无线传感网智能组网设计实践实验指导书样本
无线传感网智能组网设计实验指导书( 实验类)
实验 1.Zigbee基本通信实验
1.1实验目的
?了解实Zigbee的原理及在软件上如何方便使用;
?掌握在Windows CE 6.0下进行UART编程的方法。
1.2实验设备
?硬件: EduKit-IV嵌入式教学实验平台、 Mini270核心子板、Zigbee模块、 PC 机;
?软件: Windows /NT/XP 以及Windows 平台下的VS 开发环境。
1.3实验内容
?利用Microsoft Visual Studio 编写一个可运行于EduKit-IV型实验箱Windows CE 6.0操作系统上的应用程
序;
?学习和掌握EduKit-IV教学实验平台中经过UART与Zigbee 模块通信, 实现对Zigbee模块的配置和对等网模式下的通
信。
1.4实验原理
1.4.1Zigbee起源
无线网络系统源自美国军方的”电子尘埃(eMote)”技术, 是当前国内、外研究的热点技术之一。该系统基于IEEE802.15.4规范的无线技术, 工作在2.4 GHz或868／928 MHz, 用于个人区域网和对等网状网络。ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术。它是一种介于红外无线技术和蓝牙之间的技术提案。主要用于近距离无线连接。它依据802.15.4标准。在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量, 以接力的方式经过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器, 因此它们的通信效率非常高。相对于现有的各种无线通信技术, 无线ZigBee网络技术将是近距离通信最低功耗和成本的技术。这一技术当前正向工业、民用方向推广和发展, 市场前景广阔。包括国家863计划等项目都在进行相关的研究工作。因此, 本文介绍的基于ZigBee技术的嵌入式无线网络平台, 这一无线网络平台可应用于工业控制、信息家电、安保系统、环境监测、港务运输、煤矿安全、农业自动化和医疗监护设备等许多行业和设备。具有广泛的适应性。并能弥补其它无线通信技术的不足, 保证其安全性, 降低服务成本。
1.4.2ZigBee网络配置
1.网络设备组成。
ZigBee网络设备主要包括网络协调器、全功能设备和精简功能设备3类。
●网络协调器:
包含所有的网络消息, 是3种设备类型中最复杂的一种, 存储容量最大、计算能力最强。功能是发送网络信标、建立一个网络、管理网络节点、存储网络节点信息、寻找一对节点间的路由消息、不断地接收信息。
●全功能设备:
全功能设备( Full-Function Device, FFD) 能够担任网络协调者, 形成网络, 让其它的FFD或精简功能装置( RFD) 联结。FFD 具备控制器的功能, 可提供信息双向传输。其设备特性有: 附带由标准指定的全部IEEE 802.15.4功能和所有特征; 更强的存储能力和计算能力可使其在空闲时起网络路由器作用; 也能用作终端设备。
●精简功能设备:
精简功能设备( Reduced-Function Device, RFD) 只能传送信息给FFD或从FFD接收信息, 其设备特性有: 附带有限的功能来控制成本和复杂性; 在网络中一般见作终端设备; RFD由于省掉了内存和其它电路, 降低了ZigBee部件的成本, 而简单的8位处理器和小协议栈也有助于降低成本。
2.网络节点类型。
从网络配置上, ZigBee网络中有3种类型的节点: ZigBee协调点、 ZigBee路由节点和ZigBee终端节点。
●ZigBee协调点:
ZigBee协调点在IEEE 802.15.4中也称为PAN( Personal Area Network) 协调点( ZigBee Coordinator, ZC) , 在无线传感器网络中能够作为汇聚节点。ZigBee协调点必须是FFD, 一个ZigBee 网络只有一个ZigBee协调点, 它往往比网络中其它节点的功能更强大, 是整个网络的主控节点。它负责发起建立新的网络、设定网络参数、管理网络中的节点以及存储网络中节点信息等, 网络形成后也能够执行路由器的功能。ZigBee协调点是3种类型ZigBee 节点最为复杂的一种, 一般由交流电源持续供电。
●ZigBee路由节点:
ZigBee路由节点( ZigBee Router, ZR) 也必须是FFD。ZigBee 路由节点能够参与路由发现、消息转发, 经过连接别的节点来扩展网络的覆盖范围等。另外, ZigBee路由节点还能够在它的个人操作空间( POS, Personal Operating Space) 中充当普通协调点( IEEE 802.15.4称为协调点) 。普通协调点与ZigBee协调点不同, 它依然受ZigBee协调点的控制。
●ZigBee终端节点:
ZigBee终端节点( ZigBee EndDevice, ZE) 能够是FFD或者RFD, 它经过ZigBee协凋点或者ZigBee路由节点连接到网络, 但不允许
其它任何节点经过它加入网络, ZigBee终端节点能够以非常低的功率运行。
3.网络工作模式。
ZigBee网络的工作模式能够分为信标( Beacon) 和非信标( Non-beacon) 2种模式, 信标模式实现了网络中所有设备的同步工作和同步休眠, 以达到最大限度的功耗节省, 而非信标模式则只允许ZE进行周期性休眠, ZC和所有ZR设备必须长期处于工作状态。
信标模式下, ZC负责以一定的间隔时间( 一般在15ms～4min) 向网络广播信标帧, 2个信标帧发送之间有16个相同的时槽, 这些时槽分为网络休眠区和网络活动区2个部分, 消息只能在网络活动区的各时槽内发送。
非信标模式下, ZigBee标准采用父节点为ZE子节点缓存数据, ZE主动向其父节点提取数据的机制, 实现ZE的周期性( 周期可设置) 休眠。网络中所有父节点需为自己的ZE子节点缓存数据帧, 所有ZE子节点的大多数时间都处于休眠模式, 周期性的醒来与父节点握手以确认自己仍处于网络中, 其从休眠模式转入数据传输模式一般只需要15ms。
1.4.3ZigBee的网络拓扑结构
ZigBee主要采用了3种组网方式: 星型网、网状网和簇状网。其中网络协调器相当于本试验中的中心节点, 全功能设备相当于
本试验中的路由节点, 精简功能设备相当于本试验中的终端节点。
●如图1所示在星型网中, 一个功能强大的主器件位于网络
的中心, 作为网络协调者, 其它的主器件或从器件分布在
其覆盖范围内。由于网络协调者定义了整个网络的时分复用
和多址接人方式, 因此星型网的控制和同步都比较简单, 一般见在设备薯莨比较少的场合。
图1 星型网
●如图2所示, 网状网是由主器件连接在一起形成的, 网状
网络拓扑结构的网络具有强大的功能, 网络能够经过”多
级跳”的方式来通信; 该拓扑结构还能够组成极为复杂的
网络; 网络还具备自组织、自愈功能;
图2 网状网
●星型网和网状网相结合则形成了簇状网, 如图3所示。各个
无线传感器网络实验指导书
无线传感器网络 实验指导书 信息工程学院
实验一 质心算法 一、实验目的 掌握合并质心算法的基本思想； 学会利用MATLAB 实现质心算法； 学会利用数学计算软件解决实际问题。 二、实验容和原理 无需测距的定位技术不需要直接测量距离和角度信息。定位精度相对较低，不过可以满足某些应用的需要。 在计算几何学里多边形的几何中心称为质心，多边形顶点坐标的平均值就是质心节点的坐标。 假设多边形定点位置的坐标向量表示为p i = (x i ，y i )T ，则这个多边形的质心坐标为： 例如，如果四边形 ABCD 的顶点坐标分别为 (x 1, y 1)，(x 2, y 2), (x 3, y 3) 和(x 4,y 4)，则它的质心坐标计算如下： 这种方法的计算与实现都非常简单，根据网络的连通性确定出目标节点周围的信标参考节点，直接求解信标参考节点构成的多边形的质心。 锚点周期性地向临近节点广播分组信息，该信息包含了锚点的标识和位置。当未知结点接收到来自不同锚点的分组信息数量超过某一门限或在一定接收时间之后，就可以计算这些锚点所组成的多边形的质心，作为确定出自身位置。由于质心算法完全基于网络连通性，无需锚点和未知结点之间的协作和交互式通信协调，因而易于实现。 三、实验容及步骤 该程序在Matlab 环境下完成无线传感器中的质心算法的实现。在长为100米的正方形区域，信标节点（锚点）为90个，随机生成50个网络节点。节点的通信距离为30米。 需完成： 分别画出不同通信半径，不同未知节点数目下的误差图，并讨论得到的结果 所用到的函数： 1. M = min(A)返回A 最小的元素. 如果A 是一个向量，然后min(A)返回A 的最小元素. 如果A 是一个矩阵，然后min(A)是一个包含每一列的最小值的行向量。 2. rand X = rand 返回一个单一均匀分布随机数在区间 (0，1)。 X = rand(n)返回n--n 矩阵的随机数字。 ()12341234,,44x x x x y y y y x y ++++++??= ???
无线传感网智能组网设计实践_实验指导书
无线传感网智能组网设计实验指导书（实验类）实验 1.Zigbee基本通信实验 1.1实验目的 ?了解实Zigbee的原理及在软件上如何方便使用； ?掌握在Windows CE 6.0下进行UART编程的方法。 1.2实验设备 ?硬件：EduKit-IV嵌入式教学实验平台、Mini270核心子板、Zigbee模块、PC 机； ?软件：Windows 2000/NT/XP 以及Windows 平台下的VS2005开发环境。 1.3实验容 ?利用Microsoft Visual Studio 2005编写一个可运行于EduKit-IV型实验箱Windows CE 6.0操作系统上的应用程序； ?学习和掌握EduKit-IV教学实验平台过UART与Zigbee模块通信，实现对Zigbee 模块的配置和对等网模式下的通信。 1.4实验原理 1.4.1Zigbee起源 无线网络系统源自美国军方的“电子尘埃(eMote)”技术，是目前国、外研究的热点技术之一。该系统基于IEEE802.15.4规的无线技术，工作在2.4 GHz或868／928 MHz，用于个人区域网和对等网状网络。ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术。它是一种介于红外无线技术和蓝牙之间的技术提案。主要用于近距离无线连接。它依据802.15.4标准。在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。相对于现有的各种无线通信技术，无线ZigBee网络技术将是近距离通信最低功耗和成本的技术。这一技术目前正向工业、民用方向推广和发展，
无线传感器实验报告
无线传感器网络实验报告 Contiki mac协议与xmac协议的比较 1.简介 无线传感器网络（wireless sensor networks,WSN）节点由电池供电，其能力非常有限，同时由于工作环境恶劣以及其他各种因素，节点能源一般不可补充。因而降低能耗、延长节点使用寿命是所有无线传感器网络研究的重点。 WSN中的能量能耗主要包括通信能耗、感知能耗和计算能耗，其中通信能耗所占的比重最大，因此，减少通信能耗是延长网络生存时间的有效手段。同时，研究表明节点通信时Radio模块在数据收发和空闲侦听时的能耗几乎相同，所以要想节能就需要最大限度地减少Radio模块的侦听时间（收发时间不能减少），及减小占空比。 传统的无线网络中，主要考虑到问题是高吞吐量、低延时等，不需要考虑能量消耗，Radio模块不需要关闭，所以传统无线网络MAC协议无法直接应用于WSN，各种针对传感器网络特点的MAC协议相继提出。现有的WSN MAC协议按照不同的分类方式可以分成许多类型，其中根据信道访问策略的不同可以分为： X-MAC协议 X-MAC协议也基于B-MAC协议的改进，改进了其前导序列过长的问题，将前导序列分割成许多频闪前导（strobed preamble），在每个频闪前导中嵌入目的地址信息，非接收节点尽早丢弃分组并睡眠。 X-MAC在发送两个相邻的频闪序列之间插入一个侦听信道间隔，用以侦听接收节点的唤醒标识。接收节点利用频闪前导之间的时间间隔，向发送节点发送早期确认，发送节点收到早
期确认后立即发送数据分组，避免发送节点过度前导和接收节点过度侦听。 X-MAC还设计了一种自适应算法，根据网络流量变化动态调整节点的占空比，以减少单跳延时。 优点： X-MAC最大的优点是不再需要发送一个完整长度的前导序列来唤醒接收节点，因而发送延时和收发能耗都比较小；节点只需监听一个频闪前导就能转入睡眠。 缺点： 节点每次醒来探测信道的时间有所增加，这使得协议在低负载网络中能耗性比较差。而且分组长度、数据发送速率等协议参数还需进一步确定 X-MAC原理图如图3所示： ContikiMAC协议 一．ContikiMAC协议中使用的主要机制： 1.时间划分
湖南大学无线传感器网络实验报告DV-HOP
无线传感器网络 题目：DV-hop定位算法 学生： 学号： 完成时间： 2014.5.121
一、实验目的 1、掌握matlab工具的使用方法。 2、了解DV-hop算法原理，熟悉DV-hop算法代码，分析DV-hop算法实验结果。 二、实验原理 DV-hop算法概述 （一）基本思想： 3、计算位置节点与犀鸟节点的最小跳数 4、估算平均每跳的距离，利用最小跳数乘以平均每条的距离，得到未知节点与信标节点之间的估计距离 5、利用三遍测量法或者极大似然估计法计算未知节点的坐标 （二）定位过程 1、信标节点向邻居节点广播自身未知信息的分组，其中包括跳数字段，初始化为0 2、接受节点记录具有到每条信标节点的最小跳数，忽略来自一个信标节点的较大跳数的分组，然后将跳数数值加1，并转发给邻居节点 3、网络中所有节点能够记录下到每个信标节点最小跳数 （三）计算未知节点与信标节点的实际跳段距离
1、每个信标节点根据记录的其他信标节点的位置信息和相距跳数，估 算平均每跳距离 2、信标节点将计算的每条平均距离用带有生存期字段的分组广播至网络中，未知节点仅仅记录接受到的第一个每跳平均距离，并转发给邻居节点 3、未知节点接受到平均每跳距离后，根据记录的跳数，计算到每个信标节点的跳段距离 （四）利用三边测量法或者极大似然估计法计算自身位置 4、位置节点利用第二阶段中记录的到每个信标节点的跳段距离，利用三边测量法或者极大似然估计法计算自身坐标 三、实验容和步骤 DV-hop代码如下： function DV_hop() load '../Deploy Nodes/coordinates.mat'; load '../Topology Of WSN/neighbor.mat'; if all_nodes.anchors_n<3 disp('锚节点少于3个,DV-hop算法无法执行'); return; end %~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~最短路经算法计算节点间跳数~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ shortest_path=neighbor_matrix; shortest_path=shortest_path+eye(all_nodes.nodes_n)*2; shortest_path(shortest_path==0)=inf;
无线传感网络-物联网组网技术-传感网原理实验室建设方案
无线传感网络-物联网组网技术-传感网原理实验室建设方案
目录 1无线传感网络-物联网组网技术-传感网原理实验室 ................................ - 3 - 1.1总体规划............................................................ - 3 - 1.2实验设备............................................................ - 4 - 1.2.1基本介绍........................................................ - 5 - 1.2.2主要特性........................................................ - 6 - 1.2.3智能网关........................................................ - 8 - 1.2.4智能节点....................................................... - 11 - 1.2.5无线模组....................................................... - 14 - 1.2.6感知设备....................................................... - 16 - 1.3课程大纲........................................................... - 20 - 1.3.1课程概要....................................................... - 20 - 1.3.2教学大纲....................................................... - 21 -
无线传感网络综合实训大纲(计科院)
《无线传感网络综合实训》课程大纲 江苏师范大学计算机科学与技术学院
无线传感网络综合实训大纲 一、实训的性质、任务与要求 无线传感器网络是集传感器技术、微电机技术、现代网络和无线通信技术于一体的综合信息处理平台，具有广泛的应用前景，是计算机信息领域最活跃的研究热点之一，具有应用驱动和以数据为中心的特点。本次实训的主要任务是结合具体应用使学生对无线传感网络的体系结构、支撑技术和数据融合技术有更透彻的理解，并训练学生基于无线传感网络应用系统的网络规划、网络设计以及相关软硬件开发能力。本次实训要求学生掌握无线传感器网络的体系结构，了解无线传感器网络的节点定位、目标跟踪和时间同步等支撑技术，要求学生具有较强的网络规划与设计基础和一定的软硬件开发技能 二、培养目标 实训的目标：使学生了解无线传感应用系统的设计开发流程，掌握无线网络规划设计方法，具有较强的无线网络规划设计能力和一定的软硬件开发能力。 三、实训方法 本次实训以小组为单位实施，每个小组设组长一名负责统筹协调和任务分工以及进度监督，小组成员负责某一个具体模块，整个小组既有分工又有协作，每个实训小组任意选择一个项目。实训分为两个阶段，第一阶段在教室进行，主要进行项目设计；第二阶段在实验室进行，主要利用实验器材进行系统实施、验证。 四、实训课时分配（2周） 1. 2. 自选项目的课时分配 选择自选项目时，自己指定阶段目标和课时分配计划。 五、实训内容的说明 项目一：智能农业系统 智慧农业系统通过大棚内温湿度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、大棚光照度传感器、视频摄像机等组建了一个可以远程感知的数字农业大棚，这些数据通过3G网络传输到中心平台进行数据分析、数据关联，打造数字化的智慧农业大棚。系统主要由前端数据采集设备、前端短程无线网络、农业数据管理中心、客户端四部分组成。客户端分为两部分，一是农业专家远程数据诊断显示；二是农户在家中浏览相关实时数据信息。 项目二：智能家居系统
无线传感网实验报告
Central South University 无线传感器网络实验报告 学院: 班级: 学号: 姓名: 时间: 指导老师：
第一章基础实验 1 了解环境 1.1 实验目的 安装 IAR 开发环境。 CC2530 工程文件创建及配置。 源代码创建，编译及下载。 1.2 实验设备及工具 硬件：ZX2530A 型底板及 CC2530 节点板一块，USB 接口仿真器，PC 机 软件：PC 机操作系统 WinXP，IAR 集成开发环境，TI 公司的烧写软件。 1.3 实验内容 1、安装 IAR 集成开发环境 IAR 集成开发环境安装文件所在光盘目录：物联网光盘\工具\C D-EW8051-7601 2、ZIBGEE 硬件连接 安装完 IAR 和 Smartrf Flash Programmer 之后，按照图所示方式连接各种硬件，将仿真器的 20 芯 JTAG 口连接到 ZX2530A 型CC2530 节点板上，USB 连接到 PC 机上，RS-232 串口线一端连接ZX2530A 型 CC2530 节点板，另一端连接 PC 机串口。 3、创建并配置 CC2530 的工程文件
IAR 是一个强大的嵌入式开发平台，支持非常多种类的芯片。IAR 中的每一个 Project，都可以拥有自己的配置，具体包括 Device 类型、堆/栈、Linker、Debugger 等。 （1）新建 Workspace 和 Project 首先新建文件夹 ledtest。打开 IAR，选择主菜单 File -> New -> Workspace 建立新的工作区域。 选择 Project -> Create New Project -> Empty Project，点击 OK，把此工程文件保存到文件夹 ledtest 中，命名为：ledtest.ewp（如下图）。 （2）配置 Ledtest 工程 选择菜单 Project->Options...打开如下工程配置对话框
第三次无线传感器网络实验
南昌航空大学实验报告 二O 一六年四月20 日 课程名称：无线传感器网络实验名称：CC2530 串口指令控制LED灯 班级：姓名： 指导教师评定：签名： 一、实验目的 1.通过实验掌握CC2530 芯片串口配置与使用 2.观察底板上RX、TX串口发送指示灯的变化 3.接收串口发送过来的数据，通过数据内容分析控制LED 注：嵌入式开发中，当程序能跑起来后，串口是第一个要跑起来的设备，所有的工作状态，交互信息都会从串口输出。 二、实验内容 1. 查看数据手册，了解CC2530的串口功能，熟悉串口的相关配置寄存器； 2. 根据实验手册内容配置CC2530的串口相关寄存器，使用P0_2和P0_3 的外设功能将其配置为串口方式，并设置波特率为115200后处理串口的中断，使其允许接收数据并产生中断； 3. 配置所需LED灯的I/O口； 4. 编写串口的初始化、发送数据以及中断处理函数； 5. 在程序入口函数中，设置系统时钟源和主频，初始化完毕后，进入while 循环处理相应指令并控制LED灯。
三、实验相关电路图 图1 PL2303HX串口转换芯片电路原理图 P0_2、P0_3配置为外设功能时：P0_2为RX， P0_3为TX. USART0和USART1是串行通信接口，它们能够分别运行于异步UART模式或者同步SPI模式。两个USART具有同样的功能，可以设置在单独的I/O 引脚。 四、实验过程 1. 串口的配置 1）配置IO，使用外部设备功能。此处配置P0_2和P0_3用作串口UART0。 2）配置相应串口的控制和状态寄存器。 3）配置串口工作的波特率。 波特率由下式给出： F 是系统时钟频率，等于16 MHz RCOSC 或者32 MHz XOSC。
无线传感网技术及应用报告
重庆航天职业技术 学院 实训报告 教师： 课程：无线传感网技术及应用 学号： 姓名： 班级：物联网 日期：2016/6/16
评阅页 课程设计题目: 温度采集DS18B20 同组成员： 学生自评：设计方案由讨论组完成，大家一起做硬件DS18B20温度显示，再由大家分工把报告完成。 指导教师评语: 成绩：指导老师签名： 2016年06月24
前言 ZigBee简介ZigBee技术是一种近距离、低功耗、低速率、 低成本的无线通信技术，兼具经济、可靠、易于部署等优势，已成为无线传感器网络中最具潜力和研究价值的技术，在工业控制、环境监测、智能家居、医疗护理、安全预警、目标追踪等应用场合已展现出广阔的市场前景。 本设计利用TI公司CC2530单片机，采用DS18B20数字温度传感器，完成温度采集并通过液晶显示器显示测量温度值，测温电路简单，适合于-50~150摄氏度温度的测量。
目录 一、设计题目 (1) 二、硬件设计方案 (1) 2.1 CC2530芯片简介： (1) 2.2 芯片概述 (2) 三、CC2530模块说明 (2) 3.1 CPU 和内存 (2) 3.2 中断控制器 (2) 3.3外设 (3) 3.4 调试接口 (3) 3.5 无线设备 (3) 四、DS18B20 (4) 4.1 DS18B20工作原理 (4) 4.2 DS18B20的主要特性 (5) 五、软件设计方案 (5) 5.1 程序流程图 (5) 5.2 所需用到的部分C语言程序 (7) 5.3 实验过程及结果 (11) 六、总结 (13) 七、参考文献 (13)
一、设计题目 本次的设计题目要求是基于DS18B20的温度采集显示系统，该系统要求包含温度采集模块、温度显示模块等。其中温度采集模块所选用的是DS18B20数字温度传感器进行温度采集，温度显示模块用液晶显示屏显示。 二、硬件设计方案 2.1 CC2530芯片简介： CC2530 结合了领先的RF 收发器的优良性能，业界标准的增强型8051 CPU，系统内可编程闪存，8-KB RAM 和许多其它强大 的功能。CC2530 有四种不同的闪存版本：CC2530F32/64/128/256，分别具有32/64/128/256KB 的闪存。CC2530 具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统。运行模式之间的转换时间短进一步确保了低能源消耗。其引脚如图1.1所示。 图2.1 CC2530芯片
短距离无线通信实验报告-无线传感器网络实验
无线传感器网络 随着计算机技术、网络技术与无线通信技术的迅速发展，人们开始将无线网络技术与传感器技术相结合，无线传感器网络（WSN，wireless sensor network）应运而生。它由部署在监测区域内大量的微型传感器节点组成，通过无线的方式形成的一个多跳的自组织网络，不仅可以接入Internet，还可适用于有线接入方式所不能胜任的场合，提供优质的数据传输服务。微机电系统（MEMS，Micro-Electro-Mechanical Systems）、超大规模集成电路技术（VLSI，Very-Large-Scale-Integration systems）和无线通信技术的飞速发展，使得它的应用空间日趋广阔，遍及军事、民用、科研等领域；但由于网络结点自身固有的通信能力、能量、计算速度及存储容量等方面的限制，对无线传感器网络的研究具有很大的挑战性和宽广的空间。本实验系统采用IEEE802.15.4和Zigbee协议实现了多个传感器节点之间的无线通信，通过对本实验提供的软件操作以及对路由的观察，能够使学生对无线传感器网络的组网过程、路由协议有一个较为深入的理解。 1 目的要求 （1）理解并掌握无线传感器网络的工作原理及组网过程。 （2）理解无线传感器网络的路由算法。 2 基本原理 2.1 概述 微电子技术、计算技术和无线通信技术的进步推动了低功耗多功能传感器的快速发展，使其在微小的体积内能够集成信息采集、数据处理和无线通信等功能。部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点通过无线通信的方式形成一个多跳的自组织网络，即无线传感器网络，这些节点可以协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了传感器网络的三个要素。 2.2 无线传感器网络结构 无线传感器网络是一种特殊的Ad-hoc网络，它是由许多无线传感器节点协同组织起来的。这些节点具有协同合作、信息采集、数据处理、无线通信等功能，可以随机或者特定地布置在监测区域内部或附近，它们之间通过特定的协议自组织起来，能够获取周围环境的信息并且相互协同工作完成特定任务。 无线传感器网络典型的体系结构如图1所示，包括分布式传感器节点、网关、互联网和监控中心等。在传感器网络中，各个节点的功能都是相同的，它们既是信息包的发起者，也是信息包的转发者。大量传感器节点被布置在整个监测区域中，每个节点将自己所探测到的有用信息通过初步的数据处理和信息融合之后传送给用户，数据传送的过程是通过相邻节点的接力传送方式传送给网关，然后再通过互联网、卫星信道或者移动通信网络传送给最终用户。用户也可以对网络进行配置和管理，发布监测任务以及收集监测数据等。
无线传感网技术实验二
《无线传感网技术》实验二 班级：微电子1102 学号：0301110213 姓名：王绪安 一、实验目的 通过仿真实验，掌握无线传感网络联通率与通信半径以及节点数目之间的关系。 二、实验内容 （1）在不同节点数目n 情况下，用Matlab 拟合出连通率与通信半径的关系曲线。 （2）在不同通信半径R 情况下，用Matlab 拟合出连通率与节点数量n 的关系曲线。 三、实验思路分析过程（包括程序说明） 用计算机语言编写图的连通性判断算法，判断节点是否连通以及确定连通分支的个数，Warshell 算法实现方法 Warshell 算法 Warshell 算法可解决图是否连通的问题, 而且效率很高。在该算法中，矩阵P 是判断矩阵，1=ij p 表示从i 到j 连通，0=ij p 表示从i 到j 不连通。T 矩阵是模拟节点的两两直接连通矩阵T ij =1表示从i 到j 连通，T ij =0表示从i 到j 不连 通。 (1)置新矩阵 P:= T ; (2）k=1.....9，P=P*T ；循环叠乘得出最终连通矩阵。 （3）对P 矩阵P ij 进行连续判断，若有P ij <=0，则该图不连通，跳出循环。 （4）重复上面操作1000次，累计连通图的次数n,得出连通率。 四、实验程序 （1）在不同节点数目n 情况下，用Matlab 拟合出连通率与通信半径的关系曲线。 rate_1 = zeros(1,100); r=0.01:0.01:1; for k=1:1:100 for number=1:1:1000 flag_overflow=1; x=rand(10,1);
y=rand(10,1); for num=1:1:10 for sec_num=1:1:10 if(sqrt((x(num)-x(sec_num))^2+(y(num)-y(sec_num))^2) 《无线传感网络技术》复习资料 一、选择题 1、I/O端口的输出电压为（ B ） A. 3V B. 3.3V C. 5V D. 12V 2、ZigBee网络中存在设备类型不包括（ B ）。 A. 协调器 B. 无线网卡 C. 终端设备 D. 路由器 3、实验板上LED1和LED2与CC2530的连接如下图所示，LED1和LED2的负极端分别通过一个限流电阻连接到地（低电平），它们的正极端分别连接到CC2530的( A )端口。 A. P1_0与P1_1 B. P1_1与1_2 C. P1_0与P1_2 D. P1_1与P1_3 4、 basicRfCfg_t数据结构中的PanId成员是（C）。 A. 发送模块地址 B. 接收模块地址 C. 网络ID D. 通信信道 5、引起中断的原因或是发出中断申请的来源叫做中断源。CC2530共有（ D ）个中断源。 A.5 B. 12 C. 16 D. 18 6、basicRfCfg_t数据结构中的channel成员是（D）。 A. 发送模块地址 B. 接收模块地址 C. 网络ID D. 通信信道 7、在basicRf 无线发送数据时，“basicRfConfig.myAddr=SWITCH_ADDR;”的作用是（A）。 A.配置本机地址 B. 配置发送地址 C. 配置发送数据 D. 配置接收数据 8、无线传感器网络的基本要素不包括（C ）。 A．传感器B．感知对象C．无线AP D．观察者 9、二进制数 110011011 对应的十六进制数可表示为 ( C ). A. 192H B. C90H C. 19BH D. CA0H 10、定时器1是一个（）定时器，可在时钟（）递增或者递减计数。 C A．8位，上升沿B．8位，上升沿或下降沿 C．16位，上升沿或下降沿 D．16位，下降沿 11、basicRfCfg_t数据结构中的panId成员是（C ）。 A．发送模块地址B．接收模块地址C．网络ID D．通信信道 12、十进制数 126 其对应的十六进制可表示为 ( D ). A. 8 F B. 8 E C. F E D. 7 E 13、basicRfCfg_t数据结构中的channel成员是（D ）。 A．发送模块地址B．接收模块地址C．网络ID D．通信信道 14、I/O端口的输出电压为（ B ） A. 3V B. 3.3V C. 5V D. 12V 15、下列说法中，正确的是（C） A. #define和printf都是C语句 B. #define是C语句，而printf不是 无线传感器网络实验报告 班级: _14104341__ 姓名：__代姝佳__ 学号：_1410400111_ 时间：_2017-4-12__教师：_陈飞云_成绩：_________ 实验名称： 一、实验目的 1.了解点对点通信过程。 2.学会ATOS平台通讯模块（ActiveMessage）的使用。 二、实验原理 本实验使用TinyOS中的活动消息（PlatformMacC）模型实现点对点通信，活动模型组件PlatformMacC包含了网络协议中路由层以下的部分。在ATOS平台下，PlatformMacC包含的主要功能有：CSMA/CA、链路层重发、重复包判断等机制。其中，CSMA/CA机制使节点在发送数据之前，首先去侦听信道状况，只有在信道空闲的情况下才发送数据，从而避免了数据碰撞，保证了节点间数据稳定传输；链路层重发机制是当节点数据发送失败时，链路层会重发，直到发送成功或重发次数到达设定的阈值为止，提高了数据成功到达率；重复包判断机制是节点根据发送数据包的源节点地址及数据包中的dsn域判断该包是不是重复包，如果是重复包，则不处理，防止节点收到同一个数据包的多个拷贝。 PlatformMacC向上层提供的接口有AMSend、Receive、AMPacket、Packet、Snoop等。AMSend接口实现数据的发送，Receive接口实现数据的接收，Snoop是接收发往其它节点的数据，AMPacket接口用于设置和提取数据包的源节点地址、目的地址等信息，Packet接口主要是得到数据包的有效数据长度（payload length）、最大有数据长度、有效数据的起始地址等。AMSend、Receive、Snoop都是参数化接口，参数为一个8位的id号，类似于TCP/IP协议中的端口号。两个节点通信时，发送节点使用的AMSend接口的参数id必须与接收节点的Receive接口的参数id一致。 在TinyOS操作系统下，所有的数据包都封装到一个叫message_t的结构体中。message_t结构体包含四个部分：header、data、footer、metadata四个部分。其中header中包含了数据包长度、fcf、dsn、源地址、目的地址等信息；metadata包含了rssi等信息，详见cc2420.h、Message.h、platform_message.h。其中，metadata部分不需要通过射频发送出去，只是在发送前和接收后提取或写入相应的域。 三、实验内容 1.将J-Link对应端插入ATOS多模汇聚节点的CN3引脚，将ATOS多模汇聚节点上的STM32 同电脑连接起来。 2.打开SEGGER/J-Link arm v4.081/J-flash arm软件，点击target/connect,连接成功后，点击file/open，按照路径光盘A/02 演示中心/STM32相关HEX打开M3GW-PC.hex，再点击target/program，其烧录到ATOS多模汇聚节点的STM32芯片中。烧录成功后，最后点击target/start application在多模汇聚节点的STM32芯片上运行程序。 3.用串口线将ATOS多模汇聚节点和PC机器连接起来。 无线传感网智能组网设计实验指导书( 实验类) 实验 1.Zigbee基本通信实验 1.1实验目的 ?了解实Zigbee的原理及在软件上如何方便使用; ?掌握在Windows CE 6.0下进行UART编程的方法。 1.2实验设备 ?硬件: EduKit-IV嵌入式教学实验平台、 Mini270核心子板、Zigbee模块、 PC 机; ?软件: Windows /NT/XP 以及Windows 平台下的VS 开发环境。 1.3实验内容 ?利用Microsoft Visual Studio 编写一个可运行于EduKit-IV型实验箱Windows CE 6.0操作系统上的应用程 序; ?学习和掌握EduKit-IV教学实验平台中经过UART与Zigbee 模块通信, 实现对Zigbee模块的配置和对等网模式下的通 信。 1.4实验原理 1.4.1Zigbee起源 无线网络系统源自美国军方的”电子尘埃(eMote)”技术, 是当前国内、外研究的热点技术之一。该系统基于IEEE802.15.4规范的无线技术, 工作在2.4 GHz或868／928 MHz, 用于个人区域网和对等网状网络。ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术。它是一种介于红外无线技术和蓝牙之间的技术提案。主要用于近距离无线连接。它依据802.15.4标准。在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量, 以接力的方式经过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器, 因此它们的通信效率非常高。相对于现有的各种无线通信技术, 无线ZigBee网络技术将是近距离通信最低功耗和成本的技术。这一技术当前正向工业、民用方向推广和发展, 市场前景广阔。包括国家863计划等项目都在进行相关的研究工作。因此, 本文介绍的基于ZigBee技术的嵌入式无线网络平台, 这一无线网络平台可应用于工业控制、信息家电、安保系统、环境监测、港务运输、煤矿安全、农业自动化和医疗监护设备等许多行业和设备。具有广泛的适应性。并能弥补其它无线通信技术的不足, 保证其安全性, 降低服务成本。 无线传感器网络 课程设计报告 （2018-2019学年第一学期） 题目安全的无线传感器网络数据传输系统的设计指导老师 班级 目录1需求分析 2传感器网络概述 2.1传感器网络体系结构 2.2传感器网络协议栈 3数据传输方式 4设计 4.1主要数据结构 4.2 课程设计的条件 5测试 6使用说明 6.1应用程序功能的详细说明 6.2应用程序运行环境要求 6.3输入数据类型、格式和内容限制 6.4各模块程序段说明 7总结提高 7.1课程设计总结 7.2课程设计评价 1 需求分析 1.1 功能与技术需求 随着信息时代的逐渐来临,物联网的建设也越来越完善,为信息的存储和传输提供了完善的路径,而无线传感网是物联网的重要组成部分,它的建设成为物联网建设的关键。无线传感器网络是由大量微型传感器节点以自组织和多跳的方式构成的网络。它具有资源非常受限、无线通信链路质量不稳定和网络拓扑动态变化等诸多显著特点,与现有的互联网和其它无线网络存在较大差别,向可靠数据传输提出新的挑战和要求。在数据传输可靠性保障方面，采用了加密算法保证在传输过程中的安全性。 2 传感器网络概述 2.1传感器网络体系结构 典型的传感器网络结构包括传感器节点、汇聚节点和管理节点。随即部署在监测区域内的大量传感器节点通过自组织方式构成网络。传感器节点的监测数据沿着其他节点逐跳传输，监测数据可能被多个节点处理，经过多跳后被路由到汇聚节点，最后通过互联网或者卫星到达管理节点和用户。管理节点对传感器网络进行配置和管理。传感器网络体系结构如图所示 2.2传感器网络协议栈 与互联网协议栈(TCP/IP)的五层相对应，传感器网络协议栈包括:物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。另外协议栈还包括时间同步、节点定位、网络管理、QoS保障、移动管理、任务管理、能量管理和安全机制等。物理层提供信号调制、无线收发和相应的密码服务:数据链路层负责信道接入、拓扑生成、差错控制、介质访何控制、数据成帧以及数据帧监测等;网络层主要负责路由生成，路由选择和拓扑管理等;传输层负责数据流的传输控制，网络的协同工作等:时间同步、节点定位、网络管理、QoS 保障、移动管理、任务管理、能量管理和安全机制等通常跨越多个网络协议栈层次 -------无线传感网络实验报告 学院：信息工程学院 专业：网络工程 学号：201216213 姓名：张新龙 LEACH协议 LEACH协议简介 分簇算法LEACH 协议是Wendi B. Heinzelman , AnanthaP. Chandrakasan , Hari Balakrishnan (MIT ,电子与计算机系) 2000 年提出的分层的传感器网络协议, 它采用分层的网络结构. LEACH,协议是通过基于簇的操作使WSN减少功耗，LEACH，协议的目的是在网络中动态地选择传感器节点作为簇头并形成簇。在LEACH 算法中, 节点自组织成不同的簇, 每个簇只有一个簇首.各节点独立地按照一定概率决定自己是否做簇首,周期性的进行簇首选举和网络重组过程, 避免了簇首节点能耗过多, 影响网络寿命. LEACH 算法建立在所有节点都是平等且无线电信号在各个方向上能耗相同的假设上。 LEACH协议有时候也会动态地改变簇的活跃动态，如果采用高功率的方式使网络中的所有传感器节点与汇聚节点进行通信。 LEACH协议原理 LEACH 协议分为两个阶段操作, 即簇准备阶段(set - up phase)和就绪阶段(ready phase). 为了使能耗最小化, 就绪阶段持续的时间比簇准备阶段长簇准备阶段和就绪阶段所持续的时间总和称为一轮(round). [ 7-8]在簇准备阶段, 随机选择一个传感器节点作为簇首节点(cluster head node), 随机性确保簇首与Sink 节点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. 簇首节点选定后, 该簇首节点对网络中所有节点进行广播, 广播数据包含有该节点成为簇首节点的信息. 一旦传感器节点收到广播数据包, 根据接收到的各个簇首节点广播信号强度, 选择信号强度最大的簇首节点加入, 向其发送成为其成员的数据包.以便节省能量.簇头建立阶段：初始阶段，每个节点从0和1中随机产生一个数，如果这个数小于阀值T（n），该节点就成为当前轮的簇头。 《传感网原理及应用》实验报告 专业班级：物联网工程 姓名: ## 学号: 指导教师： 评阅成绩： 评阅意见： 提交报告时间：2015年 12月 21日 目录 实验二无线自组网实验 1、实验目的………………………………………………………………………… 2、实验内容………………………………………………………………………… 3、实验步骤………………………………………………………………………… 4、实验现象描述与实验结果分析………………………………………………… 5、实验思考………………………………………………………………………… 实验一点对点通信实验 一、实验目的 1.了解无线自组网工作原理。 2.掌握利用ZigBee协议栈和传感器组件无线自组网的方法。 二、实验内容 本实验使用lAR Embedded Workbench环境和物理地址烧写软件smadRF Flash Programmer,利用ZigBee协议栈和传感器组建无线传感网络,学习zigbee网络组成过程 以及各个传感器模块的工作原理和功能。 三、实验步骤 1.给zigbee模块下载程序: 1.1使用JTAG仿真器连接zigbee模块和PC机； 1.2 打开软件SmartRF Flash PrOgramme(物理地址烧写软件): 1.3下载*.hex文件。 找到下载所需的程序(*.hex文件),分别为协调器程序以及各个传感器板卡程序。使用Sma戌RF Flash Programmer软件将*.heX文件下载到协调器以及各个传感器模块中（协调器模块已经集成在ARM网关上。 首先,使用SmadRF Flash Programmer软件打开将要下载的*.hex 文件,然后,打开“协调器*.hex”文件后,打开将要下载的*.hex文件点击Perform actions，最后,完成对*.hex 文件的烧写,即完成了对协调器程序文件的烧写.如图: 无线传感器实验报告 班级： 姓名： 学号： 实验一、按键控制oled姓名输出显示 【实验目的】 1. 掌握CC2530的IO口寄存器设置； 2. 掌握LED自动闪烁编程方法。 【实验内容】 1. 在IAR集成开发环境中编写LED自动闪烁程序，实现LED的自动闪烁。 2.在oled显示输出姓名，并用按键控制 【预备知识】 1. 了解C语言的基本知识； 2. 了解IAR中编写和调试程序的方法。 【实验设备】 1. 硬件：教学实验箱、PC机； 2. 软件：PC机操作系统Windows7＋IAR 开发环境。 3. 实验必须连接好仿真器，通用调试母板，将通用调试母板串口和PC串口连接好 【具体内容】 #include "iocc2530.h" #include "ugOled9616.h" #include "typedef.h" #include "stdio.h" #include "mcuClock.h" #define uint unsigned int #define uchar unsigned char typedef signed short INT16; #define ON 0 #define OFF 1 //定义控制灯的端口 #define RLED P1_0 //定义LED1为P10口控制 #define YLED P1_1 //定义LED2为P11口控制 #define K1 P0_6 //P0_6 //函数声明 void Delay(uint); //延时函数 void Initial(void); //初始化P0口 voidInitKey(void); ucharKeyScan(void); unsigned char WangChao[2][8]={ 实验一 CC2530 I/O基础实验 一、实验要求 1)熟悉CC2530无线单片机功能、管脚、调试环境IAR软件的基本功能和初 步使用； 2)进行CC2530无线单片机的通用IO口的配置、使用及实验； 3)完成CC2530通用I/O口的原理性操作控制，完成必要的实验环节，分析 总结实验。 二、实验目的 1)熟悉IAR编译软件界面的基本功能； 2)掌握在IAR软件中利用C语言配置CC2530 IO口的方法； 3)掌握自己修改并调试IO口配置的方法； 三、实验知识点 1、IAR开发环境基本功能及工程建立 ①装 IAR开发环境。 ②启动 IAR，新建一个 IAR 工作区，或者打开一个IAR 工作区。 ③连接CC Debugger调试器和ZigBee模块、连接CC Debugger到计算机， 安装驱动。 ④设置项目参数。 ⑤编译、下载程序。 ⑥安装SmartRF Flash Programmer 软件。 ⑦ 使用 SmartRF Flash Programmer 软件。 2、CC2530通用 I/O口介绍 ①I/O口特性 ②CC2530寄存器 ③CC2530各引脚、端口在输入输出模式下的状态及默认值 ④外部设备I/O 四、实验步骤和内容 1、内容 本次实验的目的是让用户学会使用CC2530的I/0来控制外设，本例以LED 灯为外设，用CC2530控制简单外设时，应将I/O设置为输出。实验现象LED闪烁。 2、步骤 1)实验准备 2)I/O口输出控制：点灯，自动闪烁。 ① 启动IAR，找到实验一程序文件所在的文件夹，打开工作区文件Exp 1_1.eww； ② 取一个节点模块，节点模块上要有ZigBee通信模块，如上图，按照 前面预备知识中 ③ 编译、下载程序”顺序连接模块到CC Debugger和计算机，连接电源， 连接好后，打开电源开关； ④ 按照上面预备知识中: 编译、下载程序”步骤完成本实验的编译；点击IAR功能菜单上的绿色的下载按键，完成下载。 五、实验结果和小结 1、实验结果 由起初的指示灯不亮到亮，然后按程序设计的状态闪烁，达到了预期的效果。 2、实验小结 通过本次实验，我进一步了解了ZiBee模块以及CC2530的端口输入输出模式，同时也加深了我对无线传感网络这一课程的认识和兴趣，也让 实验二：无线传感器数据通信实验 一、实验目的： 在无线传感器节点的单片机驱动代码的基础上，编写无线通信程序，实现多个传感器节点之间的双向数据传输。 二、实验原理： 温湿度传感器和单片机采用的是类似IIC的串行通信，和单片机相连如图1-8所示 VDD和GND是传感器供电引脚。 SCK是时钟引脚，在通信这个过程中，SCK信号都是有单片机控制的。 DATA是数据线，和单片机IO口相连。用于向传感器发送指令和从单片机读走数据。数据在时钟的上升沿生效在时钟是高电平时保持不变。在时钟是低电平时准备数据。接口如图所示。 图1-8 温湿度接口 单片机先向传感器发送开始命令，然后开始通信，开始命令时序图如图所示。在SCK高电平时，将数据线拉低，在下一个时钟高电平期间，将数据线拉高。开始信号发送完毕。 图1-9 开始信号 再开始信号后是命令信号，命令信号包含3位地址位（只支持000）和5位命令位组成。传感器在接收到1byte数据时（即第八个时钟下降沿）将数据线拉低，表示数据正确接收。在九个下降沿被释放。命令如下表。 单片机在发送完命令信号后，等待温湿度传感器测量完成。传感器在转换完成后将数据线拉低。单片机产生时钟信号，从温湿度传感器读数据。数据包含2bytes的测量结果和1bytes的校验。单片机在收到每字节数据都要将数据线拉低给出应答信号。数据高位在前，低位在后。传感器在测量结束和通信完毕后自动进入休眠。具体操作见数据手册。时序图如图1-10所示。 图1-10 传感器工作时序图 8、 计算公式 温度计算公式： 湿度计算公式： 三、实验设备： ZIGBEE无线空气温湿度传感器一个、装有实验软件的计算机。 四、实验内容： 1、建立开发工程； 用MDK打开工程模板。 2、把similar_i2C.c和similar_i2C.h加入到工程。 将similar_i2c文件夹拷贝到工程模板目录中。 调用similar_i2C.c中函数，编写温度采集和湿度采集代码 在工程模板根目录下建立sht1xx_sensor,在里面新建sht1xx.c和sht1xx.h空文件，将c加入到工程，将h文件加入到工程设置中编写main()调用温度采集和湿度采集函数,并对原始数据进行处理。 在原有的程序的基础上，添加代码使程序能够根据数据计算出湿度，并显示出来。无线传感网络技术题库
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