网的研究,工业和信息化部会同有

Zigbee网络原理与应用教案

计算机与信息技术学院 课程教案 专业物联网工程 课程Zigbee网络原理与应用 讲授人姚建峰 2015 年 9月10日

(一) 课程名称：Zigbee网络原理与应用 (二) 学时学分：周4学时，3学分 (三) 预修课程：电子线路、数字逻辑、计算机组成原理、高级语言程序设计 (四) 使用教材 ZigBee技术与实训教程――基于CC2530的无线传感网技术，清华大学出版社，2014年5月第1版 (五) 教学参考书(3本以上) 1、李文仲编著：《Zigbee2006无线网络与无线定位实战》，北京航空航天大学出版社，2008年1月第1版； 2、王小强编著：《Zigbee无线传感器网络设计与实现》，化学工业出版社，2012年6月第1版； 3、郭渊博编著：《Zigbee技术与应用》，国防工业出版社，2010年6月第1版。 （六）教学方法：课堂讲授，课堂演示，师生互动，理论与实验结合教学。 (七) 教学手段：多媒体教学。 (八) 考核方式：闭卷考试。 (九) 学生创新精神与实践能力的培养方法：结合实验、具体应用、小组讨论等方式使学生掌握Zigbee技术开发的基本方法，提高学生分析问题和解决问题的能力，培养学生的动手能力和创新能力。 (十) 其它要求：严格考勤，学生课堂表现和实验完成情况占学生成绩的30%，期末成绩占70%。

第一章无线传感器网络 教学时数：2学时 教学目的与要求：主要让学生理解无线传感网络的主要概念，了解无线传感网络的发展历程、研究现状与研究前景、应用领域，掌握无线传感网络的特点、网络体系结构、关键技术。 教学重点：无线传感器网络体系结构。 教学难点：无线传感器网络的关键技术。 第一节无线传感器网络概述(了解) 1.无线传感器网络的概念： 无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价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的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。 2.无线传感器网络的发展历程： 第一阶段:最早可以追溯至越战时期使用的传统的传感器系统。当年美越双方在密林覆盖的“胡志明小道”进行了一场血腥较量，“胡志明小道”是胡志明部队向南方游击队输送物资的秘密通道，美军对其进行了狂轰滥炸，但效果不大。后来，美军投放了2万多个“热带树”传感器。“热带树”实际上是由震动和声响传感器组成的系统，它由飞机投放，落地后插入泥土中，只露出伪装成树枝的无线电天线，因而被称为“热带树”。只要对方车队经过，传感器探测出目标产生的震动和声响信息，自动发送到指挥中心，美机立即展开追杀，总共炸毁或炸坏4.6万辆卡车。 第二阶段:二十世纪80年代至90年代之间。主要是美军研制的分布式传感器网络系统、海军协同交战能力系统、远程战场传感器系统等。这种现代微型化的传感器具备感知能力、计算能力和通信能力。因此在1999年，商业周刊将传感器网络列为21世纪最具影响的21项技术之一。 第三阶段:21世纪开始至今，也就是9·11事件之后。这个阶段的传感器网络技术特点在于网络传输自组织、节点设计低功耗。除了应用于反恐活动以外，在其它领域更是获得了很好的应用，所以2002年美国国家重点实验室－－橡树岭实验室提出了“网络就是传感器”的论断。 3.无线传感器网络研究现状： （1）国外无线传感器网络的研究现状 1998年，美国国防部提出了“智能尘埃”的概念，最先开始无线传感器网络技术的研究，目的是为监控敌方的活动情况而不被察觉。2001年，美国陆军提出“灵巧传感器网络通信”计划，将无人值守式弹药、传感器和未来战斗系统

无线传感器网络应用系统介绍

无线传感器网络应用系统介绍 无线传感器网络是由部署在监测区域内部或附近的大量廉价的、具有通信、感测及计算能力的微型传感器节点通过自组织构成的“智能”测控网络[1][2]。无线传感器网络在军事、农业、环境监测、医疗卫生、工业、智能交通、建筑物监测、空间探索等领域有着广阔的应用前景和巨大的应用价值，被认为是未来改变世界的十大技术之一、全球未来四大高技术产业之一。 目前，国内外众多研究机构都已开展了无线传感器网络技术及其应用的相关研究。本文主要针对无线传感器网络技术在不同领域的应用情况及未来发展趋势和制约因素进行介绍。 无线传感器网络概述 传感器节点可以完成环境监测、目标发现、位置识别或控制其他设备的功能；此外还具有路由、转发、融合、存储其他节点信息等功能。 网关负责连接无线传感器网络和外部网络的通信，实现两种网络通信协议之间的转换，发送控制命令到传感器网络内部节点，以及传送节点的信息到服务器。 服务器用于接收监测区域的数据，用户可远程访问服务器，从而获得监测区域内监测目标的状态以及节点和设备的工作情况。 无线传感器网络通常具有如下主要特点： (1)自组织。传感器网络系统的节点具有自动组网的功能，节点间能够相互通信协调工作。 (2)多跳路由。节点受通信距离、功率控制或节能的限制，当节点无法与网关直接通信时，需要由其他节点转发完成数据的传输，因此网络数据传输路由是多跳的。 (3)动态网络拓扑。在某些特殊的应用中，无线传感器网络是移动的，传感器节点可能会因能量消耗完或其他故障而终止工作，这些因素都会使网络拓扑发生变化。 (4)节点资源有限。节点微型化要求和有限的能量导致了节点硬件资源的有限性。 无线传感器网络应用现状

无线传感器网络研究报告现状及发展

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

无线多媒体传感器网络综述

多媒体传感器网络综述 摘要：随着监测环境的日趋复杂多变，无线多媒体传感器网络应运而生，作为一种全新的信息获取和处理技术，多媒体传感器网络较之传统传感器网络更多地关注于音频、视频、图像等大数据量、大信息量媒体的采集与处理,在军事、民用及商业领域中具有广阔的应用前景。 关键词：多媒体传感器网络体系结构特点关键技术 0.引言 随着监测环境的日趋复杂多变，传统无线传感器网络所获取的简单数据愈加不能满足人们对环境监测的全面需求，迫切需要将信息量丰富的图像、音频、视频等媒体引入到以传感器网络为基础的环境监测活动中来，实现细粒度、精准信息的环境监测。由此，无线多媒体传感器网络(wireless multimedia sensor networks，WMSNs)应运而生[1]。 多媒体传感器网络是由一组具有计算、存储和通信能力的多媒体传感器节点组成的分布式感知网络，它借助于节点上多媒体传感器感知所在周边环境的多种媒体信息(音频、视频、图像、数值等)，通过多跳中继方式将数据传到信息汇聚中心，汇聚中心对监测数据进行分析，实现全面而有效的环境监测[2]。 1.多媒体传感器网络体系结构 一个典型的多媒体传感器网络通常由多媒体传感器节点(multimedia sensor)、汇聚节点(sink node)、控制中心(control center)等。 多媒体传感器节点散布在指定的感知区域内。其采集的数据沿着其他多媒体传感器节点逐跳进行传输，经过“多跳”路由传送节点，最后通过Internet网络或通信卫星到达控制中心。用户通过控制中心对传感器网络进行配置和管理。发布监测任务以监测数据，如图l所示[2, 3]。

基于Zigbee的无线传感器网络与IP连接

2012第四次国际会议“计算智能，建模与仿真” 基于ZigBee的无线传感网络与IP连接Alaparthi Narmada Parvataneni Sudhakara Rao 欧洲经委会JNTU 欧洲经委会 技术科学Vignan研究所，技术科学Vignan研究所 Deshmukhi，Nalgonda DT，印度安得拉邦。Deshmukhi，Nalgonda DT，安得拉邦，印度 Email: a.narmada@https://www.wendangku.net/doc/2911012137.html, Email: sparvata@https://www.wendangku.net/doc/2911012137.html, 摘要 -无线传感器网络（WSN ）包括在远程位置的分布式传感器节点，用于测量在远程位置的传感器数据。无线传感器网络中的每个节点都包括一个无线微控制器接口与传感器。用户面临着独立工作和多样化的电子设备，如电视，掌上电脑，笔记本电脑等。必须要有中间软件来粘合这些异构设备。它还集成了无线传感器网络和IP ，以满足现实世界需求并且能够基于IP的无线传感器网络的电子设备来访问相同或不同网络的其他设备。 TCP / IP堆栈不适合被移植到无线传感器网络节点的内存。它占用更多的内存，并导致更多的开销的无线传感器网络。实现基于IP的无线传感器网络的技术有两种基本方法：基于网关的方法和虚拟网关的方法。一种新的基于无线微控制器的新的网络来集成IP和无线传感器网络被提了出来。硬件采用一个协调员，三台路由器和集成IP和无线传感器网络的一台手持设备。大会提出了新的寻址机制来建立虚拟IP和无线传感器网络地址作为这个集成的一部分。 关键词：无线传感器网络; PAN; PANM; IP I.引言

无线技术（如蓝牙，IEEE 802.11无线局域网和IEEE802.15.4无线传感器网络）的出现奠定了机器之间（M2M）通信的基础。在这一方面，一个设备能协同工作并服务人类的系统是必需的。具有多个输入输出单元，提供了一个连贯和环绕接口的虚拟设备具有许多优点，包括安全性[1]。设备可以共享资源如：处理能力，内存，数据，应用网络接入点和用户借口。 在家的设备将形成一个个人区域网（PAN），其中的设备可能会在网络中动态地出现和消失。这个需求可以通过使用一个能够在PAN内简历虚拟设备的PAN 中间件（PANM）来实现。它可以处理设备的动态存在或消失和设备类型的多样化。本文着重论述在PAN内介于网络层和应用层之间的应用互连。它隐藏了PAN内参与的各个独立的设备，并提出应用程序在设备上运行的与在单独计算机上一样的能力。中间件包含一些智能化功能，同时，它有助于用户控制PAN，提高了人机交互（HCI）。 II.Z IGBEE 技术 为了实现这一引人注目的理念，并让设备到设备的协作，通信和网络必须建立。传统的PAN一直被认为实现了蓝牙技术。使用ZigBee的基于IP的PAN的建立是一个自下而上的网络方式，这是一个明智的一步进程。在“PAN外围（ZigBee 设备）'必须建立链路层连接到邻近的设备。当链路已建立连接，该设备可能会继续配置IP网络层并将它的地位提升到“ZigBee PAN主机”。当IP连接[3]建立后，设备可能会继续配置IP网络层来参与网络运营和管理，其中包括作为'zigbee PAN - 路由器‘的[4]PAN路由协议。该网络建立过程开始于两个设备发现对方，洽谈，互相配对，并在设备发现和连接建立阶段形成初始PAN网络。这有两个方面的考虑：1，形成家庭网络和人机界面；2，利用IP连接到外部世界。 IEEE 802.15.4协议被采纳为低速率无线局域网的个人区域网络（LR-WPAN）的一个通信标准[2]。ZigBee是一种无线网络标准，其目的是遥控和传感器的应用，它适用于在恶劣的无线环境和在隔离的位置。它建立在标准IEEE802.15.4，其中定义了物理层和MAC层。Zigbee的还定义了应用程序和安全[1]层规范实现来自不同厂商的产品之间的互操作性。图1显示了Zigbee协议作为一个超集的IEEE 802.15.4的。

无线传感器网络复习总结

复习 题型：共计38～39题，计算题较少，原理题很多 （1）选择题15’ （2）填空题10’ （3）名词解释3’x5 （4）作图题10’x1 （5）问答题20’x1（根据原理应用自主进行选择作答） 第1章 1.P3 图1.1无线网络的分类 2.无线传感器的定义P3 无线传感器网络(WSN)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，目的是协作地采集、处理和传输网络覆盖地域内感知对象的监测信息，并报告给用户。 无线传感器网络的三个基本要素：传感器、感知对象、用户； 无线传感器网络的基本功能：协作式的感知、采集、处理和发布感知信息。

3.P4 图1.2现代信息技术与无线传感器网络之间的关系 无线传感器网络三个功能：数据采集、处理和传输； 对应的现代信息科技的三大基础技术：传感器技术、计算机技术和通信技术；对应的构成了信息系统的“感管”、“大脑”和“神经”。 4.P5P6 ★图1.3无线传感器网络的宏观架构 传感器网络网关原理是什么？

无线传感器通常包括传感器节点（sensor node），汇聚节点（sink node）和管理节点（manager node）。汇聚节点有时也称网关节点、信宿节点。 传感器节点见后2要点介绍。 Sink node：网关节点通过无线方式接收各传感器节点的数据并以互联网、移动通信网等有线的或无线的方式将数据传送给最终用户计算机。网关汇聚节点只需要具有处理器模块和射频模块、通过无线方式接收探测终端发送来的数据信息，再传输给有线网络的PC或服务器。汇聚节点通常具有较强的处理能力、存储能力和通信能力，它既可以是一个具有足够能量供给和更多内存资源与计算能力的增强型传感器节点，也可以是一个带有无线通信接口的特殊网关设备。汇聚节点连接传感器网络和外部网络。通过协议转换实现管理节点与传感器网络之间的通信，把收集到的数据信息转发到外部网络上，同时发布管理节点提交的任务。 5.传感器网络节点的组成P5 图1.4传感器网络节点的功能模块组成 传感器网络节点由哪些模块组成？－－－作图、简答 传感器模块负责探测目标的物理特征和现象，计算机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布和接受，电源模块负责节点供电，节点由嵌入式软件系统支撑，运行网络的五层协议。 6.传感器网络的协议分层P5 1.5传感器网络的协议分层 每一层的作用是什么？－－－作图、简单