异构传感器网络节点部署算法
异构传感器网络节点部署算法①
袁辉勇1羊四清1,2 (1.湖南人文科技学院计算机科学技术系湖南娄底 417000;
2.湖南大学计算机与通信学院湖南长沙410082)
摘要：传感器节点的部署方式有确定性的和自组织两种。研究了由高级节点和普通节点组成的异构传感器网络的节点部署问题。给出一种满足连通覆盖条件的最大化网络寿命模型，通过分析节点的能量消耗，计算出了最大化网络寿命时两种节点的部署比例，提出了最大化网络寿命的节点部署算法。
关键词：传感器网络；异构；节点部署；算法
Node Deployment Algorithm for Heterogeneous Sensor Networks
YUAN Hui-Yong1, YANG Si-Qing1,2
(1. Department of Computer Science, Hunan Institute of Humanities, Science and Technology, Loudi 417000,
China; 2. College of Computer and Communication, Hunan University, Changsha 410082, China) Abstract:The sensor node deployment is either deterministic or self-organizing. This paper studies node deployment of heterogeneous wireless sensor networks, which consists of two types of nodes: one is advanced nodes, the
other is normal nodes. It also analyzes the two types of sensor’s energy consumption, and a maximizing
lifetime model is proposed, which satisfies connectivity and coverage conditions. The proportion between
two types nodes is calculated, and a new node deployment algorithm for heterogeneous wireless sensor
networks is proposed.
Keywords: sensor networks; heterogeneous; node deployment; algorithm
1 引言
无线传感器网络是由大量的微型传感器节点组成，传感器节点具有一定的计算、存储和无线通信能力，节点被部署到特定区域对某些环境数据进行监测和采集。可广泛应用于军事侦察、环境监测、医疗监护、农业养殖以及空间探索和灾难抢险等特殊领域[1]。
节点部署是无线传感器网络的一个基本问题，决定着传感器监测物理空间的效果，进而影响网络的服务质量。一般来讲，传感器网络节点部署方法需要在完成监测任务的前提下，尽量节省能耗以延长网络寿命。已有一些学者对此进行了研究，并取得了一些成果[2-4]。文献[2]针对节点同构的无线传感器网络部署冗余的特点，提出了基于嵌套网格的节能部署方法，并依据物理参数梯度设计了非均匀部署节点算法。文献[3]考虑了在同一个网络中配置不同传感器节点的情况，但是没有进行更深入的研究。文献[4]研究了由两种传感器节点组成的异构监测网络，给出了考虑连通覆盖约束条件的网络寿命最优化模型，并且得到了模型的最优解，它是通过调整传感器节点的发射半径来实现网络寿命的最大化，在实际应用中较难控制。
2 系统假设和问题陈述
2.1 网络模型
本文假设异构传感器网络的节点有高级节点和普通
节点两种，每个高级节点的初始能量为
E，每个普通节
点的初始能量为
1
E。两种节点随机均匀散布在边长为W
①基金项目:湖南省教育厅科研项目(09C547);湖南省“十一五”重点学科建设项目
收稿时间:2009-08-18;收到修改稿时间:2009-09-28
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研究开发 Research and Development 的正方形监测区域中，网络基于簇的方式收集数据，普通节点作为簇的成员将感知数据传输到高级节点，高级节点将数据融合后传输到远离监测区域的Sink 。Sink 位于正方形监测区域的正上方，Sink 与监测区域边界的距离为H ，在网络布设完成后，节点和Sink 不再移动。网络模型如图1所示。
图1 异构传感器网络模型
2.2 数据融合模型
许多算法都假定簇头节点进行数据融合时，将所有的数据包融合成一个数据包。不失一般性，本文假设高级节点将普通节点的N 个数据包融合成M 个数据包。
(1)
其中01ξ≤≤。特别地，当1ξ=时，高级节点将N 个数据包融合成1个数据包；当0ξ=时，高级节点不进行数据融合，直接将数据转发到Sink 。 2.3 能耗模型
本文忽略传感器节点在计算、存储等过程中的能量消耗，仅考虑节点间通信的能量消耗。根据无线通信理论，能量衰减模型随发送距离的远近分为自由空间模型和多路衰减模型，当发送距离小于等于阈值常量0d 时，发送数据时的功耗和距离的平方成正比，当发送距离大于0d 时，功耗和距离的四次方成正比[4]。当通信距离为
d 时，节点发送k 比特数据所消耗的能量为
(2) 节点接收k 比特数据所消耗的能量为
(3)
其中，0d elec E 为收发电路的基本功耗系数，其典型取值为50nJ ；amp E 为放大电路的功耗系数，在两种模型中的典型取值分别为13 2/()pJ bit m ×和0.00134/()pJ bit m ×。
本文假设Sink 远离监测区域，所有节点与Sink 之间的距离大于0d 。 2.4 问题陈述
对于异构传感器网络，在节点的总能量为定值
total E 的前提下，如何确定分别具有给定能量0E 和1E 的
两种传感器节点数目0N 和1N ，并满足一定的连通覆盖条件，实现网络寿命的最大化是本文需要求解的问题。
我们认为，通过控制两种节点的部署比例可以实现异构传感器网络寿命的最大化。
3 最大化寿命模型
在传感器网络中，每个节点完成一次探测数据的收集并将数据发送到Sink ，称为网络的一次数据收集。从开始感知数据到探测到的数据无法成功地传递到Sink 为止，网络所成功完成数据收集的次数，称为该传感器网络寿命。
假设系统的总能量为total E ，用0p 和1p 分别表示高级节点和普通节点在一次数据收集中平均消耗的能量，用0T 和1T 分别表示高级节点和普通节点的寿命。为了实现网络寿命的最大化，希望两种节点能够同时“死亡”，因此，最大化网络寿命模型为
(4)
4 模型求解
4.1 能耗分析
高级节点在网络中担任簇头的作用，因此，在边长为W 的正方形监测区域中共有0N 个簇。由文献[5]
可知，随机分布的节点可以看作为一个泊松点过程，每个簇中普通节点个数的期望值为10/N N 。
假设设每个数据包的长度为len ，下面分别计算高
级节点和普通节点的平均能耗0p 和1p 。
(1)M N N ξ
=??2
4
0 (,)()(,) , ,tr elec amp elec elec E k d E k E k d k E k fr d d d k E k mp d d d εε=+=
?×+××≤??×+××>??
rx elec E k E =×010011total 01
0101
{,}..
,
01
Max Min T T s t N E N E E E
E T T p p ξ+===≤≤
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用0D 表示高级节点与Sink 节点间的距离，用1
D 表示普通节点与高级节点间的距离。根据前面节点随机均匀部署的假设，可得40D 的期望值为
(5)
高级节点的能耗主要用于接收普通节点的数据和将融合后的数据传输到Sink 。因此，在一次数据收集中，高级节点的平均能耗为
(6)
0N 个簇随机均匀地分布在边长为W 的正方形监测区
域中，由小量的计算可得21D 的期望值为
(7)
在一次数据收集中，普通节点的平均能耗为
(8)
由式(4)、式(5)、式(6)、式(7)、式(8)可求解出最大化网络寿命时两种节点的个数0N 和1N 。 4.2 节点部署方案和网络寿命估计
为了有效延长网络的寿命，希望两种节点具有同样的寿命，即两种节点能够同时“死亡”。因此，在部署节点时设置两种节点的比例为10/N N ，实际部署时，如果节点总数大于01N N +，可按比例进行部署。
根据模型中的0011total E N E N E ×+×=和 01T T =,可得出网络的寿命为
(9)
5 算例与仿真实验
根据上面的节点部署算法对典型传感器网络作了计算。假设监测区域的边长为100m 、Sink 与监测区域边界的距离100H m =、网络总能量为20total E J =、两种传感器节点的初始能量分别为1J 和0.1J 。 当融合参数1ξ=时，得出两种节点个数011N =、
190N =；当融合参数0ξ=时，得出两种节点个数013N =、170N =。
为了验证上述模型及求解结果的有效性，我们针对不同参数做了仿真实验。
数据融合参数ξ对能耗的影响如图2所示。从图2可以看出，随着融合参数ξ的增大，网络向基站传输的数据减少，网络总能耗降低。
图2 融合参数对网络能耗的影响
图3显示了Sink 与监测区域的距离对高级节点个
数的影响。与前面实验不同的是，实验中设置网络的总能量为50J 。从图3可以看出，随着Sink 与监测区域之间距离的增大，网络中需要部署的高级节点逐渐增多。这是因为随着距离的增大，将数据发送到Sink 的能耗增加，因此网络中需要更多的高级节点。
图3 距离对节点数的影响
6 结语
本文研究了异构传感器网络的节点部署问题，提出一种最大化网络寿命的节点部署算法。通过计算两种节点的能量消耗，求解出了两种节点的部署比例，提出了异构传感器网络的节点部署算法。
(下转第236页)
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432234[](/2)()(/2)()/137193266720W W E D E x W Y W H x W Y W H W dxdy H H W H W HW W
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=?+??????=?+??=++++∫∫()014
100
[] elec elec p N len E N M len E len mp E D N ε=××+×+××22
12
08[]
3W E D N π=211[] elec p len E len fr E D ε=×+××110011
total E E
T p N p N P ==
+
== “+”&&$3 ==”0”){print $2,$11}’mobiwan.tr>>CN_sent通过上述gawk语句，就可以把CN发送的所有的数据包信息打印在文件CN_sent中。我们使用Gnuplot可以绘制曲线。
图7MN发送包的统计
图8MN收包的统计图
图9MN收包局部放大图
(上接第79页)
参考文献
1 崔莉,鞠海玲,苗勇,等.无线传感器网络研究进展.计算机研究与发展, 2005,42(1):163－174.
2 刘丽萍,曹峰,王智,孙优贤.基于嵌套网格的无线传感器网络节能部署算法.信息与控制, 2005,35(2):154－160.
3 Potrie GJ, Kaiser WJ. Wireless integrated network sensors. Communications After ACM, 2000,43(5):51－58.
从图8看到：横轴为模拟时间，纵轴为UDP包的序列号，发送包的序列号是连续的，从0到180，
模拟时间持续10秒钟。同样对于下图中是MN收包的统计，对于由通信对端发出的数据包，在经过一定时间后能够到达通信主机，由于移动主机移动过程中发生切换(采用的是UDP协议)。有少许包在切换的过程中丢失，属于正常现象。图9是图8部放大效果图。
在MN切换过程中，从CN发送数据分组到MN 接收数据分组的模拟图中可以推出，CN发送的数据分组经过通信链路的传输后，如果传输层采用的TCP 协议，数据分组都到达了MN,如果传输层采用的是UDP协议，则分组会少量的丢失，属于正常情况。分析表明通信不会因为MN进入不同的网络而发生中断，从图9中可以看出，在0-10秒内MN接收数据包的序号从0到180，是不间断的，因此仿真过程说明移动Ipv6具有良好的移动性。
4结语
本文通过研究移动Ipv6的协议流程，对切换时延进行了理论分析，鉴于MN在会话期间丢包率和无线链路之间的矛盾，找出满足丢包率和无线链路占有率最低的公告报文广播周期，是下一步研究重点。通过基于Mobiwan的对移动IPv6移动性的模拟，达到了预期的目标。证明了移动IPv6具有良好应用前景。
参考文献
1 [2009-6-8] https://www.wendangku.net/doc/df1818059.html,/nsnam/dist/.
2 张玉军.可信的移动IPv6网络及协议.北京:科学出版社, 2008. 3-5,38－43.
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4 杨文国,郭田德,赵彤.异构监测传感器网络寿命最大化模型及其求解.计算机学报, 2007,30(4):532－538.
5 Hang S, Zhang X. Optimal Transmission Range for Cluster-Based Wireless Sensor Networks With Mixed Communication Modes, International Symposium on World of Wireless, Mobile and Multimedia Networks, Jun, 2006.
236 专论?综述 Special Issue
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
基于移动锚节点的距离相关定位算法
无线传感网络定位算法 基于移动锚节点的距离相关定位算法 一、无线传感网络与节点定位 1. 无线传感网络中的关键技术 无线传感器网络作为当今信息领域新的究热点，涉及多学科交叉的研究领域，涉及到非常多的关键技，主要包括：拓扑控制；网络协议；网络安全；时间同步；定位技术；数据融合；嵌入式操作系统；无线通信技术；跨层设计和应用层设计。 2. 无线传感器网络节点定位机制 无线传感器网络节点定位问题可表述为：依靠有限的位置己知节点即信标节点(锚节点)，确定布设区中其它未知节点的位置，在传感器节点间建立起一定的空间关系的过程。无线定位机制一般由以下三个步骤组成： 第一步，对无线电信号的一个或几个电参量(振幅、频率、相位、传播时间)进行测量，根据电波的传播特性把测量的电参量转换为距离、距离差及到达角度等，用来表示位置关系； 第二步，运用各种算法或技术来实现位置估计； 第三步，对估计值进行优化。 3. 节点间距离或角度的测量 在无线传感器网络中，节点间距离或角度的测量技术常用的有RSSI、TOA、TDOA和AOA等。
4. 计算节点位置的基本方法 (1)三边测量法 (2)三角测量法； (3)极大似然估计法。
5. 无线传感器网络定位算法的性能评价 几个常用的评价标准：定位精度；规模；锚节点密度；节点密度；覆盖率；容错性和自适应性；功耗；代价。 6. 无线传感器网络定位技术分类 （1）物理定位与符号定位； （2）绝对定位与相对定位； （3）紧密耦合与松散耦合； （4）集中式计算与分布式计算； （5）基于测距技术的定位和无须测距技术的定位； （6）粗粒度与细粒度； （7）三角测量、场景分析和接近度定位。 二、定位算法研究的目的和意义 定位是大多数应用的基础。由于节点工作区域往往是人类不适合进入的区域，或者是敌对区域，甚至有时传感器节点需要通过飞行器抛撒，因此节点的位置通
A题_无线运动传感器节点设计
2020年TI杯大学生电子设计竞赛 无线运动传感器节点设计（A题） 1. 任务 基于TI模拟前端芯片ADS1292和温度传感器LMT70设计制作无线运动传感器节点，节点采用电池供电，要求能稳定采集和记录使用者的心电信息、体表温度和运动信息。 2. 要求 （1）基于ADS1292模拟前端芯片设计心电检测电路，完成使用者的心电信号实时测量，要求：（30分） ①实时采集和记录使用者的心电信号，实现动态心电图的测试与显示； ②分析计算使用者的心率，心率测量相对误差不大于5%。 （2）基于LMT70温度传感器测量使用者体表温度，要求：（20分） ①实时采集和记录使用者的体表温度，温度采样率不低于10次/分钟； ②体表温度测量误差绝对值不大于2℃。 （3）基于加速度计等传感器检测使用者运动信息，实现运动步数和运动距离的统计分析，要求：（20分） ①运动距离记录相对误差不大于10%； ②运动步数记录相对误差不大于5%。 （4）无线运动传感器节点能通过无线上传使用者的基本心电信号、体表温度和运动信息，并在服务器（手机）端实时显示动态心电图、体表温度和运动信息，要求传输时延不大于1秒。（25分） （5）其他。（5分） （6）设计报告。（20分）
3. 说明 （1）作品进行心电信号测试时，可以通过直接输入心电信号模拟器进行校准，在确认作品达到题目要求的测量精度后，再对具体的使用者进行心电信号测试。目前市面上有多种心电信号模拟器产品，各赛区可以自行选择心电信号模拟器作为标准信号，对作品进行测试。 （2）作品设计中进行体表温度测量的温度传感器LMT70，需要使用引线连接并裸露在外，便于测试。在进行测试校验和实测时，可以通过使用标准体温计来测量使用者掌心温度，与本作品测量使用者掌心温度来进行比对。 （3）本作品测量的使用者运动信息，可以通过使用者在标定5米长的直线上来回运动进行测试，统计运动步数和运动距离。 （4）本作品的无线运动传感器节点需要实现无线上网、上传节点传感数据到服务器中，然后在服务器中实现数据管理和数据显示。参赛者可以使用手机或笔记本电脑作为服务器端。如果使用笔记本电脑作为服务器端，则必须将电脑作为本作品的组成部分，在作品封存时一并封存。
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
移动网络节点算法
项目总结文档 1 问题定义 移动网络环境中，有n个同构的移动端点，每个端点的能量为X，每发送一条消息则会损耗能量Y。现在，有一条消息要从端点s传送到t节点，已知这些节点在网络环境中随机游走，每个端点处都存储有该点与终点t的相遇次数，当两个节点相遇时可以进行消息传送，不相遇时消息携带者存储消息，问如何设计路由策略，从而使得该消息能够以最小能耗传送到目的节点t。（如果不能保证是最小能耗，那么次小能耗也可以） 2 相关资料的调研和总结 2.1 所搜集的资料 路由选择算法.pdf 网络规划师案例论文-M_ANET网络中节约能量的组播路由协议.pdf 移动自组织网络路由选择算法研究进展.pdf 多媒体传感器网络中跨层优化的实时路由协议.pdf 最短路径算法.doc 2.2 对资料的总结 通过对资料的研究，我们了解了什么是移动自有网络。移动自有组织网络，又称Mobile Ad Hoc网络，是不依赖于任何固定基础设施的移动节点联合体。 通过对题目的初步了解和思考，搜集了关于移动网络环境、路由器、路由算法策略及最短路径的资料。 首先查阅了移动网络环境的相关资料达到对其的初步了解，主要包括《移动网络环境的信息存储与处理》。移动通信与IP技术的融合产生了基于移动通信的IP数据业务技术。通过无线数据网络，便携式终端用户可以随时随地进行网络信息浏览、收发电子邮件、查阅文献资料、更新企业数据。因此，无线网络环境的信息处理与存储，为移动办公与信息处理提供了技术保障。 路由器是连接因特网中各局域网、广域网的设备，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号的设备。路由器的一个作用是连通不同的网络，另一个作用是选择信息传送的线路。选择通畅快捷的近路，
无线传感器网络节点硬件
1 系统结构概述 本文设计的WSN硬件平台，由若干传感器节点，具有无线接收功能的汇聚节点，以及一台PC机组成。 根据无线传感器网络的应用需求以及功能要求，节点的设计主要包括如下几个基本部分：传感器单元、处理器单元、A/D单元、射频单元、供电单元以及扩展接口单元。节点的硬件体系结构框架如图1-1 所示。 图1-1 传感器单元负责对所关心的物理量进行测量并采集数据，提供给处理器单元进行处理；处理器单元负责数据处理及控制整个节点的正常工作；射频天线单元负责与其他节点进行无线通信，交换控制信息和相关数据；供电单元负责为节点提供运行所需的能量；扩展接口可以实现节点平台的功能拓展，以适应不同的应用需求。 2 节点核心模块设计： 2-1电源模块设计： 电源是设计中的关键部分，电源稳定工作是整个节点正常工作的保证，设计合理的电源电路至关重要。节点包含模拟器件和数字器件，模拟器件的抗干扰能力较差，且数字器件常常为模拟器件的噪声源，故为了 图2-1-1 提高电路的抗干扰能力，模拟器件接模拟地并采用数字地与模拟地单点共地。电源可选用电池或干电池，电源芯片可选用XC6209、XC6221系列的LDO电源芯片，分别提供3.3V和1.8V的数字与模拟电压，电路如图2-1-1所示。 2-2传感器 模块设计： 温度传感器设 计：本设计采用 LM75DM-33R2串行 可编程温度传感 器，这种传感器在 环境温度超出用户 变成设置时通知主 控制器。滞后也是 可以编程解决。它 采用2线总线方式，允许读入当前温度，并可配置器件。它是数字型温度传感器，直接从
寄存器读出温度参数，并可实现编程设置INT/CMPTR输出极性。 图2-2-1是其功能图，因为设计中只是简单的监测环境的温度，故只需一片 LM75，所以地址线A0、A1、A2置地，INT/CMPTR悬空，设计的接口电路如图2-2-2所示。 图2-2-1 图2-2-2 因为cc2431本身带有A/D模块，也可采用温度传感器AD590测量温度，其接口电路如图2-2-3。
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.
无线传感网中基于sink节点的目标位置选择移动算法
无线传感网中基于 sink 节点的目标位置选择移动算法 摘 要： 在深入研究 k?means 算法和连续 Hopfield 神 经网络算法的基础上，提出一种目标位置选择移动算法，该 算法先利用 k?means 算法的原理，将网络中能量相近的节点 进行聚簇， 并选取每个簇的质心作为 sink 节点可以安放的目 标位置，再利用连续 Hopfield 神经网络算法的思想，为 sink 节点的前进预设一条最优路径。 Matlab 仿真结果显示，该路 由算法可以有效地抑制能量空洞的现象，对延长网络寿命具 号： TN92?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X （2015）19?0043?03 Abstract ： On the basis of studying k?means algorithm and continuous Hopfield neural network algorithm deeply ， a target position selection and movement algorithm is proposed ， in which the nodes with similar energy in networks are clustered by using the principle of k?means algorithm. The centroid of each cluster is selected as the target position where the sink node can be placed ， and an optimal path is presupposed for running 有重大意义， 同时对解决能源问题也做出了一定贡献。 关键词： 移动 sink 节点； 能量空洞； 目标位置选择 移动算法； 信息泛洪； 网络能耗； 网络寿命 中图分类
CAN总线智能传感器节点设计
基于82527的CAN总线智能传感器节点设计 摘要：介绍一种以8051微控制器和82527独立CAN总线控制器为核心组成的CAN 总线智能传感器节点的设计方法，并给出其硬件原理图和初始化程序。 关键词：CAN总线 82527 单片机数据采集智能节点 引言 CAN（Controller Area Network，控制局域网）属于工业现场总线，是德国Bosch公司20世纪80年代初作为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器间的数据交换而开发的一种通信协议。1993年11月，ISO正式颁布了高速通信控制局域网（CAN）的国际标准（ISO11898）。CAN总线系统中现场数据的采集由传感器完成，目前，带有CAN总线接口的传感器种类还不多，价格也较贵。本文给出一种由8051单片机和82527独立CAN总线控制器为核心构成的智能节点电路，在普通传感器基础上形成可接收8路模拟量输入和智能传感器节点。
1 独立CAN总线控制器82527介绍 82527是Intel公司生产的独立CAN总线控制器，可通过并行总线与Intel 和Motrorola的控制器接口；支持CAN规程2.0B标准，具有接收和发送功能并可完成报文滤波。82527采用CHMOS 5V工艺制造，44脚PLCC封装，使用温度为-44～+125℃，其引脚的排列和定义参见参考文献[1]。 （1）82527的时钟信号 82527的运行由2种时钟控制：系统时钟SCLK和寄存器时钟MCLK。SCLK 由外部晶振获得，MCLK对SCLK分频获得。CAN总线的位定时依据SCLK的频率，而MCLK为寄存器操作提供时钟。SCLK频率可以等于外部晶振XTAL，也可以是其频率的1/2；MCLK的频率可以等于SCLK或是其频率的1/2。系统复位后的默认设置是SCLK=XTAL/2，MCLK=SCLK/2。 （2）82527的工作模式 82527有5种工作模式：Intel方式8位分时复用模式；Intel方式16位分时复用模式；串行接口模式；非Intel方式8位分时复用模式；8位非分时复用模式。本文应用Intel方式8位分时复用模式，此时82527的30和44脚接地。 （3）82527的寄存器结构[2]
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
无线传感器网络知识点归纳
一、无线传感器网络的概述 1、无线传感器网络定义，无线传感器网络三要素，无线传感器网络的任务，无线传感器网 络的体系结构示意图，组成部分（P1-2） 定义：无线传感器网络（wireless sensor network, WSN）是由部署在监测区域内大量的成本很低、微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一种多跳自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖范围内感知对象的信息，并发送给观察者或者用户 另一种定义：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 三要素：传感器，感知对象和观察者 任务：利用传感器节点来监测节点周围的环境，收集相关的数据，然后通过无线收发装置采用多跳路由的方式将数据发送给汇聚节点，再通过汇聚节点将数据传送到用户端，从而达到对目标区域的监测 体系结构示意图： 组成部分：传感器节点、汇聚节点、网关节点和基站 2、无线传感器网络的特点（P2-4） （1）大规模性且具有自适应性 （2）无中心和自组织 （3）网络动态性强 （4）以数据为中心的网络 （5）应用相关性 3、无线传感器网络节点的硬件组成结构（P4-6） 无线传感器节点的硬件部分一般由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块4部分组成。
4、常见的无线传感器节点产品，几种Crossbow公司的Mica系列节点（Mica2、 Telosb） 的硬件组成（P6） 5、无线传感器网络的协议栈体系结构（P7） 1.各层协议的功能 应用层：主要任务是获取数据并进行初步处理，包括一系列基于监测任务的应用层软件 传输层：负责数据流的传输控制 网络层：主要负责路由生成与路由选择 数据链路层：负责数据成帧，帧检测，媒体访问和差错控制 物理层：实现信道的选择、无线信号的监测、信号的发送与接收等功能 2.管理平台的功能 （1）能量管理平台管理传感器节点如何使用能源。 （2）移动管理平台检测并注册传感器节点的移动，维护到汇聚节点的路由，使得传感器节点能够动态跟踪邻居的位置。 （3）任务管理平台在一个给定的区域内平衡和调度监测任务。 6、无线传感器网络的应用领域（P8-9） （1）军事应用 （2）智能农业和环境监测 （3）医疗健康 （4）紧急和临时场合 （5）家庭应用 （6）空间探索
无线传感器网络安全技术
无线传感网络设计报告 题目无线传感器网络安全设计 报告 人 指导 老师
二○一六年十二月 无线传感器网络安全技术 摘要：针对目前库在未来的几十年里，传感器网络作为首要的技术的出现给许多研究拘束人员带来了很多挑战。这些传感器网络由大量的同质节点，这些节点可以用来限制计算机的资源。现实生活中的很多应用在传感器网络的研究文献中被提出来。当传感器网络部署在一个意想不到的或敌对的环境中，安全问题成为一个重要的关注点，因为这些安全问题都来自不同类型的恶意攻击。在本文中，我们目前的关于无线传感器网络安全问题的调查、网络受到的攻击还有相应的对策以及对未来工作范围的都有了很好结论和概述。 关键字：无线传感器网络；安全；威胁；危险 1 引言 传感器网络监控物理或环境条件如温度、声音、压力、湿度等。传感器网络由大量的低功率、低成本的智能设备与极端的资源约束。每个设备是称为传感器节点,每个节点连接到一个有时几个传感器节点。它具有无线通信的能力和一些情报信号处理和数据网络。这些传感器节点通常是在各种随机方向地区收集数据、过程数据并将其传递给中央节点进行进一步处理。每个传感器节点由三个子系统组成:传感器子系统、处理子系统和通信子系统。传感器子系统用于传感环境。处理子系统用于执行当前计算数据感知和负责通信子系统与邻近的传感器节点的信息交换。 传感器网络在许多应用程序中使用。这些应用程序包括： 1)军事应用,如监测出对方是否是友好的和设备、军事影院或战场监测、核、生物和化学攻击检测。 2)环境应用程序等小气候、森林火灾探测、精
确农业和洪水检测。 3)应用程序,如跟踪和健康监控，医生对在医院的病人进行药物生理数据的管理、远程监控。 4)家庭应用,如食品自动化的环境,自动抄表等。 5)环境等商业应用控制在工业办公楼和车辆跟踪和检测、库存控制、交通流监测[1]。 2 传感器节点的体系结构 传感器节点是无线传感器的重要组成部分。通过网络可以收集传感器和执行一些计算的信息和其他结果网络中连接节点沟通。 图1:传感器节点的体系结构 传感器节点由以下部分组成: a:控制器 它是传感器节点的大脑。它的功能是控制其它部分的传感器节点。它能够处理数据执行任务。由于其低成本,灵活地连接到其他设备,方便编程和低功耗主要在传感器微控制器作为控制器比通用微控制器节点(数字信号桌面处理器,处理器)。 b .收发器 无线传输介质可以像无线电频率(RF),光学(激光)和红外通信以不同的方式。激光有优势它只需要更少的能量,但主要缺点是它大气状况更为敏感。红外是也是一个不错的选择,但它广播有限能力。所以大部分的基础是基于射频通信。收发器的主要功能能够作为发射机和接收机。 c .外部存储器 由于成本和存储容量,使用闪存。 d .电源 电源是最重要的一个单位例如单电池可能是有限的。有些支持清除设备(如太阳能电池)。 e .传感器 任何物理变化条件下,传感器硬件设备产生可测量的数据。他们通过这可测量的数据来进行ADC模拟信号的形式然后将ADC转换成数字形式。ADC传递单片机和数字形式的数据单片机处理数据和执行一些的任务。 3 无线传感器网络的安全要求 传感器网络是一种特殊类型的网络中分享一些常见典型的计算机的属性网络。在传感器网络的安全服务的目标是根据攻击者的信息和资源来保护网络。这些安全要求如下[2]: 1:数据机密性
《无线传感器网络》选修课试题
一、填空题（每题4分，共计60分） 1、传感器网络的三个基本要素：传感器，感知对象，观察者 2、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 3、无线传感器节点的基本功能：采集、处理、控制和通信等 4、传感器网络常见的时间同步机制有： 5、无线通信物理层的主要技术包括：介质的选择、频段的选择、调制技术和扩频技术 6扩频技术按照工作方式的不同，可以分为以下四种： ：直接序列扩频、跳频、跳时、宽带线性调频扩频 7、定向扩散路由机制可以分为三个阶段：周期性的兴趣扩散、梯度建立和路径加强 8、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 9、无线传感器网络的关键技术主要包括：网络拓扑控制、网络协议、时间同步、定位技术、数据融合及管理、网络安全、应用层技术等 10、IEEE 802.15.4标准主要包括：物理层和MAC层的标准 11、简述无线传感器网络后台管理软件结构与组成：后台管理软件通常由数据库、数据处理引擎、图形用户界面和后台组件四个部分组成。 12、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、无线传感器网络可以选择的频段有：868MHZ、915MHZ、2.4GHZ 5GHZ 14、传感器网络的电源节能方法：休眠机制、数据融合等， 15、传感器网络的安全问题：(1) 机密性问题。 (2) 点到点的消息认证问题。 (3) 完整性鉴别问题。 16、802.11规定三种帧间间隔：短帧间间隔SIFS，长度为 28 μs 、点协调功能帧间间隔PIFS长度是 SIFS 加一个时隙(slot)长度，即78 μs 分布协调功能帧间间隔DIFS ，DIFS长度=PIFS +1个时隙长度，DIFS 的长度为128 μs
基于的CAN总线智能传感器节点设计精修订
基于的C A N总线智能传感器节点设计 SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#
基于82527的CAN总线智能传感器节点设计 摘要：介绍一种以8051微控制器和82527独立CAN总线控制器为核心组成的CAN总线智能传感器节点的设计方法，并给出其硬件原理图和初始化程序。 关键词：CAN总线 82527 单片机数据采集智能节点 引言 CAN（Controller Area Network，控制局域网）属于工业现场总线，是德国Bosch公司20世纪80年代初作为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器间的数据交换而开发的一种通信协议。1993年11月，ISO正式颁布了高速通信控制局域网（CAN）的国际标准（ISO11898）。CAN总线系统中现场数据的采集由传感器完成，目前，带有CAN总线接口的传感器种类还不多，价格也较贵。本文给出一种由8051单片机和82527独立CAN总线控制器为核心构成的智能节点电路，在普通传感器基础上形成可接收8路模拟量输入和智能传感器节点。
1 独立CAN总线控制器82527介绍 82527是Intel公司生产的独立CAN总线控制器，可通过并行总线与Intel和Motrorola的控制器接口；支持CAN规程标准，具有接收和发送功能并可完成报文滤波。82527采用CHMOS 5V工艺制造，44脚PLCC封装，使用温度为-44～+125℃，其引脚的排列和定义参见参考文献[1]。 （1）82527的时钟信号 82527的运行由2种时钟控制：系统时钟SCLK和寄存器时钟MCLK。SCLK 由外部晶振获得，MCLK对SCLK分频获得。CAN总线的位定时依据SCLK的频率，而MCLK为寄存器操作提供时钟。SCLK频率可以等于外部晶振XTAL，也可以是其频率的1/2；MCLK的频率可以等于SCLK或是其频率的1/2。系统复位后的默认设置是SCLK=XTAL/2，MCLK=SCLK/2。 （2）82527的工作模式 82527有5种工作模式：Intel方式8位分时复用模式；Intel方式16位分时复用模式；串行接口模式；非Intel方式8位分时复用模式；8位非分时复用模式。本文应用Intel方式8位分时复用模式，此时82527的30和44脚接地。
无线传感器网络试题库附答案
无线传感器网络试题库附答案 《无线传感器网络》 一、填空题（每题4分，共计60分） 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、 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.无线通信物理层的主要技术包括：介质选择、频段选取、调制技术、扩频技术 5.扩频技术按照工作方式的不同，可以分为以下四种：直接序列扩频、跳频、跳时、宽带 线性调频扩频 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.无线传感器网络的关键技术主要包括：网络拓扑控制、网络协议、时间同步、定位技术、 数据融合及管理、网络安全、应用层技术
9.IEEE标准主要包括：物理层。介质访问控制层 10.简述无线传感器网络后台管理软件结构与组成：后台管理软件通常由数据库、数据处理 引擎、图形用户界面和后台组件四个部分组成。 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 12.无线传感器网络可以选择的频段有：_800MHz___915M__、、___5GHz 13.传感器网络的电源节能方法：_休眠（技术）机制、__数据融合 14.传感器网络的安全问题：(1)机密性问题。(2)点到点的消息认证问题。(3)完整 性鉴别问题。 15.规定三种帧间间隔：短帧间间隔SIFS，长度为28s a)、点协调功能帧间间隔PIFS长度是SIFS加一个时隙(slot)长度，即78s b)分布协调功能帧间间隔DIFS，DIFS长度=PIFS+1个时隙长度，DIFS的长度为128 s 16.任意相邻区域使用无频率交叉的频道是，如：1、6、11频道。 17.网络的基本元素SSID标示了一个无线服务，这个服务的内容
无线传感器网络体系结构
无线传感器的网络体系结构 一个典型的无线传感器网络的系统架构包括分布式无线传感器节点（群）、接收发送器汇聚节点、互联网或通信卫星和任务管理节点等，如下图所示： 无线传感器网络系统架构 其中A—E则为分布式无线传感器节点群，这些节点群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。这些节点通常是一个微型的嵌入式系统，它们的处理能力、存储能力和通信能力相对较弱，通过携带有限能量的电池供电。从功能上看这些节点，它们不仅要对本地收集的信息进行收集及处理，而且要对其他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的任务。 汇聚节点的各方面能力相对于上述节点群而言相对比较强，它连接传感器网络、Internet等外部网络，实现两种协议栈之间的通信协议转换，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。 当我们设计无线传感器网络体系结构时要注重以下几个方面： 1.节点资源的有效利用。由于大量低成本微型节点的资源有限，怎样有效地管 理和使用这些资源，并最大限度地延长网络寿命是WSN研究面临的一个关键技术挑战，需要在体系结构的层面上给予系统性的考虑。可供着手的方面有:○1选择低功耗的硬件设备，设计低功耗的MAC协议和路由协议。○2各功能模块间保持必要地同步，即同步休眠与唤醒。○3从系统的角度设计能耗均衡的路由协议，而不是一味的追求低功耗的路由协议，这就需要体系结构提供跨层设计的便利。○4由于节点上计算资源与存储资源有限，不适合进行复杂计算与大量数据的缓存，因此一些空间复杂度和时间复杂度高的协议与算法不适合于WSN的应用。○5随着无线通信技术的进步，带宽不断增加，例如超宽带（UWB）技术支持近百兆的带宽。WSN在不远的将来可以胜任视频音频传输，因此我们在体系结构上设计时需要考虑到这一趋势，不能仅仅
无线传感器网络节点技术
无线传感器网络的节点技术 赵泽 黄希 崔莉 中国科学院计算技术研究所 无线传感器网络的节点系统是构成无线传感器网络的基础，是承载无线传感器网络的信息感知、数据处理和网络功能的基本单元，所有与传感器网络相关的协议、机制、算法等都需要在节点上得以实现并加以优化才具有实际意义。 目前常用的节点均为采用分立元器件的系统集成技术，而面向下一代网络、采用片上系统集成技术的低功耗、低成本节点将能代表未来的发展趋势。本文将介绍传感器网络节点的体系结构及设计方法，比较几种具有代表性的节点性能，同时，介绍下一代片上节点系统的研究进展。 一、无线传感器网络节点的体系结构 根据无线传感器网络的应用需求以及功能要求，目前问世的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，只是在一些有特殊要求的地方存在细微的差别，无线节点包括如下几个基本单元：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。节点的硬件体系结构框架如图1所示。 处理器Flash Ram A/D Timer 存储器传感器扩展接口射频 电 源无线传感器网络节点 图1 节点的硬件体系结构框架 二、节点设计技术要素 在节点的设计过程中，主要需要考虑以下几个因素： 1、 节点的硬件成本要低廉。无线传感器网络的规模一般比较大，在目标环境系统中，所布置的节点数量基本上在数百个到数千个以上，在如此大规模的布撒情况下，单个节点的成本问题就显得尤为突出。因此，要求在能够满足系统需求的条件下，将节点的硬件成本降低到足够低； 2、 节点具有足够的数据处理及存储能力。无线传感器网络节点主要担负两项功能，一是进行环境数据的采集，二是进行数据传输。数据采集过程一般由处理器
无线传感器网络节点设计
) 无线传感器网络节点设计 摘要：无线传感器网络是目前研究的热点，传感器节点是无线传感器网络的必要组成部分，高性能高稳定性的传感器节点成为研究的难点，文中首先阐述了无线传感器网络节点的体系结构，然后从无线传感器网络节点功能要求设计的原则出发，着重分析所提出的系统硬件电路的构成以及硬件电路核心部件设计的关键问题，并给出了具体的设计方案。 关键词：无线传感器网络 CC1100 MSP430 射频 0 引言 无线传感器网络是由大量微型传感器节点通过无线自组织方式构成的网络。它集成了传感器、微机电和无线通信三大技术，能够实时地感知、采集和处理网络覆盖范围内的对象信息，并发送给观察者；具有覆盖区域广、可远程监控、监测精度高、布网快速和成本低等优点，在军事、环保、医疗保健、空间探索、工业监控、精细农业等领域均有非常良好的应用前景。 1 无线传感器网络结构 { 一般来说，一个无线传感器网络包括传感器节点以及传感器网络网关节点，如图1所示。其中，传感器节点具有本地数据采集传输和转发邻节点数据的双重功能，可以在后台管理软件和传感器网络网关节点的控制下采集数据，并将数据经过多跳路由传输到传感器网络网关节点；传感器网络网关汇聚节点是网络的中心，具有协调器和网关的作用，负责网络的配置、管理和数据的汇集，并负责与用户PC机后台管理软件的通信。无线传感器网络通常具有两种应用模式：主动轮询模式、被动模式。主动模式要求网关节点对各个传感器节点进行主动的轮询以获得消息，而被动模式则要求在某个传感器节点事件发生时，网关节点能作出及时的响应。各个传感器节点得到的数据还能进行组合，这也很大地提高了传感器网络的效率。当然这也要求传感器节点要具有一定的计算能力。 GPRS或 Internet 图1 无线传感器网络结构 2 系统硬件设计 无线传感器网络节点的硬件一般包括处理单元、无线传输单元、传感采集单元、电源供应单元和其他扩展单元，如图2所示。其中，处理单元负责控制传感器节点的操作以及数据
传感器硬件节点的设计
各位老师，下午好！我叫：张鹏，是07届电信二班的学生，我的论文题目是传感器硬件节点的设计。论文是在导师的悉心指导下完成的，在这里我向我的导师表示深深的谢意，同时向各位老师参加我的论文答辩表示衷心的感谢。下面我将本论文设计的目的和主要内容向各位老师作一汇报，恳请各位老师批评指导。 首先我想谈谈这篇论文的结构和主要内容。 本论文的主要内容是传感器硬件节点的设计，并实现节点间的通信。本文中选择的射频芯片CC2420，是挪威Chipcon公司推出的一款符合IEEE 802.15.4标准的收发芯片，只需很少的外围元件就可以与单片机构成一个无线通信系统；微处理器是ATMEL公司生产的RISC结构的8位单片机ATmega128。根据无线传感器网络的特点提出了节点系统设计的重要指标，并根据这些指标进行系统结构设计和硬件选型；分别阐述了网络节点的各模块的硬件设计，并详细讨论了基于ATmega128和CC2420的通信电路设计和以TinyOS嵌入式操作系统为平台的软件体系设计路由协议是无线传感器网络中最重要的组成部分，路由协议必须实时监控网络拓扑结构的变化，从而调整路由信息，确定目的节点，改变路由表并通过路由表发送信息。在本文中，分析研究了无线传感器网络路由协议并设计了一种新的基于煤矿数据获取的路由协议。 无线传感器网络（Wireless Sensor Network）是由大规模部署的成百上千的节点构成。这些微传感器节点具有感知能力、无线通信能力以及计算能力。无线传感器网络的发展得益于微机电系统以及处理器、存储技术的发展，这些发展使得制造低功率、微体积、低成本的微传感器节点逐步成为现实。无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，各个节点能够协同地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并将处理后的信息传送到需要这些信息的用户（观察者）。例如，煤矿中的风速，不同气体的浓度，以及地下温度等等。目前，煤矿井下工人获取信息的最多方式是通过有线通信网络，这种方式会带来许多问题。由于煤矿井下环境狭窄，通信线路的维护变得越来越困难。如果通信线路出现故障，那么整个监测系统也可能会崩溃。总之，许多在地上广泛使用的网络技术在煤矿井下不能使用，但是无线传感器网络的发明提出了一种新的方法来处理这些问题。 基于上述内容的研究与实现，本文研究的基于ATmega128和CC2420的网络节点的硬件系统能够满足现代分布式监测系统的需要，从而对今后同类系统的设计、开发和实现有一定的指导意义和参考价值。 其次，我想谈谈这个毕业论文设计的目的背景。 我国煤矿安全技术与装备水平低，事故隐患多、矿井防灾和抗灾能力差，作为煤矿安全生产最重要保障之一的煤矿监控系统，在向构造统一、优化、共享、基于光纤传输的煤矿综合调度信息系统方向的努力已取得了明显的成效，其中所涉及的理论问题与关键技术已基本得到解决。煤矿安全生产的另一重要保障就是全矿井无线信息系统，由于煤炭开采主要以井下为主，巷道可长达数十千米，矿井生产工序多，作业地点分散，人员流动性大且工作环境恶劣，事故隐患极大，矿井生产的这种特点对建立一个功能较为