基于IPv6无线传感器网络技术

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目录 (1)

基于IPv6的无线传感器网络技术 (2)

摘要 (2)

0 引言 (2)

1 IPv6无线传感器网络与现有网络互联互通方式 (2)

1.1 直接接入方式 (2)

1.2 网关接入方式 (3)

1.2.1 Peer to Peer方式 (4)

1.2.2 应用层网关 (4)

1.2.3 NAT网关 (4)

1.3 重叠方式 (4)

1.4 全IP方式 (4)

2 基于IPv6的无线传感器网络 (5)

2.1 IPv6应用在WSN中的几种可能 (5)

2.1.1 地址空间 (5)

2.1.2 移动性 (5)

2.1.3 安全性 (6)

2.1.4 无状态地址自动配置 (6)

2.2 WSN接入IPv6需解决的问题 (6)

2.2.1 WSN节点支持IPv6的程度 (6)

2.2.2 IPv6包头压缩 (6)

2.2.3 如何支持以数据为中心的业务 (6)

3 基于IPv6的无线传感器网络节点设计 (7)

3.1 设计原则 (7)

3.2 系统构架 (7)

4 基于IPv6无线传感器系统实现 (8)

4.1 节点硬件结构 (8)

4.2 软件设计 (9)

5 基于IPv6的无线传感器网络和有线网络交互 (11)

5.1 物理层 (11)

5.2 数据链路层 (12)

5.3 网关层 (12)

6 结束语 (12)

参考文献 (14)

基于IPv6的无线传感器网络技术

摘要

无线传感器网络与TCP／IPv6网络的互联是当前的热点研究方向之一。本文通过总结无线传感器网络关键技术，对IPv6无线传感器网络与现有网络的互联互通方式、关键技术和算法等方面进行概述。并介绍了一种无线传感器网络通用节点设备的基本构架。

关键词：无线传感网络；IPv6技术；网络节点；网络互联

0 引言

随着互联网在人们生活中的广泛应用，Internet已经成为人们生活中不可缺少的一部分。现在的无线网络已经集成了网络技术、无线通信技术、嵌入式技术、微机电系统(MEMS)及传感器技术并将Internet从虚拟世界延伸到物理世界，从而将信息世界与人们生活的真实世界融合在一起，改变了人与自然交互的方式，满足了人们对“无处不在”的网络的需求。

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是集信息采集、信息处理、信息传输于一体的综合智能信息系统，具有广阔的应用前景。其中包含的位置分散的独立设备使用传感器监控物理环境。这些独立设备，或称节点，可结合路由器和网关创建典型的WSN系统，能够协同地实时监测、感知和采集网络覆盖区域中各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理，处理后的信息通过无线方式发送，并以自组多跳的网络方式传送给观察者。

IPv6传感器网络把IPv6技术融入无线传感器网络，采用分层结构构建开发式的网络体系，不仅能解决无线传感器网络间、无线传感器网络与Internet间的互连互通问题，同时解决了无线传感器网络固有的缺点，如需要数量巨大的地址资源、需要实现有效地址管理机制、缺乏应有的安全机制等问题。文章就IPv6技术在无线传感网络组网的应用，概述了相关的关键技术及重点解决问题。

1 IPv6无线传感器网络与现有网络互联互通方式

基于IPv6的无线传感器网络与现有网络的互联互通主要有两种：直接接人方式、网关接入方式。

1.1 直接接入方式

采用移动终端直接与无线传感器网络节点通信的方式进行互联，简化了网络

接入的模型，不需要特殊的中间节点或者网关进行转发，直接接入现有网络，成为网络终端，实现与现有网络的无缝融合。

IPv6无线传感器网络与现有网络互联互通的直接接入方式如图1.1所示。

图1.1 直接接入方式

1.2 网关接入方式

IPv6无线传感器网络协议栈，将采集的数据通过无线传感器网络路由协议汇聚到网关，由网关对数据的转发处理，接入各种承载网络将信息发送到服务器，网关只需配置相应的接人模块即可。服务器端对监测信息进行处理和分析，并存储到数据库中。用户终端通过现有网络的协议访问服务器，获取IPv6无线传感器网络设备的信息，实现对设备的访问、控制以及有效的管理。

网关接入方式如图1.2所示。

图1.2 网关接入方式

1.2.1 Peer to Peer方式

这种方式通过设置特定的网关，在WSN和IPv6的相同协议层之间进行协议转换，实现内外网络之间的互联。这种方式下网关节点必须支持IPv6协议。按照网关工作层次的不同，可分为应用层网关和NAT(network address translation)网关两种方式。

1.2.2 应用层网关

应用层网关方式的核心方法是由设置在WSN与Internet之间的网关在应用层进行协议转换，实现数据转发功能。缺陷在于用户透明度点，WSN提供的各种服务使用困难，而且网络协议不一致。

1.2.3 NAT网关

NAT网关方式的核心方式是由NAT网关在网络层进行地址和协议的转换，初始条件必须在WSN中采用以地址为中心的网络协议，在外网采用IPv6网络协议，实现数据转发。

1.3 重叠方式

重叠方式即是WSN与IPv6之间通过协议承载方式实现互联。重叠方式可进一步分为：IP over WSN和WSN over TCP／IP两种方式。

IP(v6) over WSN：为了使用户能够直接访问或控制WSN中的部分特殊节点，这些特殊节点必须支持IPv6协议。受通信能力的限制，这些节点与网关之间的数据传输需通过IP over WSN方式才能实现隧道功能，实现数据发送与接收。

WSN over TCP／IP(v6)：该方式通过协议承载来实现传感器网络接入Internet，Internet上所有需要与传感器网络通信的节点以及网关节点被称作传感器网络的虚节点，它们所组成的网络被称作传感器网络的虚网络。在实网络部分，每个传感器节点都运行适应特点的私有协议，节点之间的通信基于私有协议进行；在虚网络部分，传感器网络私有协议的网络层被作为应用承载在TCP／UDP ／IP上，TCP／UDP／IP以隧道的形式实现虚节点之间的数据传输功能。

1.4 全IP方式

全IP方式是WSN与IPv6之间的一种无缝结合方式，充分地利用了Ipv6新特性。该方式要求WSN中的每个普通传感器节点都支持IPv6协议，实现网络互联。当前，对全IP方式存有争论，需要对其展开深入分析。

支持全IP方式理由在于：

①IP技术趋于成熟，为WSN与其融合提供了方便；

②IP组网技术相对新型组网技术更容易被人们理解与接受；

③全IP方式通过有线网络或无线网络将若干传感器节点连接到IPv6网络，

实现互联，是最简单方便的方式。

反对全IP方式理由在于：IP是以地址为中心，而WSN以数据为中心，采用IP解决WSN的通信问题将使工作效率降低：取消单独的网络层，将路由功能放到应用层或者MAC层实现，这也体现了对全IP方式的反对。认为采用全IP方式实现WSN与IP网络的互联是不可取、不可行的。

但若单独地对每个节点进行访问的情况下，应该为每个WSN节点配置全局IP地址；当用户单独访问与控制某些特殊节点时，这些特殊节点也应该具有全局IP地址。得出结论，即全IP式非常适用于对单独节点的访问与控制，为整个通信协议框架提供有力支持，加之已非常成熟完善的各种IP技术，具有一定的改进发展空间和潜在优势。

2 基于IPv6的无线传感器网络

随着计算机网络的飞速发展，Internet已发展成世界上规模最大的计算机互联网络，而目前使用的IPv4网络在经历了几十年令人惊异的增长后，已经逐渐逼近自己的极限，暴露出越来越多的在地址空间、网络安全等方面的缺点。下一代互联网IPv6所提供的巨大的地址空间以及所具有的诸多优势和功能，将逐步取代IPv4。因此，如何实现WSN与TCP／IP(v6)网络的互联已成为当前的热点研究方向之一。

2.1 IPv6应用在WSN中的几种可能

2.1.1 地址空间

IPv4协议将每个网络接口长度设定为32位IP地址标识，IPv6协议采用了长度为128位的IP地址，彻底解决了IPv4地址不足的难题。128位的地址空间足以使大企业将其所有的设备如计算机、打印机甚至寻呼机等连入Internet。这个特点对于WSN的某些应用是非常有吸引力的，例如智能家居。

2.1.2 移动性

如果能够通过有线或者无线IP网络把连接设备，只要是网络可以到达的地方，就一定可以实时监控和记录设备的活动及相关情况，并进行汇总和反馈。这种技术的应用广泛用于安全监视、远程监控、可视化协同工作和智能化建筑等领域，如多媒体视讯调度指挥、网络视频监控和会议、远程医疗、工业控制、车载移动监控等各个方面。同时，还能够满足家庭安防的需求。

2.1.3 安全性

IPv6对安全性有周密的考虑。IPv6中强制性的安全性包括两方面的内容：一方面，IPv6数据包的接收者可以要求发送者首先利用IPv6认证头进行“登录”，然后才接收数据包，有效地阻止网络“黑客”的攻击：另一方面，利用IPv6的数据包扩展部分加密数据包，可以安全地在Internet上传输敏感数据，不用担心被第三方截取。

2.1.4 无状态地址自动配置

IPv6地址配置可以分为手动地址配置和自动地址配置两种方式。自动地址配置方式又可以分为无状态地址自动配置和有状态地址自动配置两种。在无状态地址自动配置方式下，网络接口接收路由器宣告的全局地址前缀，再结合接口ID 得到一个可聚集全局单播地址。在有状态地址自动配置的方式下，主要采用动态主机配置协议，需要配备专门的DHCP服务器，网络接口通过客户机／服务器模式从DHCP服务器处得到地址配置信息。无状态自动配置更适合WSN应用。

2.2 WSN接入IPv6需解决的问题

IPv6协议毕竟不是专门面向传感器网络设计的通信协议，在无线传感器节点上运行IPv6协议还仍有些问题有待进一步解决：

2.2.1 WSN节点支持IPv6的程度

由于传感器网络中的某些节点具有路由转发的能力，因此，对于这些节点如何支持IPv6协议是一个重要问题，是仅支持主机侧IPv6，还是同时支持主机和路由的IPv6。

2.2.2 IPv6包头压缩

IPv6协议自身具有大的分组头开销，而WSN的通信业务量和数据率非常小，如何对IPv6头部的某些字段进行压缩，如何降低分组头开销有待解决。

2.2.3 如何支持以数据为中心的业务

IPv6是以地址为中心，而WSN以数据为中心，采用IPv6解决WSN的通信问题将使工作效率降低，这也是反对者的反对理由。因此，在以地址为中心的IPv6下，如何支持以数据为中心的WSN也是需要解决的重要问题。另外，在IPv6地址自动配置、TCP／IP协议栈剪裁以及无线TCP节能机制等方面都存在有改进因素。

3 基于IPv6的无线传感器网络节点设计

近年来，美国国防部、能源部和Intel公司等国外机构建设了很多演示系统。比较接近实用的传感器节点硬件设备主要包括Smart dust 和Mote 系列。设计实现一种满足低成本、低功耗等要求的IPv6 无线传感器网络节点设备，是传感器网络研究的热点之一。

3.1 设计原则

无线传感器网络与应用密切相关，基于不同的应用，节点软硬件平台都有很大差异。根据传感器网络的特点和应用需要，传感器节点通常分为通用节点和网关节点。对于通用节点的设计主要依据以下几个方面进行：

(1) 节能

节能是传感器网络节点设计最主要的问题。无线传感器网络要部署在人们无法接近的场所，而且不常更换供电设备，对节点功耗要求就非常严格。在设计过程中，应采用合理的能量监测与控制机制，功耗要限制在几十毫瓦甚至更低数量级。

(2) 低成本

成本的高低是衡量传感器网络节点设计好坏的重要指标。传感器网络节点通常大量散布，只有低成本才能保证节点广泛使用。这就要求无线传感器节点的各个模块的设计不能特别复杂，否则不利于降低成本。

(3) 微型化

微型化是传感器网络追求的终极目标。只有节点本身足够小，才能保证不影响目标系统环境；另外在战争侦查等特定用途的环境下，微型化更是首先考虑的问题之一。

(4) 可扩展

可扩展性也是传感器节点设计中必须考虑的问题。传感器节点应当在具备通用处理器和通信模块的基础上拥有完整、规范的外部接口，以适应不同的组件。

另外，在缺乏物理安全保证的条件下保证数据的准确和传输的安全以及节点电路在恶劣的条件下工作的稳定性等方面也是应当考虑的问题。

基于上述原则，一个无线传感器网络通用节点的硬件体系结构应尽量简单且适用。本文简述一种实用性强的新型节点构架。

3.2 系统构架

该硬件构架包括数据采集模块、系统核心模块和通用接口。软件构架包括适配层软件和上层软件。通用节点构架见图3.1。

图3.1 通用节点架构图

这种构架的优点包括：选用低功耗的微型处理器芯片和射频通信芯片构成系统核心模块，实现系统作为微型计算机系统的基本功能，在结构上减小系统的复杂性、降低系统功耗；通过通用接口实现附加功能与系统核心驱动模块相分离，用户可以根据实际应用添加不同的数据采集传感器和控制器，还可以添加定位系统、续电模块等各种附加模块，从而使节点具备很强的可扩展性；可以利用通用接口添加能量监测模块以便进一步控制系统功耗；改变传统的操作系统、协议栈、应用程序相结合的软件体系结构，设置适配层软件完成最基本的硬件功能，将操作系统等复杂软件结构纳入到上层软件中作为可选配置，降低了系统复杂性。

4 基于IPv6无线传感器系统实现

下面主要介绍使用ATMEL 公司推出的Atmegal28 处理器和Chipcon公司的CC2420 分别完成传感器通用节点设备和网关节点的设计，详细介绍通用节点的设计。

4.1 节点硬件结构

1、总体结构

该节点由以A VR 高端处理器为核心的硬件平台和专门设计的智能适配层软件相结合而成。适用于底层协议基于2. 4Ghz无线个域网通信的传感器网络以及其他类型网络。硬件部分主要包括传感器、通用接口、微处理器、无线电路和电池、能量监测电路组成。

为适应多种应用，节点采用通用接口，通用接口中有适配电路，以适应不同电参数部件直接接入系统。通常节点的输出控制器即通过该接口接入。数据采集模块也利用通用接口与MCU 相连结，因此可以根据多种不同应用随时更换为各类型的模拟传感部件。为节约能源，输出控制器、数据采集电路和电源控制模块等用摸拟信号输入的部件采用总线式接入方式与MCU 进行信号传输。根据各个电路特点、设定不同的时钟周期，在自己的时钟周期到来时，方能与MCU 进行通信，其余时间不工作以便节约能量。其硬件系统结构见图3.2.1。

图3.2.1 节点硬件系统结构

2、射频通信模块

Chipcon公司推出的CC2420是基于IEEE802. l5. 4协议的射频收发芯片，工作频带范围为2. 400到2. 4835Ghz，数据速率达250kbps，码片速率达2MChip / s；采用O-OPSK调制方式；超低电流消耗，接收灵敏度可以达到94dbm；抗邻频道干扰能力强。在MCU 与射频单元的通信中采用并行总线制通信方式。射频单元通过4 线SPI 总线控制芯片工作模式实现读写缓存数据。CSN作为CC2420的片选信号、SCLK为MCU与CC2420之间提供时间同步。MCU 通过对FIFO 和FIFO 进行收发缓存器设置，此外通过CCA 做通道清除、SFD控制时钟与定时信息。利用CC2420内部的33个l6 bit寄存器进行状态设置，在寄存器读写周期内，SI 总线上共有24bit数据，包括存储选择1 bit、读写控制1 bit、地址选择6bit和数据；采用MSD 优先方式传输。

3、能量监测

以电池供电的传感器节点，应及时了解自身能量存储与消耗情况并根据自身能量状态来调整节点某个部分的工作状态和节点间的通信策略。本文综合几种电源电压监测方法的优点，利用ATMEGAl28 的ADC差分通道，构建了能量监测模块。

4、数据采集

节点的数据采集部分可根据实际需要选定合适的传感器，如振动、声响、温度、光等。本文介绍采用ADC 差分输入和单端输入并举模式进行的数据采集模式。当要求精度较高时，使用差分模式；但需要改变软件设置并调节电位器RT1，通常使用单端输入模式。模拟信号进入MCU后，通过逐次比较方式转换成10位数字量，经过与基准电压比较运算，并经过偏移补偿处理得到测量值。

4.2 软件设计

传感器节点的软件是传感器网络进行有效工作的灵魂。本设计采用适应层软件实现系统工作。适应层软件功能子程序采用汇编语言完成，可以对MCU的寄存器进行操作；主程序和调用功能子程序硬件抽象层采用C语言完成。适应层软件按功能包括主调度函数、初始化模块、系统状态管理模块和上层接口。

主调度函数负责协调各模块工作、进行中断处理、调度其他模块运行。初始化函数完成MCU、CC242O和相关组件的初始化。上层接口负责为协议栈和其他应用程序提供底层调度接口，通过上层接口状态标识产生软件中断。当节点必

须配置操作系统时，整个适应层可以通过该接口成为操作系统的硬件适配层，主调度函数放弃系统管理权限，并移交给操作系统内核调度机。

系统状态管理模块依据MUC的工作状态将系统分为闲置模式、工作模式、唤醒模式、省电模式和空闲模式五种状态，状态管理模块依据模式寄存器采取有限状态机（FSM）的方式进行调度管理。系统状态管理模块中的闲置模式、工作模式为系统工作状态的模式；省电模式和空闲模式为MCU执行SLEEP 指令后，执行的六种休眠模式的两种，通过设置MCUCR寄存器完成。唤醒模式为瞬过模式，负责部分省电模式和空闲模式转换时对寄存器的设置和中断模式的调整。系统状态管理模块依靠自身的模式转换计时器维护其他模式间的转换。闲置模式指工作模式结束后系统未执行任何应用层指令，经过30s后转入空闲模式；系统收发数据、采集信息、执行上层指令时为工作模式。空闲模式经l80s进入省电模式。

二者的区别是：省电模式除关闭MCU 的绝大部分功能外，还关闭外部时钟源。因此，省电模式被唤醒时，需要更长的时钟周期来启动已经停止的时钟。系统状态管理模块有限状态机调度见图3.2.2。

图3.2.2 状态管理模块

初始化模块返回初始化标识并检验后，调入上层接口状态函数，上层接口状态标识决定是否交出调度权限给上层。若需交给上层，则设置中断向量、开启系统中断，调用声明函数引导操作系统并等待中断；否则在设置中断向量、开启系统中断后，立即调入系统状态管理函数，并等待中断，由系统状态管理函依据有限状态机对系统进行调度，管理各种硬件中断。此后，主调度函数依据上层接口、系统状态管理模块产生的中断，调用中断服务程序使系统运行。中断服务程流程见图3.2.3。

图3.2.3 中断服务流程

5 基于IPv6的无线传感器网络和有线网络交互

通过采用有线网络和无线传感器网络相融合拓扑模型，用现有专用光纤，无线传感器网络具有网络自愈功能，且每个节点都是一个传感器，可采集相关信息数据，同时充当无线网络路由器传输数据。无线传感器网络通过接入节点(Access Point，AP)接人有线网络，将数据通过专用光纤传输至中心监控系统。AP节点是无线传感器网络同有线网络交互的网关节点，同时运行无线网络通信和有线网络通信双协议。

下面将简单介绍互联互通三层结构：

5.1 物理层

物理层是通过中继器或集线器在电缆之间复制比特流。如图5.1所示。

图5.1 物理层

5.2 数据链路层

数据链路层是通过网桥或交换机在网段之间根据数据帧中的信息(MAC地址)转发数据帧。如图5.2所示。

图5.2 数据链路层

5.3 网关层

网关用来连接不同体系结构的网络。如图5所示。

图5.3 网关

基于IPv6的无线传感器网络是目前研究的一个热点。其中，设计适合传感器节点的嵌入式IPv6协议栈仍然是一个关键。

6 结束语

WSN与IPv6的互联方法是当前的热点研究问题。本文介绍了Peer to Peer 互联方式、重叠互联方式、全IP互联方式，重点分析了全IP方式，论述了它是实现对单独节点访问与控制的最优互连方式，同时也表述了全IP方式下需要解

决的关键问题。总而言之，全IP方式是实现WSN与IPv6网络互联的一种非常重要的思路，能够为整个通信协议框架提供有力支持，值得进一步展开研究。

IPv6传感器网络是IPv6技术与无线传感器网络的融合，具有两者各自部分特征，同时也具有其独特性。这种独特性，决定了IPv6传感器网络不适合直接采用IPv6网络或无线传感器网络的传统体系结构，主要体现在：传统的传感器网络体系结构不支持IPv6协议，无法实现与下一代互联网的直接融合，不支持端到端通信，可扩展性不高。IPv6作为下一代互联网的核心协议，充分考虑了网络中的各种问题，已经形成一套功能强大、鲁棒性好的协议体系，无法应用在存储资源积处理资源受限的传感器网络中。

因此，必须在充分考虑到此网络的特点和特殊性的前提下，重新构建基于IPv6的传感器网络体系结构。基于IPv6的无线传感器网络是一门新兴的网络技术，应用领域广泛，如将它应用到家电的控制方面，把手机、PDA加入。同时因为IPv6替代IPv4以后，可以实现三网合一。同时可以把网格计算、高清晰电视、远程医疗等整合在一起，使网络真正成为信息高速公路。这对改变人们的生活和工作方式，具有十分重要的社会效益，将其应用到各个信息行业并进行推广后，将有巨大的市场潜力以及产生巨大的经济效益。

随着处理器处理能力的增强和硬件成本的下降，传感器节点传输更丰富的数据已经成为可能。传感器网络作为互联网的延伸，必将被纳入下一代互联网的整体体系之中。对于传感器网络最重要的基础设施传感器节点设备的研究，也将进入新的纪元。

参考文献

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无线传感器网络技术试题

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

基于无线传感器网络的环境监测系统设计与实现

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

无线传感器网络的特点

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。

无线传感器网络技术试题

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。 9. IEEE 802.15.4标准主要包括：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 802.15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

(中文)基于无线传感器网络桥梁安全监测系统

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

无线传感器网络原理及方法复习题

1.简述无线网络介质访问控制方法CSMA/CA的工作原理 CSMA/CA机制: 当某个站点（源站点）有数据帧要发送时，检测信道。若信道空闲，且在DIFS时间内一直空闲，则发送这个数据帧。发送结束后，源站点等待接收ACK确认帧。如果目的站点接收到正确的数据帧，还需要等待SIFS时间，然后向源站点发送ACK确认帧。若源站点在规定的时间内接收到ACK确认帧，则说明没有发生冲突，这一帧发送成功。否则执行退避算法。 2.802.11无线LAN提供的服务有哪些？ ?802.11规定每个遵从该标准的无线局域网必须提供9种服务，这些服务分为两类，5种分布式服务和4种站服务。 分布式服务涉及到对单元（cell）的成员关系的管理，并且会与其它单元中的站点进行交互。由AP提供的5种服务将移动节点与AP关联起来，或者将它们与AP解除关联。 ?⑴建立关联：当移动站点进入一个新的单元后，立即通告它的身份与能力。能力包括支持的数据速率、需要PCF服务和功率管理需求等。 AP可以接受或拒绝移动站点的加入。如果移动站点被接受，它必须证明它自己的身份。 ?⑵解除关联。无论是AP还是站点都可以主动解除关联，从而中止它们之间的关系?⑶重建关联。站点可以使用该服务来改变它的首选AP 。 ?⑷分发。该服务决定如何将发送到AP的帧发送出去。如果目的站在同一个AP下，帧可以被直接发送出去，否则必须通过有线网络转发。 ?⑸集成。如果一个帧需要通过一个非802.11网络（具有不同的编址方案或帧格式）传输，该服务可将802.11格式转换成目的网络要求的格式 站服务4种站服务用于管理单元内的活动。 ?⑴身份认证。当移动站点与AP建立了关联后， AP会向移动站点发送一个质询帧，看它是否知道以前分配给它的密钥；移动站点用自己所知道的密钥加密质询帧，然后发回给AP ，就可以证明它是知道密钥的；如果AP检验正确，则该移动站点就会被正式加入到单元中。 ?⑵解除认证。一个以前经过认证的站想要离开网络时，需要解除认证。 ?⑶保密。处理加密和解密，加密算法为RC4。 ⑷数据传递。提供了一种数据传送和接收方法 3.简述无线传感器网络系统工作过程 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 4.为什么无线传感器网络需要时间同步，简述RBS、TPSN时间同步算法工作原理？ 在分布式的无线传感器网络应用中，每个传感器节点都有自己的本地时钟。不同节点的晶体振荡器频率存在偏差，以及湿度和电磁波的干扰等都会造成网络节点之间的运行时间偏差， RBS同步协议的基本思想是多个节点接收同一个同步信号，然后多个收到同步信号的节点之间进行同步。这种同步算法消除了同步信号发送一方的时间不确定性。这种同步协议的缺点是协议开销大

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：

无线传感器网络的应用与影响因素分析

无线传感器网络的应用与影响因素分析 摘要：无线传感器网络在信息传输、采集、处理方面的能力非常强。最初，由于军事方面的需要，无线传感网络不断发展，传感器网络技术不断进步，其应用的范围也日益广泛，已从军事防御领域扩展以及普及到社会生活的各个方面。本文全面描述了无线传感器网络的发展过程、研究领域的现状和影响传感器应用的若干因素。关键词：无线传感器网络；传感器节点；限制因素 applications of wireless sensor networks and influencing factors analysis liu peng (college of computer science,yangtze university,jingzhou434023,china) abstract:wireless sensor networks in the transmission of informa- tion,collecting,processing capacity is very strong.initially,due to the needs of the military aspects of wireless sensor networks,the continuous development of sensor network technology continues to progress its increasingly wide range of applications,from military defense field to expand and spread to various aspects of social life.a comprehensive description of the development

基于无线传感器网络的智能交通系统的设计

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

基于无线传感网络的大型结构健康监测系统_尚盈

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

无线传感器网络技术试题及答案

无线传感器网络技术试题及答案 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。 9.IEEE标准主要包括：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.

无线传感器网络技术的应用

无线传感器网络技术的应用 摘要：无线传感器网络(WSN)是新兴的下一代传感器网络，在国防安全和国民经济各方面均有着广阔的应用前景。本文介绍了无线传感器网络的组成和特点，讨论了无线传感器网络在军事、瓦斯监测系统、智能家具，环境监测，农业。交通等方面的现有应用，最后提出无线传感器网络技术需要解决的问题。 关键词：无线传感器网络，军事、瓦斯监测系统、智能家具，环境监测，农业。交通。 1．无线传感器网络研究背景以及发展现状 随着半导体技术、通信技术、计算机技术的快速发展，90年代末，美国首先出现无线传感器网络（WSN）。1996年，美国UCLA大学的William J Kaiser教授向DARPA提交的“低能耗无线集成微型传感器”揭开了现代WSN网络的序幕。1998年，同是UCLA大学的Gregory J Pottie教授从网络研究的角度重新阐释了WSN的科学意义。在其后的10余年里，WSN网络技术得到学术界、工业界乃至政府的广泛关注，成为在国防军事、环境监测和预报、健康护理、智能家居、建筑物结构监控、复杂机械监控、城市交通、空间探索、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众多领域中最有竞争力的应用技术之一。美国商业周刊将WSN网络列为21世纪最有影响的技术之一，麻省理工学院(MIT)技术评论则将其列为改变世界的10大技术之一。WSN是由布置在监测区域内传感器节点以无线通信方式形成一个多跳的无线自组网（Ad hoc），其目的是协作的感知，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。传感器、感知对象和观察者是WSN的三要素。将Ad hoc技术与传感器技术相结合，人们可以通过WSN感知客观世界，扩展现有网络功能和人类认识世界的能力。WSN技术现已经被广泛应用。图为WSN基本结构。 WSN经历了从智能传感器，无线智能传感器到无线传感器三个发展阶段，智能传感器将计算能力嵌入传感器中，使传感器节点具有数据采集和信息处理能力。而无线智能传感器又增加了无线通信能力，WSN将交换网络技术引入到智能传感器中使其具备交换信息和协调控制功能。 无线传感网络结构由传感器节点，汇聚节点，现场数据收集处理决策部分及分散用户接收装置组成，节点间能够通过自组织方式构成网络。传感器节点获得的数据沿着相邻节点逐跳进行传输，在传输过程中所得的数据可被多个节点处理，经多跳路由到协调节点，最后通过互联网或无线传输方式到达管理节点，用户可以对传感器网络进行决策管理、发出命令以及获得信息。无线传感器网络在农业中的运用是推进农业生产走向智能化、自动化的最可行的方法之一。近年来国际上十分关注WSN在军事，环境，农业生产等领域的发展，美国和欧洲相继启动了WSN研究计划，我国于1999年正式启动研究。国家自然科学基金委员会在2005年将网络传感器中基础理论在一篇我国20年预见技术调查报告中，信息领域157项技术课题中7项与传感器网络有直接关系，2006年初发布的《国家长期科学与技术发展

2013秋川大无线传感器网络及应用第一二次作业答案

《无线传感器网络及应用》第一次作业答案 一、单项选择题。本大题共11个小题，每小题2.5 分，共27.5分。在每小题给出的选项中，只有一项是符合题目要求的。 1.下面哪种协议不属于路由协议（ C ）。 A.地理位置路由协议 B.能量感知路由协议 C.基于跳数的路由协议 D.可靠的路由协议 2.ZigBee的通信速率在2.4GHz时为（ D ）。 A.40Kbps B.20Kbps C.256 Kbps D.250kbps 3.传感器节点（ D ）范围以内的所有其它节点，称为该节点的邻居节点。 A.视线 B.跳数 C.网络 D.通信半径 4.TinyOS是一个开源的（ D ）操作系统，它是由加州大学的伯利克分校开发， 主要应用于无线传感器网络方面。 A.桌面 B.后台 C.批处理 D.嵌入式 https://www.wendangku.net/doc/5a5798593.html,N技术使用了哪种介质（ A ）。 A.无线电波 B.双绞线 C.光波 D.沙狼 6.传感器节点消耗能量主要消耗在（ A ）上。 A.无线通信模块 B.处理器模块 C.传感器模块 D.管理模块 7.传感器最早起于二十世纪（ B ）年代。 A.60年代 B.70年代 C.80年代 D.90年代 8.定向扩散（Directed Diffusion，DD）路由协议是一种（ B ）机制。 A.能量感知路 B.基于查询的路由

C.地理位置路由 D.可靠的路由 9.传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对方向性要求较高时，应 选择在其它方向上灵敏度（）的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越（）越好。 A A.小；小 B.小；大 C.高；高 D.高；底 10.传感器的频率响应越（），则可测的信号频率范围就越（）。C A.小；高 B.大；宽 C.高；宽 D.大；高 11.传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。理论上在此范围内，灵敏度保持 定值。传感器的线性范围越（），则它的量程就越（），并且能保证一定的测量精度。D A.小；宽 B.小；高 C.高；大 D.宽；大 二、多项选择题。本大题共29个小题，每小题2.5 分，共72.5分。在每小题给出的选项中，有一项或多项是符合题目要求的。 1.根据节点数目的多少，传感器网络的结构可以分为（AD）。 A.平面结构 B.网络结构 C.星形结构 D.分级结构 2.传感器节点消耗能量的模块包括（ACD）。 A.传感器模块 B.存储模块 C.处理器模块 D.无线通信模块 3.下面哪些属于数据融合的方法（ABD）。 A.模糊逻辑法 B.神经网络方法 C.优选法 D.综合平均法 4.目前人们采用的节能策略主要有（AC）。 A.休眠机制 B.定时发送机制 C.数据融合机制