基于无线传感器网络的社区保健监测系统

第18卷第2期2007年6月

中国计量学院学报

Journal of China Jiliang University

Vol.18No.2J un.2007

【文章编号】　100421540(2007)022*******

【收稿日期】　2007201223

【基金项目】　浙江省科技计划重点项目(No.2007C23098);国家人事部留学回国人员科技活动择优资助项目(浙人专[2006]327号)【作者简介】　潘巨龙(1965

),男,浙江台州人,高级工程师.主要研究方向为嵌入式操作系统、无线传感器网络及无线接入技术.

基于无线传感器网络的社区保健监测系统

潘巨龙1,2,李善平2,吴震东2

(1.中国计量学院信息工程学院,浙江杭州310018;2.浙江大学计算机学院,浙江杭州310027)

【摘　要】　以躯域传感网络技术为载体,结合无线传感器网络在社区的合理安置,研究人体生理参数的无创连续监测技术以及穿戴式医疗仪器开发,设计了一个适用于慢性病人(如糖尿病人)的社区无线医疗保健监测网络系统;同时设计出一种新的无线传感器网络低能量数据汇聚模型———集合汇聚模型,把此模型应用于本系统以期达到降低能耗延长网络生命周期目的.最后,提出了在人体生理数据处理过程中需考虑的数据分级处理和安全问题.

【关键词】　无线传感器网络;躯域传感网络;保健监测;穿戴式医疗仪器【中图分类号】　TP393 【文献标识码】　A

Wireless sensor net works for community healthcare monitoring

PAN J u 2long 1,2,L I Shan 2ping 2,WU Zhen 2dong 2

(1.College of Information Engineering ,China Jiliang University ,Hangzhou 310018,China ;

2.College of Computer Science ,Zhejiang University ,Hangzhou 310027,China )

Abstract :Nowadays ,increasing attention has been paid to people πs health conditions.Based on the body sensor networks and the application of the architecture of wireless sensor networks in the community ,we studied the technologies for continuous and non 2invasive measurements of physiological parameters and the implementation platform of wearable medical devices and finally created a multi 2layer architecture for Community Healthcare Monitoring applicable to the special group of persons with chronic medical conditions such as diabetes.In the mean time ,a new data aggregation model called Set Aggregation Model is brought out in order to decrease the energy consumption and prolong the life time of wireless sensor networks in the system.The security problems happened in the data process are also put forwards in the end.

K ey w ords :wireless sensor networks ;body sensor networks ;healthcare monitoring ;wearable medical devices

国家统计局的统计数字表明,我国正逐步进入“老年型”社会.人口老龄化进程的加快以及各种慢性病在中青年人群中有蔓延的趋势,人们健

康意识和保健要求日益增强,所有这一切都正在推动医疗模式从以症状治疗为中心向以预防为

主、早诊断、早治疗的模式转变[1].在西方发达国

家,为了减轻中心医院的负担,很多医疗服务(如慢性病人监测和疾病康复医疗等)已延伸到社区医生和家庭医生,这些都带来了家庭和社区医疗监护仪器的迅速发展.

1　医疗监护仪及远程医疗现状医疗监护仪可以分为两类:一类是指在医院内由职业医生或专业技术人员使用的专门仪器,对病人进行生理指标的实时监测和护理;另一类是指在普通人员家里或者户外,在医生指导下由病人本人或者家属使用远程医疗监护系统对病人进行监护,所得到的生理指标数据将及时传送给相关医生[2].目前除医院用的专业医疗监护仪外,我国家用医疗监护仪如心电图监测仪等一般都采用单机、非实时数据处理和脱机方式.监测生理数据时需在人体和监测仪器之间连接较多的导线,被测试人因为接上许多导线造成精神紧张,所测得的数据往往和实际情况有偏差;同时监测得到的数据不能实时传送至医疗监测中心,而且远程医疗传送数据的方式一般采用电话线传输,存在着数据传输速度慢且易发生因线路断线造成数据丢失等缺点.家用医疗监护仪所测数据虽然也能对医生诊断起一定的辅助作用,但毕竟数据的时效性差,又不能进行连续监测.

为克服上述家用医疗监护仪的缺点,最近几年国际上可穿戴式的无线医疗监护仪发展迅速,只要戴上轻巧腕表型或其它可穿戴式医疗仪器,居民在家里就可以把相关的人体生理信号如心电图(ECG)、血氧饱和度(SpO2)和血压等参数,首先通过躯域传感网络(Body Sensor Networks,简称BSN)[326]收集相关数据,再通过家里的网络路由节点,以无线/有线通信组网方式,把这些相关数据发送到已接入Internet网的医院监控中心[2,7].这样,监控中心就可以非常方便地、每日不间断地监测需护理人群,根据监测得到的信息决定是否进行紧急救护或由社区医生上门护理;也可根据实际需要把相关警示信息通过电话或短信方式,及时通知被测人群家属或本人.

本文利用无线传感器网络的低成本、低能耗和网络自组织等特点[8210],组建一个数字化社区医疗保健监测网系统,目的是使得在社区里需要护理的特殊人群(慢性病患者和老人),采用无线新技术,只要把小巧的测试仪器戴在手腕、手指或穿戴在身上,避免了被测人员使用现有传统检测仪器时,需要通过很多导线连接身体的麻烦和束缚,人们可以在家中和社区内像平常一样生活,日常生活不会受到影响,测到的数据准确性高、真实性强.而身体一旦有任何危险征兆,相关数据将立即发送到医院对病人进行告警并采取相关救治.该系统可从社区保健监测推广到疗养院和康复医院等其它单位.

2　数字化社区保健监测系统结构目前,中国科学院计算技术研究所的赵泽和崔莉等人,把无线传感器网络技术应用于远程医疗监护系统,提出了可扩展的多层次网络式体系结构[2].香港中文大学生物医学工程联合研究中心张元亭主任领导的团队提出了一种用于移动医疗系统BSN结构[1].在研究数字化社区保健监测系统的体系结构时,作者改进并扩展了Aleksan2 dar Milenkovic等人的分层系统结构[5],提出了一种新的改进后的数字化社区保健监测系统结构如图1,即在PS层中,增加新近出现的ZigBee协议簇.本系统采用三层网络体系结构,自左至右分别为BSN、PS和MS层

.

图1　数字化社区保健监测系统结构图

2.1　躯域传感网络BSN

图1左边BSN层为躯域传感网络,它位于系统的第一层,它的作用范围为人体,是一个微型无线网络.BSN负责实现人体生理信号获取、分析与处理.通过它,穿戴式或植入式小型医疗仪器之间以及它们与外部网络之间,可互联并进行数据交换.有了它,人体生命体征信号如心电图(ECG)、血压、心跳速率和血氧饱和度(SpO2)等都可通过附着在人体身上的生物传感器(图1左边部分的E表示EC G信号,A表示运动检测信号).这些采集到的人体生理信号构成一个微型的BSN无线网络.

731

第2期潘巨龙,等:基于无线传感器网络的社区保健监测系统

这些人体生理数据通过采集、处理和汇聚等过程,用无线组网方式(BSN网络一般采用ZigBee/ IEEE802.15.4协议[11]),传送至生物传感器主节点,它在图1中表示为nc(network coordinator 生物传感网路协调器),这个过程中的被测数据可以进行融合,以达到减少通信量降低能耗目的.生物传感器主节点nc一般由带有显示功能的可接收无线信号的PDA或笔记本电脑构成.

2.2　个人服务网PS

图1的中间部分PS层为系统第二层,它是由安置在家庭或社区里的各个路由节点组成的个人服务网PS(Personal Server),对此层组网方式进行归纳总结后,我们认为主要有以下三种:

(1)如仅在家庭中使用可穿戴式医疗仪器监测个人健康状况,不进行社区网络化管理,则可以直接利用手机短信(WW AN,Wireless Wide Area Network网)方式,把监测到的相关数据通过手机网络(GSM/CDMA/GPRS/3G),发送至短信或数据服务平台,接入互联网后由医院的监护中心进行集中监控处理;

(2)监测网络如应用于社区或康复医院等单位,则应考虑在社区或医院各个角落安装无线传感器路由节点,这些传感器路由节点和被测人群自身所带的生物传感器主节点nc组成了一个ZigBee/802.15.4无线传感器网络,这种方式是本系统所采用的;

(3)在社区或医院中安装无线接入点A P (Access Point),在社区内形成一个WL AN无线局域网,这就要求在BSN躯域传感网络中得到的数据传送至主节点nc后,在nc中有一个适用于WL AN的无线通信模块,保证nc中的数据能通过无线局域网连接至互联网,最后送达社区或医院监控中心.

2.3　医疗服务网MS

图1的右边部分组成了第三层医疗服务网MS层(Medical Server),通过中间层PS网中的一个网关代理节点Gateway,接入互联网络,医疗服务网络提供社区保健监测服务,可以接入医院的紧急救护系统或第三方的医疗保健服务体系(如短信通知平台)等.从图1的第一层开始,通过第二层的个人服务网到第三层的医疗服务网,构成了一个完整的从数据采集、汇聚、转发、处理到信息反馈等过程,从而达到对社区内特殊人群进行医疗监控之目的.

2.4　一种新的基于ZigB ee/IEEE802.15.4协议

PS社区网设计

在分析Aleksandar Milenkovic等人提出的三层系统结构后,我们认为,因在躯域传感网络BSN 中采用的是Z igBee/IEEE802.15.4协议,而在PS 个人服务网中采用WW AN和WLAN网络,需要多种无线协议之间的转换,增加了系统的复杂性和成本,加上WW AN和WLAN网络的耗电要远高于Z igBee网络,所以利用新近流行的Z igBee/ IEEE802.15.4协议不失为一种较好的选择.该协议簇是由符合IEEE802.15.4标准的PH Y和MAC层再加上Z igBee的网络和应用支持层所组成.其突出特点是:网络系统支持低成本、低数据传输、短距离无线操作、极低功耗、各层次安全性等,支持大规模的网络应用,可配置多达65536个网络节点,完全可以满足社区或医院范围内自组织网络需求.该标准一出现就引起了业界的广泛重视,短短几年时间内便有上百家集成电路厂家和运营商宣布支持Z igBee/IEEE802.15.4,并且很快在全球自发成立了若干联盟.Z igBee/IEEE802.15.4协议中明确定义了三种拓扑结构:星型结构(Star)、簇状结构(Cluster tree)和网状结构(Mesh).

利用无线传感器网络的自组织和低能耗等特点,在社区或医院中安置基于Z igBee/IEEE802.15.4协议的传感器路由节点,这些路由节点由图2中的小椭圆节点表示,它们分布在社区或医院范围内组成一个无线网络,这些固定节点和可移动的躯域传感网络主节点nc(由需监测数据的特殊人群身上佩戴)协调工作,组成了一个支持移动节点的社区无线传感器网络

.

图2　基于Zigb ee/IEEE802.15.4协议的社区个人服务网

831中　国　计　量　学　院　学　报第18卷

由此可见,上述PS结构较好地解决了整个社区监控网络的可扩展性和协议的一致性,同时降低了系统能耗.当然采用何种无线通信组网方式组建个人服务网,应视实际应用需求而有所不同.

3　可穿戴式生物医疗传感器节点及人体生物传感器主节点nc设计

躯域传感网络BSN是近年兴起的受普遍关注的一个研究热点,它是短距离、低速率的一个微型无线网络,作用于人体范围,主要用于采集人体的生理特征信号[325].有关BSN网络研究,英国Impe2 rial College London的Y ang Guang2Zhong教授领导的团队取得了较多的研究成果[3,12],他们开发了3触点EC G、2触点ECG st rip和SpO2无线生物传感仪;美国哈佛大学医学院的Codeblue项目[13],利用无线传感器技术开发了一系列的医疗保健设备,如可测心跳速率HR(Heart Rate)、血氧饱和度SpO2和E KG等数据的相关生物医疗设备,这些设备根据现代电子技术的进步,可以做成可穿戴式的体积小巧的腕表型设备;美国麻省理工学院媒体实验室(MIT Media Lab)的MIThril项目[14],是一个研究情景感知(Context Aware)的穿戴计算平台;香港中文大学生物医学工程联合研究中心的张元亭主任领导的团队开发了“卫士”(WISSH)和保健衫(h2Shirt)[1]等产品,也取得了较多的研究成果.

3.1　可穿戴式生物医疗传感器节点设计

可穿戴式生物医疗仪器要求体积小、重量轻和方便穿戴,有些还要求嵌入到贴身的衣物里,如香港中文大学的保健衫(h2Shirt)的设计.由于一般躯域传感网络采用电池供电,要求网络能耗必须很低才能保证系统长期正常工作.本系统采用TI公司的MSP430系列16位低能耗的处理器,带有60K B+256B Flash,2K B RAM,和6通道的12位ADC.该处理器具有超低功耗、处理速度高和接口丰富等特点.无线通信模块选用Chipcon 的CC2420,也可采用英国J ennic公司的J N5121模块设计.软件操作系统采用美国加州伯克利大学的TinyOS.

3.2　人体生物传感器主节点设计

人体生物传感器主节点nc及社区中安置的无线传感器路由节点,采用英国J ennic公司的J N5121模块设计,该模块是一个高度集成的32位高性能低功耗RISC CPU,支持L CD液晶显示,支持2.4G的IEEE802.15.4协议的P H Y和MAC层标准,采用O2Q PS K无线信号调制,支持250kb/s的数据传送速率,提供丰富的A PI接口.采用J ennic公司协议开发原型以及第三方提供的ZigBee协议栈.

4　一种改进的无线传感器网络低能量数据汇聚模型设计

在社区医疗保健网的设计和实现过程中,为了达到有效监测某些特殊人群在社区中的活动情况,在第二层PS网中采用ZigBee/IEEE802.15.4协议组网方式,这样就保证了整个系统无线协议的通用性,即躯域传感网络中得到的数据是通过ZigBee/IEEE802.15.4协议传输的,社区传感器网络也采用同样的协议,就不存在多个无线协议共存带来诸如数据需在各协议之间互换等问题.

带有生物传感器主节点nc的人群可以在社区范围内自由活动,nc汇聚得到的人体生理信号就可以通过无线方式和安装在社区内的传感器路由节点通信,融合后的数据传送至社区传感器网络的网关代理节点Gateway,由它接入互联网.由此可见nc和社区里的传感器路由节点组成了一个传统意义上的无线传感器网络,数据由分布在社区内的传感器路由节点负责汇聚和转发.社区内路由节点是无人值守且资源有限,因此,网络同样存在着电池供电带来的低能耗要求.

通过社区传感器网络内的数据汇聚,对冗余数据进行压缩,很好地降低WSN的通信代价,提高资源利用率.数据汇聚已成为WSN中一项非常重要的技术.有关传感器网络的低能耗研究,目前已有较多的研究成果[15],已有各种簇算法如L EAC H,PEGASIS,H EED及D EEC[16,17]等,它们较好地解决能耗问题.结合社区监测网络特征,经过分析认为按簇组织该网络能得到更好的节能效果.我们提出了一个新的集合汇聚模型(Set Aggregation Model,简称SAM),来降低整个网络的能耗和提高通信的可靠性.其思想是用一个节点集代替一个节点去接收和转发数据.粗略地说就是将一棵汇聚树的非叶节点(或者是簇头节点)替换为一个节点集,节点集内节点彼此相距较

931

第2期潘巨龙,等:基于无线传感器网络的社区保健监测系统

近.SAM 由两部分组成:(1)集合接收;(2)集合转

发.在图3中.假设a1,a2,…,a9为带有nc 的需测试生理数据的人群,集合B1、B2和B3为安装在社区里的传感器路由节点集,它们接收来自躯域传感网络节点a1～a9的数据,然后用集合转发方法选出各自的代表节点,转发聚合后的生理数据至集合Root ,Root 节点集视集合B1、B2、B3为3个儿子节点,接收它们的数据聚合后转发给无

线传感器网络网关代理Gateway ,再由它连接互

联网.通过实验分析,用一组节点而不是一个节点去接收多个节点的汇聚数据,组内节点通过竞争机制选出一个节点为代表,将聚合后的数据转发到上一级节点,可以降低能耗.该模型可以很方便地应用于各类结构化的数据聚合框架中.

用集合汇聚模型的好处在于:在无线环境中,很多因素均导致链路的不可靠性,诸如多径衰落、随机干扰或电池耗尽导致网络节点故障,而有些人体生理信号又非常重要,如不能正常发送将带来严重后果,甚至危及生命.在图3中可以知道,即使由于某种原因,集合B1中有其中某个路由节点不工作,也不会影响整个网络的工作,采用SAM 模型将大大提高系统可靠性,提升系统整体性能

.

图3　集合汇聚模型

5　结　语

利用无线传感器网络能耗低、体积小、价格便

宜和大规模配置容易等特点,开发可穿戴式的小型医疗设备,构建一个基于无线传感器网络的数字化社区保健监测网,用来监测有需要的人群如慢性病患者和老人,这种无线采集数据方式的主要好处是不影响人们日常生活,测得的数

据真实性强,数据准确可靠,有较好的实时性.

可以做到有病早发现早治疗,同时减轻医院看病难的负担,节省医疗成本.这在我国正逐步进入“老龄化”社会和慢性病有扩大趋势的今天,是非常有实际意义的.目前系统对人体生理数据的管理是基于信任模型,只要医生需要,可以查看病人所有数据[18].

躯域传感网络检测所得的个人生理数据,涉及到个人隐私,其一致性和安全性都有比较高的要求,同时要求对一些重要生理参数进行实时监测,做到对用户及时提醒告警,达到早预防早治疗目的,该网络对实时性和安全性有较高要求,在设计和实现时必须加以考虑.

在实际应用中应考虑对数据进行分级安全管理,对社区保健监测网络的数据传输实时性和安全性问题需做进一步的研究.

【参　考　文　献】

[1]　滕晓菲,张元亭.移动医疗:穿戴式医疗仪器的发展趋

势[J ].中国医疗器械杂志,2006,30(5):3302340.

[2]　赵　泽,崔　莉.一种基于无线传感器网络的远程医疗监护

系统[J ].信息与控制,2006,35(2):2652269.

[3]　LO B P L ,T HIEMJ ARUS S ,KIN G R.et al.Body sensor

network 2a wireless sensor platform for pervasive healt hcare monitoring[A ].In Adjunct Proceedings of t he PERVA 2SIV E 2005[C ].Publicshed at t he Austrian Computer So 2cienty (DCG ),2005:77280.

[4]　PEN TLAND A.Healt hwear :medical technology becomes

wearable[J ].Computer ,2004,37(5):42249.

[5]　MIL EN KOVIC A ,O T TO C ,J O YANOV E.Wireless sen 2

sor networks for personal healt h monitoring :Issues and an implementation[J ].Computer Communications ,2006,29:252122533.

[6]　ROL FE P.光纤传感器在生物医学中的应用进展[J ].中国

计量学院学报,2006,17(4):2562260.

[7]　WIL H EL MA F H ,PFAL TZA M C ,GROSSMAN P.

Continuous electronic data capture of physiology ,behavior and experience in real life :towards ecological momentary assessment of emotion [J ].Interacting wit h Computers ,2006,18:1712186.

[8]　A KYILDIZ F I ,SU W ,SAN KARASUBRAMANIAM Y.

et al.A survey on sensor networks[J ].IEEE Communica 2tions Magazine ,2002(8):1022114.

[9]　任丰原,黄海宁,林　闯.无线传感器网络[J ].软件学报,

2003,14(7):128221291.

(下转第150页)

[C].Italy,1997:22237.

[6]　TAN G S K,WON G M Y.On noise indices for domestic air

conditioners[J].Journal of Sound and Vibration,2004, 274:1212.

[7]　CHAN D W T,BU RN ET T J,DE DEAR R J,et al.A

large scale survey of t hermal comfort in office premises in Hong K ong[J].ASHRA E Technical Data Bulletin,1998, 14:76284.

[8]　陈国华.房间空调器电气系统可靠性设计初步研究[J].暖

通空调,2001,31(1):83285.

[9]　CHAN G P T.Fuzzy seasonality forecasting[J].Fuzzy Set s

and Systems,1997,90:1210.

[10]　R TU GRUL KARSA K E,TOL GA E.Fuzzy multi2criteria

decision2making procedure for evaluating advanced manu2

facturing system invest ment s[J].Int J Production Eco2

nomics,2001,69:49264.[11]　HANA L H,YUB S R,WAN G Z W.Fuzzy assessment

of t he integrity of structures containing defect s[J].Inter2

national Journal of Pressure Vessels and Piping,1999,76:

8252829.

[12]　刘　华.绿色产品的群灰色关联分析评价方法研究[J].中

国计量学院学报,2007,18(1):38243.

[13]　袁昌明,张东胜.某大厦爆破拆除工程安全性评价[J].中

国计量学院学报,2005,16(1):51255.

[14]　王俊萍,王建军,倪胜利.供应链管理中对供方的评价与选

择[J].中国计量学院学报,2003,14(2):1312133.

[15]　宋晓秋.模糊数学原理与方法[M].2版.徐州:中国矿业大

学出版社,2004:2012209.

[16]　张　跃,邹寿平,宿　芬.模糊数学方法及其应用[M].北

京:煤炭工业出版社,1992:1662180.

[17]　张晓平.模糊综合评判理论与应用研究进展[J].山东建筑

工程学院学报,2003(4):90294.

(上接第140页)

[10]　黄　俊.传感器网络目标恢复算法研究[J].中国计量学院

学报,2006,17(3):2282232.

[11]　ZIG BEE ALL IANCE.Z igBee Specification[EB/OL].

(2006212210)[2007201223].https://www.wendangku.net/doc/fc11828606.html,/

en/index.asp.

[12]　LO B P L,YAN G G Z.Architecture for body sensor net2

works[C].IEEE Proceedings of t he Perspective in Perva2

sive Computing,2005:23228.

[13]　CODEBL U E.Wireless Sensor Networks for Medical Care

[EB/OL].(2006209226)[2007201223].http://www.eecs.

https://www.wendangku.net/doc/fc11828606.html,/～mdw/proj/codeblue/.

[14]　MIT Media Lab:MIThril[EB/OL].(2002206231)[20072

05223].https://www.wendangku.net/doc/fc11828606.html,/wearables/mit h2

ril/.

[15]　YE W,H EDEMANN J,ESTRIN D.An energy2efficient

MAC protocol for wireless sensor networks[A].The21st

Intπl Annual Joint Conf On t he IEEE Computer and Com2

munications Societies(IN FOCOM2002)[C].USC/Infor2

mation Science Institute IEEE Press,2002:156721576. [16]　QIN G L,ZHU Q X,WAN M W.Design of a distributed

energy2efficient clustering algorit hm for heterogeneous

wireless sensor networks[J].Computer Communications,

2006,29:223022237.

[17]　MADDEN S,SZEWCZYK R,FRAN K L IN M J,et al.

Supporting aggregate queries over ad2hoc wireless sensor

networks[A].in Proceedings of t he4t h IEEE Workshop

on Mobile Computing Systems and Applications[C].IEE

Press,2004:49258.

[18]　张钟华.现代计量测试技术的进展[J].中国计量学院学

报,2006,17(1):127.

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

无线传感器网络的安全性研究

无线传感器网络的安全性研究 0 引言 无线传感器网络（WSN，Wireless Sensor Network）是一种自组织网络，由大量具有无线通信、数据采集和处理、协同合作等功能的节点协同组织构成。WSN在军事、环境、工控和交通等方面有着广阔的应用前景。由于大多数用户对WSN的安全性有较高要求，而WSN有着与传统的Ad hoc网络不同的特点，大多数传统的安全机制和安全协议难以直接应用于WSN，因此有必要设计适合WSN的安全性方案。 无线传感器网络与传统的ad hoc网络相比有如下独有的特点[1]： （1）传感器节点数量巨大，网络规模庞大； （2）节点密集分布在目标区域； （3）节点的能量、存储空间及计算能力受限，容易失效； （4）动态的网络拓扑结构； （5）通常节点不具有统一的身份（ID）。 1 WSN的安全性问题 WSN中，最小的资源消耗和最大的安全性能之间的矛盾，是传感器网络安全性的首要问题。通常两者之间的平衡需要考虑到有限的能量、有限的存储空间、有限的计算能力、有限的通信带宽和通信距离这五个方面的问题。 WSN在空间上的开放性，使得攻击者可以很容易地窃听、拦截、篡改、重播数据包。网络中的节点能量有限，使得WSN易受到资源消耗型攻击。而且由于节点部署区域的特殊性，攻击者可能捕获节点并对节点本身进行破坏或破解。 另外，WSN是以数据通信为中心的，将相邻节点采集到的相同或相近的数据发送至基站前要进行数据融合，中间节点要能访问数据包的内容，因此不适合使用传统端到端的安全机制。通常采用链路层的安全机制来满足WSN的要求。 2 常见的攻击和解决方案 在WSN协议栈的不同层次上，会受到不同的攻击，需要不同的防御措施和安全机制。 2．1 物理层 物理层完成频率选择、载波生成、信号检测和数据加密的功能。所受到的攻击通常有： 1）拥塞攻击：攻击节点在WSN的工作频段上不断的发送无用信号，可以使在攻击节点通信半径内的节点不能正常工作。如这种攻击节点达到一定的密度，整个网络将面临瘫痪。 拥塞攻击对单频点无线通信网络影响很大，采用扩频和跳频的方法可很好地解决它。 2）物理破坏：WSN节点分布在一个很大的区域内，很难保证每个节点都是物理安全的。攻击者可能俘获一些节点，对它进行物理上的分析和修改，并利用它干扰网络的正常功能。甚至可以通过分析其内部敏感信息和上层协议机制，破坏网络的安全性。 对抗物理破坏可在节点设计时采用抗窜改硬件，同时增加物理损害感知机制。另外，可对敏感信息采用轻量级的对称加密算法进行加密存储。 2．2 MAC层 MAC层为相邻节点提供可靠的通信通道。MAC协议分3类：确定性分配、竞争占用和随机访问。其中随机访问模式比较适合无线传感网络的节能要求。 随机访问模式中，节点通过载波监听的方式来确定自身是否能访问信道，因此易遭到拒绝服务攻击(Distributed Denial of Service，DOS)[2]。一旦信道发生冲突，节点使用二进指数倒退算法确定重发数据的时机。攻击者只需产生一个字节的冲突就可以破坏整个数据包的发送，这时接收者回送数据冲突的应答ACK，发送节点则倒退并重新选择发送时机。如此这般反复冲突，节点不断倒退，导致信道阻塞，且很快耗尽节点有限的能量。

无线传感器网络试题库1教学内容

无线传感器网络试题 库1

《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 802.15.4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__、2.4GHz、___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。 15.802.11规定三种帧间间隔：短帧间间隔SIFS，长度为 28 s a)、点协调功能帧间间隔PIFS长度是 SIFS 加一个时隙(slot)长度，即 78 s 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。 17.802.11网络的基本元素SSID标示了一个无线服务，这个服务的内容包括 了：接入速率、工作信道、认证加密方法、网络访问权限等 18.传感器是将外界信号转换为电信号的装置，传感器一般由敏感元件、转换 元件、转换电路三部分组成 19.传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四 部分组成 20.物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构 造一个覆盖万物的网络。RIFD无线识别、嵌入式系统技术、能量供给模块和纳米技术列为物联网关键技术。 二、基本概念解释（每题5分，共40分） 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:

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。

(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

无线传感器网络的应用及影响因素分析

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X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 puter 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 prehensive description of the development process of the wireless sensor network,the status of the research areas and a number of factors affecting the application of the sensor. keywords:wireless sensor networks;sensor nodes;limiting factor 一、无线传感器网络的技术起源以及特点

(完整版)无线传感器试题库

无线传感器网络试题 一填空题 1、传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。 2、感知目标、网络节点、用户构成了无线传感器网络的三个要素。 3、无线传感器网络的通信协议栈包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层与互联网协议栈的五层协议相对应 4、无线传感器网络的产业化障碍包括四个方面。它们分别是：大规模组网问题、大规模组网问题实用化低功耗技术、微型化加剧信号串扰、可靠性提高资源需求 二、判断题 1、无线通信是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式（对） 2、SINK节点：亦称网关节点，与簇头结点的功能完全相同。（错） 3、通过拓扑控制自动生成的良好的网络拓扑结构，能够提高路由协议和MAC协议的效率，可为数据融合、时间同步和目标定位等很多方面奠定基础，有利于节省节点的能量来延长网络的生存期。（对） 4、美国军方最先开始无线传感器网络技术的研究。（对） 三、选择题

1、最先开始无线传感器网络技术的研究的国家是（B） A中国B美国C日本D韩国 2、无线传感器网络的特点包括（C） （1）可快速部署 （2）可自组织 （3）隐蔽性强和高容错性 （4）成本高，代价大 A （1）（2）（4） B （2）（3）（4） C （1）（2）（3） D（1）（3）（4） 3、将“信息社会技术”作为优先发展领域之一。其中多处涉及对WSN 的研究，启动了EYES 等研究计划的组织是（D） A日本总务省 B韩国信息通信部 C美国国防部 D欧盟 4、与无线传感器网络的兴起无关的技术是（A） A虚拟运营技术 B无线通信 C片上系统（SOC） D低功耗嵌入式技术

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：

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。

无线传感器网络练习题(1)

一、填空 1.无线传感器网络系统通常包含汇聚节点、传感器节点、管理节点。 2.传感器节点一般由通信模块、传感器模块、存储模块和电源模块 组成。 3.无线传感器节点的基本功能是：采集数据、数据处理、控制和通 信。 4.传感器节点通信模块的工作模式有发送、接收和空闲。 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，可以分为四种：直接序列扩频、 跳频、跳时和宽带线性调频扩频。 7.目前无线传感器网络采用的主要传输介质包括无线电波、光纤、 红外线等。 8.无线传感器网络可以选择的频段有：868MHz、915MHz、和5GHz。 9.传感器网络的电源节能方法：休眠机制、数据融合。 10.根据对传感器数据的操作级别，可将数据融合技术分为一下三类： 决策级融合、特征级融合、数据级融合。 11.根据融合前后数据的信息含量分类（无损失融合和有损失融合） 12.根据数据融合与应用层数据语义的关系分类（依赖于应用的数据 融合、独立于应用的数据融合、结合以上两种技术的数据融合）13.定向扩散路由机制可以分为三个阶段：兴趣扩散、梯度建立、路 径加强。

14.无线传感器网络的关键技术主要包括：时间同步机制、数据融合、 路由选择、定位技术、安全机制等。 15.无线传感器网络通信安全需求主要包括结点的安全保证、被动抵 御的入侵能力、主动反击入侵的能力。 16.标准用于无线局域网，标准用于低速无线个域网。 17.规定三种帧间间隔：SIFS、PIFS、DIFS。 18.标准为低速个域网制定了物理层和MAC子层协议。 19.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：网状网络、树形网络、星型网络。 20.传感器网络中常用的测距方法有：接收信号强度指示、到达时间 差、到达角。 21.ZigBee网络分4层分别为：物理层、网络层、应用层、数据链路 层。 22.与传统网络的路由协议相比，无线传感器网络的路由协议具有以 下特点：能量优先、基于局部拓扑、以数据为中心、应用相关。 23.数据融合的内容主要包括：目标探测、数据关联、跟踪与识别、 情况评估与预测。 24.无线传感器网络信息安全需求主要包括数据的机密性、数据鉴别、 数据的完整性、数据的实效性。 25.传感器结点的限制条件是电源能量有限、通信能力有限、计算和 存储能力有限。

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

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

无线传感器网络面临的安全隐患及安全定位机制

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 positioning 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关重要。 影响无线传感器网络定位的原因大致可以分为两类：其一，节点失效（如节点被破坏、电量耗尽）、环境毁坏（通信干扰）等引起的定位误差；其二，恶意攻击[30]，攻击者主要是通过内部攻击和外部攻击两种方式来增大无线传感器网络的定位误差或使节点定位失效。 采用不同的定位算法，系统存在不同的安全隐患。按照定位算法的分类将安全隐患大致分为：基于测距的定位的安全隐患和基于无需测距定位的安全隐患。 3.2.1 基于测距定位的安全隐患 基于测距的定位技术需要测量未知节点和参考节点之间的距离或方位信息。攻击者主要针对定位系统位置关系的测量阶段和距离估计阶段进行攻击。在测距阶段，攻击者通过改变测距所需要的参数或者产生干扰和欺骗以增大误差，达到攻击的目的。 基于测距定位的攻击手段主要有以下几种：（1）通过移动、隔离信标节点来