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。

传感器节点

图1 无线传感器网络体系结构

2.3传感器节点结构

传感器节点通常是一个微型的嵌入式系统。从网络功能上看，每个传感器节点既具有传统网络节点的终端功能，又兼具路由器的功能。除了要进行本地信息收集和数据处理外，还要对其他节点转发来的数据进行存储、管理和融合等处理。

一个传感器节点通常由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分组成，如图2所示。传感模块负责采集监测区域内的有用信息并进行数据转换；处理器模块负责控制整个传感器节点的运行，存储和处理本身采集的数据以及其他节点发来的数据；无线通信模块负责与其他传感器节点进行无线通信，交换控制信息和收发采集到的数据；能量供应模块为传感器节点提供运行所需的能量，通常采用微型电池。传感器节点为低功耗设备，为了最大限度地节约电源，在硬件设计方面，要尽量采用低功耗器件，处理器通常选用嵌入式CPU，射频单元主要由低功耗、短距离的无线通信模块组成,在没有通信任务的时候，要切断射频部分电源；而且在软件设计方面，各层通信协议都应该以节能为中心，必要时可以牺牲一些网络性能指标，以获得更高的电源效率。

图2 传感器节点的体系结构

2.4 无线传感器网络协议栈

无线传感器网络通信协议主要包括物理层、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。在低层采用IEEE802.15.4工作组所定义的MAC层和物理层协议，而在MAC层以上的协议则是由Zigbee联盟制定。完整的Zigbee协议栈模型如图3所示。另外，协议栈还包括能量管理平台、移动管理平台和任务管理平台。这些管理平台使得传感器节点能够按照能源高效的方式协同工作，在节点移动的传感器网络中转发数据，并支持多任务和资源共享。

图3 Zigbee协议栈

2.4.1 物理层

物理层负责载波频率产生、信号的调制解调等工作。IEEE802.15.4定义了2.4GHz物理层和868/915MHz物理层两个物理层标准，两个物理层都基于DSSS（Direct Sequence Spread Spectrum,直接序列扩频），使用相同的物理层数据包格式，区别在于工作频率、调制技术、扩频码片长度和传输速率的不同。2.4GHz频段有16个信道，能够提供250kbps的传输速率，物理层采用的是O-QPSK调制；868MHz是欧洲的ISM频段，只用一个信道，传输速率为

20kbps，物理层采用BPSK调制；915MHz是美国的ISM频段，有10个信道，传输速率为40kbps，物理层采用的也是BPSK调制方式。

2.4.2 数据链路层

数据链路层负责数据成帧、帧检测、媒体访问和差错控制。媒体访问协议保证可靠的点对点和点对多点通信，差错控制则保证源节点发出的信息可以完整、无误地到达目标节点。就实现机制而言，介质访问控制（MAC）协议可分为3类：确定性分配、竞争占用和随机访问。前两者不是传感器网络的理想选择。因为TDMA固定时隙的发送模式功耗过大，为了节省功耗，空闲状态应关闭发射机，竞争占用方案需要实时监测信道状态，也不是一种合理的选择，随机介质访问模式比较适合于无线传感网络的节能要求。IEEE802.15.4定义的MAC 层采用了CSMA-CA（载波监听多信道接入/避免冲突）协议的信道共享多点接入技术；为了保证传输的可靠行，还采用了完整的握手协议。在无线传感器网络中，两个主要的错误控制模式是前向错误修正（FEC）和自动重复请求（ARQ）两种。

2.4.3 网络层

网络层主要负责路由生成与路由选择。网络层协议是无线传感器网络的重要因素，在无线传感器网络中，大多数节点是无法直接与网关进行通信的，需要通过中间节点进行多跳路由才能将采集到的数据发送给网关。

针对无线传感器网络中数据传送的特点和难题，人们提出许多新的路由协议。这些路由协议可以大致分为四类：洪泛式路由协议、层次式路由协议、以数据为中心的路由协议、以及基于位置信息的路由协议。

1．洪泛式路由协议：这种协议是一种古老的协议。它不需要维护网络的拓扑结构和路由计算，接收到消息的节点以广播形式转发数据包给所有的邻节点。对于自组织的传感器网络，洪泛式路由是一种较直接的实现方法，但容易带来消息的“内爆”（implosion）和“重叠”（overlap），而且它没有考虑能源方面的限制，具有“资源盲点”（resource blindness）的缺点。典型算法为扩散法（Flooding）。

2．层次式路由协议：它的基本思想是将传感节点分簇，簇内通讯由簇头节点来完成，

簇头节点进行数据聚集和合成减少传输信息量，最后簇头节点把聚集的数据传送给终端节点。这种方式能满足传感器网络的可扩展性，有效的维持传感节点的能量消耗，从而延长网络生命周期。典型算法为低功耗自适应聚类路由算法（LEACH ）。

LEACH （low energy adaptive clustering hierarchy ）LEACH 是MIT 的Chandrakasan 等人为无线传感器网络设计的低功耗自适应聚类路由算法。与一般的平面多跳路由协议和静态聚类算法相比，LEACH 可以将网络生命周期延长15%，主要通过随机选择聚类首领，平均分担中继通信业务来实现。LEACH 定义了“轮”(round)的概念，一轮由初始化和稳定工作两个阶段组成。为了避免额外的处理开销，稳定态一般持续相对较长的时间。

在初始化阶段，聚类首领是通过下面的机制产生的。传感器节点生成0,1之间的随机数,如果大于阈值T ，则选该节点为聚类首领。T 的计算方法如下： 1[mod(1/)]

p T p r p =- 其中p 为节点中成为聚类首领的百分数，r 是当前的轮数。一旦聚类首领被选定，它们便主动向所有节点广播这一消息。依据接收信号的强度，节点选择它所要加入的组，并告知相应的聚类首领。基于时分复用的方式，聚类首领为其中的每个成员分配通信时隙。在稳定工作阶段，节点持续采集监测数据，传与聚类首领，进行必要的融合处理之后，发送到sink 节点，这是一种减小通信业务量的合理工作模式。持续一段时间以后，整个网络进入下一轮工作周期，重新选择聚类首领。

3．以数据为中心的路由协议：它提出对传感器网络中的数据用特定的描述方式命名，数据传送基于数据查询并依赖数据命名，所有的数据通信都限制局部范围内。这种方式的通信不再依赖特定的节点，而是依赖于网络中的数据，从而减少了网络中大量传送的重复冗余数据，降低了不必要的开销，从而延长网络生命周期。典型算法为向扩散（Directed Diffusion ）。定向扩散模型是Estrin 等人专门为传感器网络设计的路由策略，与已有的路由算法有着截然不同的实现机制。节点用一组属性值来命名它所生成的数据，比如将地震波传感器生成的数据命名为Type=seismic ，id=12，timestamp=02.01.22/21:10:23，location=75−80S/100−120E 。Sink 节点发出的查询业务也用属性的组合表示，逐级扩散，最终遍历全网，找到所有匹配的原始数据。有一个称为“梯度”的变量与整个业务请求的扩散过程相联系，反映了网络中间节点对匹配请求条件的数据源的近似判断。更直接的方法是节点用一组标量值表示它的选择，值越大意味着向该方向继续搜索获得匹配数据的可能性越大，这样的处理最终将会在整个网络中为sink 节点的请求建立一个临时的“梯度”场，匹配数据可以沿“梯度”最大的方向中继回sink 节点。图4描述了定向扩散模型的工作原理。

图4 定向扩散路由原理

4．基于位置信息的路由协议：它利用节点的位置信息，把查询或者数据转发给需要的地域，从而缩减数据的传送范围。实际上许多传感器网络的路由协议都假设节点的位置信息为已知，所以可以方便的利用节点的位置信息将节点分为不同的域（region）。基于域进行数据传送能缩减传送范围缓和中间节点，从而延长网络生命周期。典型算法为GEAR算法。

GEAR是充分考虑了能源有效性的基于位置的路由协议，它比其他的基于位置的路由协议能更好的应用于无线传感器网络之中。既然传感器网络中的数据经常包含了位置属性信息，那么可以利用这一信息，把在整个网络中扩散的信息传送到适当的位置区域中。同样GEAR也采用了查询驱动数据传送模式。它传送数据分组到目标域中所有的节点的过程包括两个阶段：目标域数据传送和域内数据传送。

在目标域数据传送阶段，当节点接收到数据分组，它将邻接点同目标域的距离和它自己与目标域的距离相比较，若存在更小距离，则选择最小距离的邻接点作为下一跳节点；若不存在更小距离，则认为存在“hole”，节点将根据邻居的最小花销来选择下一跳节点。

在域内数据传送阶段，可通过两种方式让数据在域内扩散：在域内直接洪泛和递归的目标域数据传送直到目标域剩下唯一的节点。

GEAR将网络中扩散的信息局限到适当的位置区域中，减少了中间节点的数量，从而降低了路由建立和数据传送的能源开销，从而更有效的提高了网络的生命周期。缺点是依赖节点的GPS定位信息，成本较高。

在本实验中我们采用的是AODV路由算法（Ad hoc on demand distance vector,Ad hoc按需距离矢量协议）。它并不是传感器网络的最佳路由算法。但是通过它，我们可以了解到传感器网络的一些路由特点。

AODV是一个按需的路由协议，它只根据源节点的需要才建立节点之间的路由。在源节点使用这条路由进行网络通信时，路由程序会一直维护这些路由。AODV使用序列号来保证路由的时效性。它通过一个路由请求/路由回应的查询过程来建立路由。当一个源节点想要与目标节点通信，但又不具备到目标节点的有效路由时，它广播一个路由请求报文（RREQ）。在RREQ报文中包含了源节点的IP地址、源节点当前的序列号和一个广播ID，同时还包含了源节点所知道的到目的节点的最新路由的序列号。其它节点收到这个报文时，就在路由表中建立到源节点的反向路由，并重新广播RREQ报文。当目标节点收到RREQ报文时，它会单播一个路由回答报文（RREP）给源节点。如果某一个中间节点具有一条到目的节点的较新路由（意味着这条路由的序列号比RREQ中的目的节点的序列号要大），它也可以直接给源节点发送RREP报文，而不在广播RREQ报文。当然，如果一个节点收到了重复的RREQ（即具有相同广播ID的RREQ），它将忽略这个报文，而不将其继续广播。

在RREP从目的节点向源节点传播的过程中，沿途的节点都在各自的路由表中设定了到目的节点的正向路由。当源节点收到RREP报文之后，就可以开始向目的节点发送数据包。如果源节点在之后又再次收到RREP，并且RREP中的目标节点序列号比它当前所用的路由的序列号更大时，它会更新自己的路由表，并开始使用新路由。

当源节点频繁给目的节点发送数据包时，其所用的路由会一直保持活跃状态，并被沿途的所用中间节点所维护。也就是说在AODV协议中，路由中的每个节点都维护路由表，因而数据报文头部不再需要携带完整的路由信息，从而提高了协议的效率。一旦源节点停止发包，则这条路由会超时，并被中间节点从各自的路由表中删除。如果一条活跃路由的中间某一段链路发生了破裂（可能时由于节点移动，或外界干扰），则这条路由会产生错误。在链路破裂处的上游节点会给源节点发送路由错误（RERR）报文。源节点收到RERR后，如果它还需要继续与目的节点通信，就必须重新建立路由。

2.4.4 传输层

传输层负责数据流的传输控制，将传感器网络的数据提供给外部网络，是保证通信服务质量的重要部分。

2.4.5 应用层

应用层包括一系列基于监测任务的应用层软件。

2.4.6 管理平台

（1）能量管理平台管理传感器节点如何使用能源，在各个协议层都需要考虑节省能量。主要包括动态功率管理和动态电压调度两部分：

动态功率管理(dynamic power management，简称DPM) 在多数传感器网络的应用中，监测事件具有很强的偶发性，节点上所有的工作单元没有必要时刻保持在正常的工作状态。处于沉寂状态，甚至完全关闭，必要时加以唤醒是一种有效的系统节能方案。传感器网络节点的主要功耗器件有处理器、内存、带A/D的传感器和无线收发单元。Sinhua等人根据它们的状态组合的有效性，将整个节点分为5种工作状态，在嵌入式操作系统的支持下进行切换，既满足了功能的需要，又节省了功耗。

动态电压调度(dynamic voltage scheduling，简称DVS)主要原理是基于负载状态动态调节供电电压来减小系统功耗。

（2）移动管理平台监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其邻居的位置。

（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。

2.5无线传感器网络特点

无线传感器网络与传统的无线网络（移动通信网、无线局域网、蓝牙网络、Ad hoc 网络等）相比有一些独有的特点，正是由于这些特点使得传感器网络存在很多新问题，提出了很多新的挑战。无线传感器网络的主要特点有：

1．节点数量众多，分布密集。为了对一个区域进行监测，往往有成千上万个传感器节点空投到该区域。传感器节点分布非常密集，利用节点之间高度连接性来保证系统的容错性和抗毁性。

2．硬件资源有限。节点由于受价格、体积和功耗的限制，其计算能力、内存空间比普通的计算机功能要弱很多。这一点也决定了在节点操作系统设计中，协议层次不能太复杂。

3．电源容量有限。网络节点一般由电池供电，其特殊的应用领域决定了在使用过程中，不能给电池充电或更换电池，一旦电池能量用完，这个节点也就失去了作用（死亡）。因此在传感器网络设计过程中，任何技术和协议的使用都要以节能为前提。

4．自组织网络。无线传感器网络的布设和展开无需依赖于任何预设的网络设施，节点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，节点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。

4．无中心的网络。无线传感器网络中没有严格的控制中心，所有结点地位平等，是一个对等式网络。结点可以随时加入或离开网络，任何结点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。

5．多跳路由。网络中节点通信距离有限，一般在几百米范围内，节点只能与它的邻居直接通信。如果希望与其射频覆盖范围之外的节点进行通信，则需要通过中间节点进行路由。固定网络的多跳路由使用网关和路由器来实现，而在无线传感器网络中没有专门的路由备，

它的多跳路由可以由任一传感器节点来完成。每个传感器节点既是信息的发起者，也是信息的转发者。

6．动态拓扑。无线传感器网络是一个动态的网络，节点可以随处移动；一个节点可能会因为电池能量耗尽或其他故障，退出网络；一个节点也可能由于工作的需要而被添加到网络中。这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化，因此网络应该具有动态拓扑组织功能。

2.6无线传感器网络的应用

MEMS支持下的微小传感器技术和节点间的无线通信能力为传感器网络赋予了广阔的应用前景，主要表现在军事、环境、健康、家庭和其他商业领域。在空间探索和灾难拯救等特殊的领域，传感器网络也有其得天独厚的技术优势。

1．军事应用：在军事领域，传感器网络将会成为C4ISRT（command，control，communication，computing，intelligence，surveillance，reconnaissance and targeting）系统不可或缺的一部分。C4ISRT系统的目标是利用先进的高科技技术，为未来的现代化战争设计一个集命令、控制、通信、计算、智能、监视、侦察和定位于一体的战场指挥系统，受到了军事发达国家的普遍重视。因为传感器网络是由密集型、低成本、随机分布的节点组成的，自组织性和容错能力使其不会因为某些节点在恶意攻击中的损坏而导致整个系统的崩溃，这一点是传统的传感器技术所无法比拟的，也正是这一点，使传感器网络非常适合应用于恶劣的战场环境中，包括监控我军兵力、装备和物资，监视冲突区，侦察敌方地形和布防，定位攻击目标，评估损失，侦察和探测核、生物和化学攻击。在战场，指挥员往往需要及时准确地了解部队、武器装备和军用物资供给的情况，铺设的传感器将采集相应的信息，并通过汇聚节点将数据送至指挥所，再转发到指挥部，最后融合来自各战场的数据形成我军完备的战区态势图。在战争中，对冲突区和军事要地的监视也是至关重要的，通过铺设传感器网络，以更隐蔽的方式近距离地观察敌方的布防;当然，也可以直接将传感器节点撒向敌方阵地，在敌方还未来得及反应时迅速收集利于作战的信息。传感器网络也可以为火控和制导系统提供准确的目标定位信息。在生物和化学战中，利用传感器网络及时、准确地探测爆炸中心将会为我军提供宝贵的反应时间，从而最大可能地减小伤亡。传感器网络也可避免核反应部队直接暴露在核辐射的环境中。在军事应用中，与独立的卫星和地面雷达系统相比，传感器网络的潜在优势表现在以下几个方面：

（1）分布节点中多角度和多方位信息的综合有效地提高了信噪比，这一直是卫星和雷达这类独立系统难以克服的技术问题之一。

（2）传感器网络低成本、高冗余的设计原则为整个系统提供了较强的容错能力。

（3）传感器节点与探测目标的近距离接触大大消除了环境噪声对系统性能的影响。

（4）节点中多种传感器的混合应用有利于提高探测的性能指标。

（5）多节点联合，形成覆盖面积较大的实时探测区域。

（6）借助于个别具有移动能力的节点对网络拓扑结构的调整能力，可以有效地消除探测区域内的阴影和盲点。

2．环境科学：随着人们对于环境的日益关注，环境科学所涉及的范围越来越广泛。通过传统方式采集原始数据是一件困难的工作。传感器网络为野外随机性的研究数据获取提供了方便，比如，跟踪候鸟和昆虫的迁移，研究环境变化对农作物的影响，监测海洋、大气和土壤的成分等。ALERT系统中就有数种传感器来监测降雨量、河水水位和土壤水分，并依此预测爆发山洪的可能性。类似地，传感器网络对森林火灾准确、及时地预报也应该是有帮助的。此外，传感器网络也可以应用在精细农业中，以监测农作物中的害虫、土壤的酸碱度和施肥状况等。

3．医疗健康：如果在住院病人身上安装特殊用途的传感器节点，如心率和血压监测设

备，利用传感器网络，医生就可以随时了解被监护病人的病情，进行及时处理。还可以利用传感器网络长时间地收集人的生理数据，这些数据在研制新药品的过程中是非常有用的，而安装在被监测对象身上的微型传感器也不会给人的正常生活带来太多的不便。此外，在药物管理等诸多方面，它也有新颖而独特的应用。总之，传感器网络为未来的远程医疗提供了更加方便、快捷的技术实现手段。

4．空间探索：探索外部星球一直是人类梦寐以求的理想，借助于航天器布撒的传感器网络节点实现对星球表面长时间的监测，应该是一种经济可行的方案。NASA的JPL(Jet Propulsion Laboratory)实验室研制的Sensor Webs就是为将来的火星探测进行技术准备的，已在佛罗里达宇航中心周围的环境监测项目中进行测试和完善。

5．其它商业应用：自组织、微型化和对外部世界的感知能力是传感器网络的三大特点，这些特点决定了传感器网络在商业领域应该也会有不少的机会。比如，嵌入家具和家电中的传感器与执行机构组成的无线网络与Internet连接在一起将会为我们提供更加舒适、方便和具有人性化的智能家居环境，德国某研究机构正在利用传感器网络技术为足球裁判研制一套辅助系统，以减小足球比赛中越位和进球的误判率。此外，在灾难拯救、仓库管理、交互式博物馆、交互式玩具、工厂自动化生产线等众多领域，无线传感器网络都将会孕育出全新的设计和应用模式。

3 无线传感器网络实验平台

本实验平台采用基于2.4GHZ的Zigbee模块进行传感器节点的设计，传感器节点可以组成不同拓扑结构的网络，并且可以通过多跳将采集到的数据传输到控制节点，并由控制节点将采集到的数据通过GSM网络发送到用户的手机上；用户也可以通过手机发送命令来控制的传感器网络进行数据采集。图5是本实验的系统框图。

图5 无线传感器网络实验系统框图

3.1系统硬件结构

本实验系统的硬件结构主要包括Zigbee无线传感器节点和GSM模块两部分。每个Zigbee无线传感器节点上都配备有一个温度传感器，传感器采集到的温度数据可以通过模块的处理并经过多跳传到主控节点，再通过GSM模块将这些数据以SMS的形式发送到用户的手机上。

3.1.1 Zigbee无线传感器节点

本实验系统采用基于2.4GHZ的Zigbee模块进行传感器节点的设计，外面接有温度传

感器，温度传感器采集回来的数据送到Zigbee模块进行处理，然后通过无线的方式发送给其他节点。模块工作在2.4GHZ全球通用的ISM（Industrial，Scientific and Medical）免付费频段上，划分为16个信道，在该频段上，数据的最大传输速率为250kb/s。图6为本实验中传感器节点结构图，主要由温度传感器模块、微控制器模块、无线通信模块（IEEE 802.15.4 RF IC）和能量供应模块四部分组成。

Zigbee模块

图6 Zigbee无线传感器节点结构图

因为无线传感器节点为低功耗设备，所以在传感器节点中所采用的微控制器必须具有较低的功耗，本系统所采用的微控制器为ATMEL公司生产的A VR处理器，这是一款采用哈佛结构的RISC处理器，其设计的主要目的是加快指令的执行速度并减少系统的功耗。非常符合传感器节点低功耗的特点。表1中给出了该传感器节点的一些性能参数。

表1 传感器节点性能参数表

3.1.2 GSM无线收发模块

GSM模块负责将传感器节点采集到的数据通过GSM网络以SMS的方式发送到用户的手机上，还负责将用户手机发送过来的命令传给PC机来控制传感器节点采集数据。本实验中的GSM模块主要采用Motorola公司的G18模块设计完成，可以快速、可靠地实现传感器网络中数据的传输。

3.2 系统信息处理过程

1．配置模块，对各个模块进行初始化。运行本实验的软件程序，通过PC机上串口对每个模块进行初始配置。如：发射功率、节点类型、网络ID、节点ID等。

2．由主控节点以无线的方式发送命令将几个节点组成不同形状的网络拓扑（星形、链

形、网状），可以将任意一个配置好的模块通过串口接到PC机上来作为主控节点。图7给出了三种不同的网络拓扑结构。

星形链形网形

图7 本实验中所组成的三种典型网络拓扑

3．网络建立好后，即可进行数据采集，无线传感器网络中，传送的基本上都是短消息(Message) 。信息的基本格式如图8所示，包括帧头、目的地址、数据大小、数据内容和校验位。其中，目的地址可以是一个指定的传感器节点，校验位采用比较简单的异或校验。在本传感器网络中可由主控节点发送命令采集各个节点的温度，并把采集到的数据发送到用户的手机，可以设置一个报警温度，当某一个节点采集到的温度超过这一警戒温度时向用户发送报警信息；主控节点还可以接收手机发送过来的控制命令来控制节点进行数据采集。

图8 数据信息格式

4 实验设备与软件环境

硬件：PC机，具体要求如下：

CPU：Pentium II 300MHz 以上；

内存：128MB 以上；

硬盘：50M以上程序储存空间；

显示设备：至少支持1024*768分辨率的显示器；（由于软件界面显示的信息较多，本软件必须在1024*768以上的分辨率下运行）；

光盘驱动器（用于安装实验软件）；

可用串口（9针）；

实验硬件板：6个无线传感器模块和1-2个GSM模块；配套的串口连线和直流电源适配器。

软件：操作系统为Windows2000或Windows XP；

文档阅读软件：Microsoft Word（用于撰写实验报告）。

5 实验内容

1．配置模块，对各个模块进行初始化。

2．由主控节点发命令将几个节点组成不同形状的网络拓扑（星形、链形、网状）。

3．由主控节点发送命令采集各个节点的温度，并把采集到的数据发送到用户的手机，可以设置一个报警温度，当某一个节点采集到的温度超过这一警戒温度时向用户发送报警信

息；主控节点还可以接收手机发送过来的控制命令来控制节点进行数据采集。

4．对本实验中所采用的路由算法（AODV路由算法）进行软件仿真。

6 实验步骤

在实验之前，把硬件连接好。PC机上接两个串口，其中串口1接在传感器模块的串口上，串口2接在GSM模块的串口上。然后打开实验程序。

1. 从开始菜单中选择程序－>SEMIT TTP－>无线传感器网络实验菜单，程序启动，进入到配置节点界面，如图9所示。

图9 配置节点界面

首先初始化串口，将实验要用的6个传感器模块分别接到PC机的串口1上写入节点配置信息，包括：射频发射功率、节点类型（Master、RN、EN）、网络ID、节点ID、路由规则。在写入配置之前先要初始化模块。

选择不同的射频发射功率，则节点的通信范围会有所不同，可选择多种发射功率。节点配置中的节点类型（Master、RN、EN）的含意如下：在组网过程中，主节点（Master Node，简称Master）是整个网络的控制中心。它负责网络准入，动态地址分配等。它能够主动扫描本身覆盖法范围内的传感器节点。其它节点总是首先试图与主节点进行连接，Master是一个具有完整路由能力的节点,它维持整个网络完整的路由表。Master的这些功能并不意味着每次通信都要经过master节点，也不需要把它放在整个网络的射频中心；路由节点（Routing Node，简称RN），既可以被Master、RN加入网络，又可以加入其他的RN和EN。可看成是一个简单的无线收发器，它能够中继信息，这样就扩展了网络的覆盖范围；末端节点（End Node，简称EN），仅仅能执行被动扫描，是网络中最简单的类型，这种节点不支持任何路由功能，它们只能够与Master、RN节点进行连接。EN是一种理想的简单且低功耗的设备。在本实验中网状和链形拓扑采用AODV路由算法，星形拓扑采用Cluster Tree＋AODV的路由算法。

注意在配置节点时6个节点的网络ID要设为一致，这样才能代表几个节点是处于同一个网络中，网络ID用来标识不同的网络，只有具有相同网络ID的节点才能相互通信。节点ID 用来标识同一网络中的不同节点，同一网络中节点ID不能重复，数据传输时就是按照节点ID 来进行的。Master节点的节点ID为0。在本实验中也可以将6个节点分成两组来组成两个传感器网络，每一组的节点数都小与6个。注意两个网络的网络ID要选择不同的两个。在进行节点ID的选择时，每个网络中的主节点的节点ID都要选0，其它节点的节点ID分别按顺序依次选为1、2、……。

节点信息配置好后，在界面的右上方会显示节点的配置信息。

2．点击工具栏上的“组建网络”按钮或菜单中的“操作”－>“组建网络”，即可弹出“组建网络”实验窗口。如图10所示。

图10 组建网络界面

在本实验中可以将任一个节点连到PC机的串口1上作为主控节点，通过无线的方式进行网络控制操作。在拓扑结构中选择一种拓扑结构（星形、链形、网形），然后点击“组建网络”按钮，即可组建成所选的拓扑结构网络，右面的图中会显示出你所建成的网络拓扑结构图。

当某一个节点死亡（断电等原因引起）或超出任何一个节点的通信范围时，可通过网络刷新发现该节点，有两种刷新方式供选择：立即刷新、定时刷新（可设置定时刷新时间）。

当网络建立好后，可以利用模块自身的命令进行命令测试，来验证已经建好的网络。各个测试命令含意解释如下：

（1）获取MAC地址：通过向目标节点发送该命令可以获得该节点的64bitMAC地址，命令的返回为以16进制表示的13个字节的字符串，如：C9 04 09 8B 02 02 02 02 02 02 02 02 4F，其中第一个字节C9为命令头，对用户有用的字节为第二字节04代表上游节点号，第五字节到12字节02 02 02 02 02 02 02 02表示目标节点的MAC地址。

通过观察每次命令返回值的第二个字节可以看出通信时的路由，例如：首先向5节点发送该命令返回为C9 04 09 8B 05 05 05 05 05 05 05 05 5E ，第二个字节为04，然后向4节点发送该命令返回为C9 02 09 8B 04 04 04 04 04 04 04 04 3B ，第二个字节为02，由此可得出从节点2到节点5有路由2－4－5。

（2）获取临节点表：通过向目标节点发送该命令可以获得该节点的相邻节点，命令的返回为以16进制表示的43个字节的字符串，如：C9 02 39 97 00 00 03 FF 0E FF FF FF 05 05 03 FF 0F FF FF FF 04 04 03 FF 0F FF FF FF 03 03 03 FF 0F FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF 64。其中第5、13、21、29、37字节表示该节点的临节点。可能值为00、01、02、03、04、05、FF，其中FF表示不存在该临节点。

（3）获取节点信息表：通过向Master节点发送该命令可获得当前网络中各个节点的节点信息，命令的返回为返回16进制表示的125个字节的字符串，如：C9 00 79 A1 00 00 00 00 00 01 01 02 00 02 02 01 00 03 03 03 00 04 04 02 00 05 05 01 FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF 12。其中从第5个字节开始每4个字节来表示一个节点的信息。4个字节的信息含意依次为：父节点的网络ID，本节点的网络ID，本节点的MAC地址，节点的路由类型（00：Master 01：RN 02：RN 03：EN）。

3．点击工具栏上的“数据采集”按钮或菜单中的“操作”－>“数据采集”，即可弹出“数据采集”实验窗口。如图11所示。

图11 数据采集界面

数据采集方式有两种：单次采集、定时采集（可设置定时采集时间）。每次需要要采集的节点可以通过界面上的复选筐进行选择，采集到的温度会在下方的界面上显示出来；用户

可以设置一个报警温度，当采集回来的温度超过该警戒温度时会向用户的手机发送报警信息，当某一个节点发送报警信息后，经过5分钟系统会再检测一次（这5分钟内不再发送报警信息），如果此时温度仍超过该警戒温度，则再次发送报警信息。短信中心号码为用户所使用的手机SIM卡所在地的号码；用户也可以以SMS的方式发送命令（用0－5表示要采集温度的节点）来采集所需要节点的温度信息，采集到的温度会以SMS的方式发送给界面上所添的手机号码中。本系统所实现的测温范围为-10°C~100°C，误差范围为 1°C。

4．点击工具栏上的“算法仿真”按钮或菜单中的“操作”－>“算法仿真”，即可弹出“算法仿真”实验窗口。如图12所示。

图12 算法仿真界面

本实验对AODV路由算法进行了软件仿真。在算法仿真界面的工具栏中选择“手形”按钮，然后拖动10个模拟节点到界面上的任意一个位置，然后选择“笔形”按钮分别点击要连接的两个节点即可组成自己所想要的拓扑结构，选择“橡皮擦形”按钮可将不想要的连接取消。在控制台中选择源节点，目的节点，然后建立路由可以在吐中显示建立好的路由（以颜色不同于拓扑的连线显示）；选择节点号，即可显示节点的各种报文信息；点击观察拓扑结构矩阵按钮，即可观察到各个节点之间的路由耗费，没有直接相连的两个节点间的路由耗费可看成无穷大。点击重置按钮可将右面图中的节点复位。

请求报文格式为：源节点号、广播ID、目的节点号、跳数计数器。其中源节点号与广播ID唯一标识一个路由请求。

每个节点的路由表为：上游节点号（接收请求报文来自的节点号）、向下需要广播的节点号、源节点号、目的节点号、广播ID、跳数。

应答报文格式为：本节点收到的报文来自的节点号、向下准备发送应答报文的节点号。

7 预习要求

（1）了解无线传感器网络的基本原理。

（2）了解无线传感器网络中所采用的路由算法。

（3）了解GSM网络的工作过程。

8 实验报告要求

（1）记录每个节点的配置信息；

（2）记录节点的工作状态及各个节点所组成的网络拓扑结构；

（3）记录节点采集到的温度数据及各个节点的温度曲线，记录用户收到的报警信息及用户发送的控制命令；

（4）回答思考题。

9 思考题

（1）无线传感器网络中采用AODV路由算法有何优缺点？

（2）Master Node，Routing Node，End Node在无线传感器网络中功能有何不同？

（3）思考一下本实验系统还有哪些实际应用？

10 参考文献

[1]刘述. 传感器网络应用及实现. 电信网技术. No.4 April 2005

[2]马祖长，孙怡宁，梅涛. 无线传感器网络综述. 通信学报. 25（4），2004

[3]孙利民，李建中，陈渝，朱红松. 无线传感器网络. 北京：清华大学出版社，2005

[4]任丰原,黄海宁,林闯. 无线传感器网络. 软件学报. V ol.14 No7 July 2003

[5]D.Cullar，D.Estrin，M.Strvastava. Overview of sensor network. Computer，2004，37(8)：41-49.

[6]L.Cui，F.Wang，H.Luo，et al. A pervasive sensor node architecture. The IFIP NPC’04 Workshop on Building Intelligent Sensor Networks(BISON’04). Wuhan,2004.565-567

无线传感网实验报告

Ｃ eｎt ｒal SouｔｈUniveｒsiｔｙ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 P Ｃ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 Prｏ

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无线传感实验报告无线传感实验报告引言无线传感技术是一种基于无线通信的传感器网络技术，它可以实时地感知、采集和传输环境中的各种信息。本实验旨在通过搭建一个简单的无线传感网络，探索其在实际应用中的潜力和限制。实验目的 1.了解无线传感技术的基本原理和应用领域。 2.学习搭建无线传感网络的基本步骤和方法。 3.研究无线传感网络在环境监测、智能家居等方面的实际应用。实验步骤 1.硬件准备：准备一台主控节点和多个从属节点，主控节点负责接收和处理从属节点发送的数据。 2.网络搭建：通过无线通信模块将主控节点和从属节点连接起来，形成一个无线传感网络。 3.传感器连接：将各个从属节点上的传感器与主控节点相连接，实现数据的采集和传输。 4.数据采集：设置从属节点的采样频率和采样范围，开始采集环境中的各种数据。 5.数据传输：从属节点将采集到的数据通过无线通信模块发送给主控节点。 6.数据处理：主控节点接收到数据后，进行数据处理和分析，得出有用的信息。实验结果

通过本实验，我们成功搭建了一个简单的无线传感网络，并实现了环境数据的采集和传输。在实际应用中，无线传感技术可以广泛应用于环境监测、智能家居、农业等领域。例如，在环境监测方面，我们可以通过无线传感网络实时监测空气质量、温湿度等参数，并及时采取相应措施保障人们的健康。在智能家居方面，无线传感技术可以实现家庭设备的自动控制和远程监控，提高生活的便利性和舒适度。在农业方面，无线传感技术可以监测土壤湿度、光照强度等参数，帮助农民科学种植，提高农作物的产量和质量。实验总结通过本次实验，我们深入了解了无线传感技术的原理和应用。无线传感网络可以实现分布式的数据采集和传输，具有灵活性和可扩展性。然而，在实际应用中，我们也发现了一些问题和挑战。首先，无线传感网络的能耗问题仍然存在，如何延长节点的电池寿命是一个需要解决的关键问题。其次，无线传感网络的安全性也需要重视，如何保护数据的隐私和防止网络攻击是一个亟待解决的问题。最后，无线传感技术的成本也是一个限制因素，如何降低节点的制造成本和维护成本是一个需要思考的问题。展望未来随着科技的发展和应用的推广，无线传感技术将会在更多领域发挥重要作用。未来，我们可以进一步研究和改进无线传感网络的性能和能力，提高其在环境监测、智能交通、医疗健康等方面的应用效果。同时，我们也需要加强对无线传感技术的标准化和规范化，以便更好地推动其产业化和商业化进程。结语通过本次实验，我们对无线传感技术有了更深入的了解，并认识到其在实际应

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无线传感网络实验报告无线传感网络实验报告引言：无线传感网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种由大量分布式的传感器节点组成的网络系统，用于收集、处理和传输环境信息。WSN具有低成本、低功耗、自组织等特点，广泛应用于环境监测、智能交通、农业等领域。本实验旨在通过搭建一个简单的无线传感网络，探索其工作原理和性能特点。一、实验环境搭建 1. 硬件准备：选用多个传感器节点和一个基站节点。传感器节点包括传感器、微处理器、无线通信模块等；基站节点负责接收和处理传感器节点发送的数据。 2. 软件准备：选择适合的操作系统和开发工具，例如TinyOS、Contiki等。编写传感器节点和基站节点的程序代码。二、传感器节点部署 1. 部署传感器节点：根据实验需求，在待监测区域内合理布置传感器节点。节点之间的距离和布置密度需根据具体应用场景进行调整。 2. 传感器节点初始化：节点启动后，进行初始化工作，包括自身身份注册、与周围节点建立通信连接等。三、无线传感网络通信 1. 数据采集：传感器节点根据预设的采样频率，采集环境信息，并将数据存储到本地缓存中。 2. 数据传输：传感器节点通过无线通信模块将采集到的数据传输给基站节点。传输方式可以是单跳或多跳，根据节点之间的距离和网络拓扑结构进行选择。

3. 数据处理：基站节点接收到传感器节点发送的数据后，进行数据处理和分析。可以根据具体需求，对数据进行滤波、聚合等操作，提取有用信息。四、无线传感网络能耗管理 1. 能耗模型：根据传感器节点的工作状态和通信负载，建立能耗模型，评估节点的能耗情况。 2. 能耗优化：通过调整传感器节点的工作模式、通信协议等方式，降低节点的能耗。例如，采用睡眠唤醒机制、自适应调整通信距离等。五、实验结果与分析 1. 数据传输性能：通过实验测试，评估无线传感网络的数据传输性能，包括数据传输延迟、传输成功率等指标。 2. 能耗分析：根据实验结果，分析传感器节点的能耗情况，探讨能耗优化策略的有效性和可行性。 3. 网络拓扑结构：观察和分析传感器节点之间的网络拓扑结构，了解节点之间的通信关系和数据流动路径。六、实验总结与展望 1. 实验总结：总结实验过程中遇到的问题和解决方案，总结实验结果和分析，对实验的有效性和可行性进行评价。 2. 实验展望：展望无线传感网络在未来的发展方向，探讨更多的应用场景和挑战，提出进一步的研究方向和改进措施。结论：通过本次实验，我们对无线传感网络的工作原理和性能特点有了更深入的了解。无线传感网络具有广泛的应用前景，但在实际应用中还面临许多挑战，如能耗

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无线传感网实验报告一、实验目的本实验的主要目的是了解无线传感网（Wireless Sensor Network，WSN）的基本原理和特点，以及进行一些简单的WSN实验，掌握其基本应用方法。二、实验器材 1.电脑 2. 无线传感器节点（如Arduino） 3. 无线通信模块（如XBee） 4.传感器（如温度传感器、光照传感器等）三、实验步骤和内容 1.了解无线传感网的基本概念和特点。 2.搭建无线传感网实验平台。将无线传感器节点和无线通信模块进行连接。 3.编程控制无线传感器节点，收集传感器数据并通过无线通信模块进行传输。 4.在电脑上设置接收数据的接口，并接收传感器数据。 5.对传感器数据进行分析和处理。四、实验结果和讨论

在实验中，我们成功搭建了一个简单的无线传感网实验平台，并通过无线通信模块进行数据传输。通过编程控制，我们能够收集到传感器节点上的温度数据，并通过无线通信模块将数据传输到电脑上进行接收。在实验过程中，我们发现无线传感网的优点是具有灵活性和扩展性。通过无线通信模块，传感器节点之间可以进行无线通信，灵活地传输数据。同时，我们还可以通过添加更多的传感器节点来扩展整个无线传感网的功能和覆盖范围。然而，无线传感网也存在一些限制和挑战。首先，无线通信模块的传输距离和传输速率有限，可能会受到环境因素的影响。其次，无线传感器节点的能耗问题需要考虑，因为它们通常是使用电池供电的，而且在实际应用中通常需要长时间连续工作。五、结论通过本次实验，我们对无线传感网的基本原理和特点有了一定的了解，并掌握了一些简单的无线传感网应用方法。我们成功搭建了一个实验平台，并通过无线通信模块和传感器节点进行数据传输和接收。实验结果表明，无线传感网具有一定的灵活性和扩展性，但同时也面临着一些挑战。对于以后的无线传感网应用和研究，我们需要进一步探索和解决这些挑战。

第四次无线传感器网络实验.doc

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 数据采集及AD 转换实验班级：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GPIO和AD转换寄存器的配置方法 2. 掌握AD 转换函数程序的编程方法 3. 掌握光敏传感器的操作使用 4. 掌握光照传感器采集程序的编程方法二、实验内容 1. 在IAR 集成开发环境中编写光照传感器采集程序，设计实验检测光照的强度，通过AD转换将光照强度通过串口调试助手显示出来。三、基础知识 1. 光照传感器介绍采用GL7516 光敏电阻进行光照强度的检测。光敏电阻式一种半导体材料制成的电阻，其电导率随着光照度的变化而变化。利用这一特性可以制成不同形状和受光面积的光敏电阻。GL7516 就是其中的一种，光越强阻值越大。光敏电阻工作原理简介：本实验采用光敏电阻来采集光照度信息。它的工作原理是基于光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻。为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。构成光敏电阻的材料有金属的硫化物、硒化物、碲化物等半导体。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。当光敏电阻受到光照时，价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带，成为自由电子，同时产生空穴，电子—空穴对的出现使电阻率变小。光照愈强，光生电子—空穴对就越多，阻值就愈低。当光敏电

阻两端加上电压后，流过光敏电阻的电流随光照增大而增大。入射光消失，电子‐空穴对逐渐复合，电阻也逐渐恢复原值，电流也逐渐减小。 2. 光照传感器的接口电路光照传感器的接口电路如下图所示。通过CC2530 的AD 口，采集光照传感器和固定电阻分压后的电压值，从而感知光照传感器随光强变化的情况。 3.AD 转换寄存器 CC2530的ADC支持14位模拟数字转换，转换后的有效数字位高达12位。ADC 包括一个8路独立可配置通道的模拟多路转换器和一个参考电压发生器。CC2530的ADC转换结果可以通过DMA方式写入存储器，也可直接读取ADC寄存器获取。CC2530的ADC具有多种不同的运行模式。 CC2530的P0口可作为ADC输入，其中AIN0～AIN7分别对应P0.0～P0.7。ADC 输入可配置成单端或差动输入，如选择差动输入，则对应的输入分别为AIN0～AIN1、AIN2～AIN3、AIN4～AIN5、AIN6～AIN7，需要注意引脚电压不能为负电压，也不能大于VDD。在差动输入中，每个差动输入的转换模式是不一样的。除了AIN0～AIN7作为ADC输入之外，片内温度传感器也可以作为测量温度的ADC输入，AVDD5/3电压同样可以作为一个ADC输入。AVDD5/3作为ADC输入主要用于电池测量，需要注意的是不能以待测的电池电压作为参考电压。 CC2530ADC有两种转换方式，第一种是连续转换，此时需要配置ADCCON1 和ADCCON2 寄存器，寄存器APCFG的设置将会影响连续序列转换的通道数，CC2530的8路ADC输入不一定要求全部设置为模拟输入。如果只用到了序列转换中的部分通道，可以屏蔽APCFG寄存器中其他通道的相应模拟输入位，此时该通道在转换时将被跳过；第二种是单次转换，此时只需要配置寄存器ADCCON3 即可。（具体寄存器配置见数据手册）

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无线传感器网络实验报告无线传感器网络实验报告引言：无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，简称WSN）是一种由大量分布式无线传感器节点组成的网络系统。这些节点能够感知环境中的各种物理量，并将所感知到的信息通过无线通信传输给基站或其他节点。WSN广泛应用于农业、环境监测、智能交通等领域。本实验旨在通过搭建一个简单的无线传感器网络系统，了解其工作原理和性能特点。一、实验背景无线传感器网络是现代信息技术的重要组成部分，其应用领域广泛且前景十分广阔。通过实验，我们可以深入了解WSN的工作原理和应用场景，为今后的研究和开发提供基础。二、实验目的 1. 掌握无线传感器网络的基本概念和原理； 2. 理解无线传感器网络的组网方式和通信协议； 3. 了解无线传感器网络的性能特点和应用领域。三、实验设备 1. 无线传感器节点：本实验使用了10个无线传感器节点，每个节点都具备感知和通信功能； 2. 基站：作为无线传感器网络的中心节点，负责接收并处理来自传感器节点的数据； 3. 电脑：用于控制和监控整个无线传感器网络系统。

四、实验步骤 1. 搭建无线传感器网络：将10个传感器节点分别放置在不同的位置，并保证它们之间的通信范围有重叠部分； 2. 配置传感器节点参数：通过电脑连接到基站，对每个传感器节点进行参数配置，包括通信频率、传输功率等； 3. 数据采集与传输：传感器节点开始感知环境中的物理量，并将采集到的数据通过无线通信传输给基站； 4. 数据处理与展示：基站接收到传感器节点的数据后，进行数据处理和分析，并将结果展示在电脑上。五、实验结果与分析通过实验，我们成功搭建了一个简单的无线传感器网络系统，并进行了数据采集和传输。我们发现，传感器节点能够准确地感知环境中的物理量，并将数据可靠地传输给基站。基站对接收到的数据进行了处理和分析，展示了环境中物理量的变化趋势。六、实验总结通过本次实验，我们深入了解了无线传感器网络的工作原理和性能特点。无线传感器网络具有广泛的应用前景，可以在农业、环境监测、智能交通等领域发挥重要作用。在今后的研究和开发中，我们将进一步探索无线传感器网络的优化和应用。七、参考文献 1. Akyildiz, I. F., Su, W., Sankarasubramaniam, Y., & Cayirci, E. (2002). A survey on sensor networks. IEEE Communications Magazine, 40(8), 102-114.

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无线传感器网络实验报告集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）

无线传感器网络实验报告专业计算机科学与技术班级 13级计科1班学号姓名目录实验一 CC2530 I/O基础实验实验二 CC2530按键中断实验三 CC2530定时器的使用实验四串行通信接口发送与接收实验五 Zigbee点到点无线通信实验六 Zigbee串口实验实验七无线温度检测实验实验八 Zigbee组网实验实验一 CC2530 I/O基础实验一、实验目的 1.掌握IAR编译软件界面的功能； 2.掌握配置通用IO寄存器的方法； 3.掌握如何编写代码及程序下载。二、实验内容 1.使用CC2530的IO来控制LED灯循环闪烁；

2.判断按键是否被按下，如果按下，改变LED灯的状态，原先亮的灯灭，原先灭的亮，如此循环下去。三、相关知识点 cc2530有21个可编程的I/O引脚，P0、P1口是完全的8位口， P2口只有5个可使用的位。通过软件设定一组SFR寄存器的位和字节，可使这些引脚作为通常的I/O口或作为连接ADC、计时器或USART部件的外围设备I/O口使用。 2.I/O口特性： (1)可设置为通常的I/O口，也可设置为外围I/O口使用； (2)在输入时有上拉和下拉能力； (3)全部21个数字I/O口引脚都具有影响外部的中断事件也能被用来唤醒休眠模式。 3.I/O端口的寄存器如下： P0：端口0 P1：端口1 P2：端口2 PERCFG:外设控制寄存器 APCFG:模拟外设I/O配置 P0SEL:端口0功能选择寄存器 P1SEL:端口1功能选择寄存器 P2SEL:端口2功能选择寄存器 P0DIR:端口0方向寄存器 P1DIR:端口1方向寄存器 P2DIR:端口2方向寄存器 P0INP:端口0输入模式寄存器 P1INP:端口1输入模式寄存器 P2INP:端口2输入模式寄存器 P0IFG:端口0中断状态标志寄存器 P1IFG:端口1中断状态标志寄存器 P2IFG:端口2中断状态标志寄存器 PICTL:中断边缘寄存器

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无线传感网络实验报告一、实验目的本实验旨在通过无线传感网络的搭建和实际应用，掌握无线传感网络的基本原理和实验技术，以及了解无线传感网络在实际中的应用。二、实验内容 1.搭建无线传感网络 2.学习和掌握无线传感器节点的编程和调试 3.设计并实现无线传感网络的数据收集和传输功能 4.进行无线传感网络的实时数据采集和监控三、实验步骤 1.搭建无线传感网络：按照实验指导书的要求，搭建无线传感网络的基础设施，包括基站和一定数量的传感器节点。 2.学习和掌握无线传感器节点的编程和调试：通过阅读相关资料，掌握无线传感器节点的编程语言和开发工具，并进行代码调试。 3.设计并实现无线传感网络的数据收集和传输功能：根据实验要求，设计无线传感网络的数据收集和传输方法，并进行代码编写和调试，确保数据能够准确地收集和传输。 4.进行无线传感网络的实时数据采集和监控：将搭建好的无线传感网络应用于实际场景中，实时采集并监控传感器节点的数据，验证无线传感网络的可靠性和稳定性。

四、实验结果与分析通过搭建和实际应用无线传感网络，我们成功地实现了数据的收集和传输功能，并能够实时采集和监控传感器节点的数据。在实际应用中，无线传感网络能够有效地进行环境信息的监测和采集，为后续的数据处理和分析提供了基础。五、实验总结通过本次实验，我们深入了解了无线传感网络的基本原理和应用，掌握了无线传感器节点的编程和调试技术，并成功地搭建和应用了无线传感网络。通过实际操作和实验，我们不仅巩固了理论知识，还提高了实践能力和解决问题的能力。无线传感网络作为一种新兴的技术，具有广阔的应用前景，我们对其未来的发展充满信心。七、附录

湖南大学无线传感器网络实验报告DV-HOP

HUNAN UNIVERSITY 无线传感器网络目：DV-hop定位算法______________ 生：__________________________ 号： ______________________ 完成时间: 2014. 5. 121

一、实验目的 1、掌握mat lab X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 Ejs-x/'+acTj「 HopSi二6严——=U~~；——: : 算平均每跳距离■•■■■•""："■ 5 7"•"■•" • 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 r: load 1.. /Topology Of WSN/neighbor. mat1: if al 1 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；

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-------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。其中，P是期望的簇头数在所有节点中占的百分比，r是选举轮数，r mod (1/p)代表这一轮循环中当选过簇头的节点个数，G是这一轮循环中未当选过簇头的节

无线传感器网络报告——RSSI的测量及其与距离的关系.

实验课程名称：无线传感器网络任课教师：xxx 实验项目名称：RSSI的测量及其与距离的关系实验组员：姓名:___xxx____ 学号:_xxxxx___ _ 姓名:___xxx ____ 学号:_xxxxxxxx__ _ 姓名:__ xxx ____ 学号:_xxxxxxx___ _ 姓名:___xxx ____ 学号:_xxxxxxx___ _ 实验日期:_ 2013年12月_

RSSI的测量及其与距离的关系实验日期：201x年xx月 [姓名][学号] xxx xxxxxxxx xxx xxxxxxxx xxx xxxxxxxx xxx xxxxxxxx 1.实验目的 ●研究发送功率、传输距离、接收信号强度、环境四者之间的定量关系。 ●从实测数据中总结出无线信号随距离增加、环境变化而衰减的规律。 ●为了做定位积累一些数据。 2.实验原理关于RSS，可以先从自由空间传播模型(Free space propagation model)入手来分析，这里的自由空间模型是指无障碍物的远场情况，主要适用于卫星通信。如下图，功率密度通量由下面等式给出：

为了达到准确测距的目的，我们希望减小随机小尺度衰减并提取出更加精确的大尺度衰减。RSSI的测距方式虽然不像TOA 和TDOA 测距那样需要同步（TOA与TDOA 两种算法都是以时间为量测基础的技术，需要精准的同步和时钟，其中TDOA是利用相对时间的信息来达成测距，TOA 是以绝对时间的量测来估计距离），但其受多重路径衰减变量（Attenuation variance）的影响，需要做多重的测量和平均的动作，对系统造成额外的负担。相对于以时间为基础的测距技术，RSS则是属于以信号强度为量测基础的技术，它不需要精确的同步和参照时钟。然而RSS却易受多重路径衰减、遮蔽效应(Shadowing effect)影响估计的准确度。除了单一技术的应用，亦可朝向整合其它技术的方向发展，如结合TDOA 与RSS等以提供较精准的测距。对于课程使用的CC2420射频芯片，当监测到信道有数据时，将数据经过模/数转换后送入数字解调器中进行帧同步；如果同步就将数据填入接收缓冲区中，最后填充当前信道内的RSSI（Receive Signal Strength Indicator，接收信号强度指示器）信息。同时CC2420提供一个读取RSSI值的命令，我们可以调用该命令来得到当前信道的信号强度值，作为拟合与计算的依据。但我们更倾向于使用前述CC2420在接收到数据包时，自动在数据包的倒数第二个字节里填充的当前接收数据包时RSSI值。 3.实验准备 3.1硬件器材清单与连接硬件：PC机2台（烧制程序及为节点供电），串口电缆1根，RSSI节点2个预先将PC机中关于RSSI实验的程序通过串口电缆烧制如RSSI节点。实验开始后，PC 机仅作为RSSI节点的电源供电使用（由于RSSI节点上的电池供电模块不能正常工作）。 3.2实验思路取两个节点，一个作为发送节点，一个作为接收节点，接收节点通过节点上的LCD模块输出ED值。在楼道中央放置一个节点（距地0米），发送功率设置为4dBm。然后以此为中心，做一个25米×3米的长方形，以1米为步长，在正方形的每个格点上，分别记录高度0米、1米、2米处记录ED值。此步骤完毕后，将发送节点提高到1米处，重复实验，接收节点仍

安徽工业大学WSN无线传感器网络实验报告

《无线传感器网络实验报告》指导教师：卫琳娜班级：物联网1３1班实验箱序号：３，13等组员姓名学号:程少锋

(注:报告中有部分实验截图）实验日期：2０1６年4月28日3,4节实验一、软硬件平台使用［１]感知 RF2 实验箱-ＷSN 系统结构该系统根据不同的情况可以由一台计算机,一套网关,一个或多个网络节点组成。系统大小只受ＰC 软件观测数量，路由深度,网络最大负载量限制。感知 RF2 实验箱无线传感器实验平台内配置ZigBee20０7/PRO 协议栈在没有进行网络拓补修改之前支持 5 级路由,3110１个网络节点。传感器网络系统结构图如下图所示。

[2］感知 RF2 实验箱-ＷＳN 系统工作流程基于ＺiｇBee２007/ＰＲＯ协议栈无线网络,在网络设备安装过程，架设过程中自动完成。完成网络的架设后用户便可以由PC 机发出命令读取网络中任何设备上挂接的传感器的数据，以及测试其电压。 [3]感知ＲF2 实验箱-WSN 硬件介绍感知 RF２物联网实验箱的无线传感器网络开发平台主要硬件包括:C51RF-ＣC２５30-WSN 仿真器、ZigBｅe 无线高频模块、节点底板、传感器模块以及其它配套线缆等。网关节点由节点底板+ZiｇBee 无线高频模块组成。传感器节点由节点底板+ＺiｇBee 无线高频模块组成+传感器模块组成。路由节点硬件组成与传感器节点相同,软件实现功能不同。［4]实验目的：熟悉实验平台前期架构,便于后面程序的烧写。[5]实验步骤：１安装必要软件(实际实验室中软件已经下载安装完毕，只要通过仿真器C5１RF-3进行程序在线下载、调试、仿真即可) 1)在实验室机器E盘的《无线龙实验箱相关资料/无线传感器实验资料20160４》中安装 Zi ｇBeｅ开发集成环境ＩAR7.５1A，详细请参考“\C51RF－CC２530-ＷSN 使用说明书＼”目录下的“IAＲ安装与使用”。 2)安装传感器网络PC 显示软件环境,软件位于“\Ｃ51ＲF－ＣC2530－ＷSN 开发软件 \Ｃ51RF-CC253０-WSN 监控软件”目录下的“Framｅwork Veｒsion 2.0.ｅxe” 3)安装网关与计算机 USＢ连接驱动，驱动位于“＼C５1RF-CＣ２530-WSN 开发软件＼”目录下的“CP2102”。

无线传感网络实验报告

《无线传感网络技术与应用》实验报告

目录一、研究背景 (1) 二、研究内容 (1) 三、传感器原理介绍 (1) （一）MQ-2 气体传感器简介 (1) （二）声音检测传感器简介 (2) （三）声光报警器原理 (3) （一）烟雾传感器模块 (4) （二）声音检测传感器模块 (5) （三）声光报警器模块 (7) （四）协调器与终端模块 (8) 五、实验分析 (9) （一）烟雾传感器数据分析 (9) (二）声音检测传感器模块数据分析 (9) (三）声光报警检测传感器模块数据分析 (10) 六、实验中出现的问题 (11) （一）打开文件存在缺失 (11) （二）串口无法识别 (11) （三）安装stm8或stem32时无法打开文件 (11) （四）做数据透传模型实验时无法通信 (11) 七、实验总结 (11)

一、研究背景近几年，随着我国经济的不断发展和构建和谐社会理念的提出，特别是重大工程对安防行业的刺激和需求，安防行业面临着前所未有的发展机遇。结合当前先进技术提高安全防范系统性能，成为当前安防发展的一个重要课题。在分析了无线传感网络在国内外安防系统应用现状的基础上，针对安防系统存在的问题，提出一种基于无线传感网络的智能安防系统设计方案。与传统安防系统相比，具有免布线、费用低、布置方便等优点。在综合考虑了当前流行的无线通信技术后，选择具有数据吞吐量小、低功耗、网络容量大等优点的ZigBee 技术作为构建智能安防无线通信网络的关键技术。可以预计，ZigBee 技术将在家庭智能化、安防行业、工业控制等领域获得广泛应用。二、研究内容本次课题研究涉及到三个传感器，分别是烟雾传感器、声音检测传感器、声光报警传感器，通过相关程序的烧写到实验板上，根据每个传感器的特点对每个传感器进行测试，通过观察串口终端的数字变化，检查外部环境的变化是否有数据变化。最后根据实验现象进行总结分析。三、传感器原理介绍（一）MQ-2 气体传感器简介 MQ-2 气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。 MQ-2 气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。它的特点在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度、液化气、丙烷、氢气的灵敏度较高、长寿命、低成本、简单的驱动电路即可。该传感器需要施加 2 个电压：加热器电压（VH）和测试电压（VC）。其中VH 用于为传感器提供特定的工作温度。VC则是用于测定与传感器串联的负载电阻（RL）上的电压（VRL）。这种传感器具有轻微的极性，VC 需用直流电源。在满足传感器电性能要求的前提下，VC和VH 可以共用同一个电源电路。为更好利用传感器的性能，需要选择恰当的RL值。

无线传感器网络实验报告

无线传感器网络实验报告 Modified by JACK on the afternoon of December 26, 2020

郑州航空工业管理学院无线传感器网络实验报告（第1版） 20 14– 2015 第2学期赵成编着院系：电子通信工程姓名：专业：物联网工程学号：

电子通信工程系2015年6月制

实验一WSNs开发环境的建立一、实验目的了解基于TI CC2431/CC2530的WSNs基础知识，熟悉WSNs的开发环境，掌握Cygwin、TinyOS、SDCC、SmartRF Studio 7等软件的安装方法。二、实验内容 1．认识并观察WSNs节点模块的电路板； 2．WSNs开发环境的建立：（1）Cygwin仿真软件的安装；（2）TinyOS 操作系统的安装；（3）SDCC小型设备C编译器的安装；（4）SmartRF Studio 7编程软件的安装；三、预备知识了解无线传感器网络的基本概念；熟悉无线传感器网络的结构及开发环境的建立。四、实验设备

1. 硬件环境配置计算机：Intel(R) Pentium(R) 及以上；内存：1GB及以上；实验设备：CC2431无线传感器网络节点模块； 2. 软件环境配置操作系统：Microsoft Windows 7 Professional Service Pack 1； WSNs开发环境：Cygwin、TinyOS、SDCC、SmartRF Studio 7。五、实验分析 1．安装的Cygwin仿真软件时选择□Install from Internet还是√□Install from Local Directory。（在正确的前面打勾） 2．在安装Cygwin时，需要选择安装包，如下图所示，在箭头所指向的位置，表示对所有（All）包的操作，点击循环按钮，观察四种安装方式格式什么？写在下面。

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

短距离无线通信总结

1 FFD通常有的工作状态。 2 Zigbee技术的优点。近距离低复杂度低数据速率 3作为ZigBee技术的物理层和媒体接入层的标准协议是 4 Zigbee每个协调点最多可连接255个节点。Zigbee网络最多可容纳65535个节点。 5 ZigBee网络中传输的数据可分为哪几类周期性，间歇性，反复性的、反响时间低的数据6支持Zigbee短距离无线通信技术的是Zigbee联盟 7 WPAN的特点。A有限的功率和灵活的吞吐量 C网络构造简单 D本钱低廉 8 Zigbee体系构造。物理层〔PHY〕物理层定义了物理无线信道和MAC 子层之间的接口，提供物理层数据效劳和物理层管理效劳。物理层数据效劳从无线物理信道上收发数据。物理管理效劳维护一个由物理层相关数据组成的数据库。物理层功能 1)ZigBee 的激活；2)当前信道的能量检测；3)接收链路效劳质量信息；4)ZigBee 信道接入方式；5)信道频率选择；6)数据传输和接收。 MAC 层 MAC 层负责处理所有的物理无线信道访问，并产生网络信号、同步信号；支持PAN 连接和别离，提供两个对等MAC 实体之间可靠的链路。_MAC 层数据效劳：保证MAC 协议数据单元在物理层数据效劳中正确收发。MAC 层管理效劳：维护一个存储MAC 子层协议状态相关信息的数据库。 MAC 层功能 1〕网络协调器产生信标；2〕与信标同步；3〕支持PAN(个域网)链路的建立和断开；4〕为设备的平安性提供支持；5〕信道接入方式采用免冲突载波检测多址接入(CSMA-CA)机制；6〕处理和维护保护时隙(GTS)机制；7〕在两个对等的MAC 实体之间提供一个可靠的通信链路。网络层〔NWK〕 ZigBee 协议栈的核心局部在网络层。网络层主要实现节点参加或离开网络、接收或抛弃其他节点、路由查找及传送数据等功能，支持Cluster-Tree 等多种路由算法，支持星形〔Star〕、树形〔Cluster-Tree〕、网格〔Mesh〕等多种拓扑构造。网络层功能： 1)网络发现；2)网络形成；3)允许设备连接；4)路由器初始化；5)设备同网络连接；6)直接将设备同网络连接；7)断开网络连接；8)重新复位设备；9)接收机同步；10)信息库维护。平安层〔SSP〕(Security Service Provider) 平安层是Zigbee独立开发出来进展信息平安验证的功能模块，在OSI和TCP/IP模型中都没有表达。它主要负责实现信息交换的密钥管理、密钥存取等功能。应用程序接口〔API〕 ZigBee 应用层框架包括应用支持层(APS)、ZigBee 设备对象(ZDO)和制造商所定义的应用对象。应用支持层的功能包括：维持绑定表、在绑定的设备之间传送消息。所谓绑定就是基于两台设备的效劳和需求将它们匹配地连接起来。 ZigBee 设备对象的功能包括：定义设备在网络中的角色(如ZigBee 协调器和终端设备)，发起和响应绑定请求，在网络设备之间建立平安机制。ZigBee 设备对象还负责发现网络中的设备，并且决定向他们提供何种应用效劳。ZigBee 应用层除了提供一些必要函数以及为网络层提供适宜的效劳接口外，一个重要的功能是应用者可在这层定义自己的应用对象。 9 Zigbee工作频率范围

短距离无线通信总结

1 FFD通常有的工作状态。A.主协调器 B.协调器 C.终端设备 2 Zigbee技术的优点。近距离低复杂度低数据速率 3作为ZigBee技术的物理层和媒体接入层的标准协议是802.15.4 4 Zigbee每个协调点最多可连接255个节点。Zigbee网络最多可容纳65535个节点。 5 ZigBee网络中传输的数据可分为哪几类周期性，间歇性，反复性的、反应时间低的数据 6支持Zigbee短距离无线通信技术的是Zigbee联盟 7 WPAN的特点。A有限的功率和灵活的吞吐量C网络结构简单D成本低廉 8 Zigbee体系结构。物理层（PHY）物理层定义了物理无线信道和MAC 子层之间的接口，提供物理层数据服务和物理层管理服务。-物理层数据服务从无线物理信道上收发数据。-物理管理服务维护一个由物理层相关数据组成的数据库。物理层功能 1)ZigBee 的激活；2)当前信道的能量检测；3)接收链路服务质量信息；4)ZigBee 信道接入方式；5)信道频率选择；6)数据传输和接收。 MAC 层 MAC 层负责处理所有的物理无线信道访问，并产生网络信号、同步信号；支持PAN 连接和分离，提供两个对等MAC 实体之间可靠的链路。_MAC 层数据服务：保证MAC 协议数据单元在物理层数据服务中正确收发。MAC 层管理服务：维护一个存储MAC 子层协议状态相关信息的数据库。 MAC 层功能 1）网络协调器产生信标；2）与信标同步；3）支持PAN(个域网)链路的建立和断开；4）为设备的安全性提供支持；5）信道接入方式采用免冲突载波检测多址接入(CSMA-CA)机制；6）处理和维护保护时隙(GTS)机制；7）在两个对等的MAC 实体之间提供一个可靠的通信链路。网络层（NWK） ZigBee 协议栈的核心部分在网络层。网络层主要实现节点加入或离开网络、接收或抛弃其他节点、路由查找及传送数据等功能，支持Cluster-Tree 等多种路由算法，支持星形（Star）、树形（Cluster-Tree）、网格（Mesh）等多种拓扑结构。网络层功能： 1)网络发现；2)网络形成；3)允许设备连接；4)路由器初始化；5)设备同网络连接；6)直接将设备同网络连接；7)断开网络连接；8)重新复位设备；9)接收机同步；10)信息库维护。安全层（SSP）(Security Service Provider) 安全层是Zigbee独立开发出来进行信息安全验证的功能模块，在OSI和TCP/IP模型中都没有体现。它主要负责实现信息交换的密钥管理、密钥存取等功能。应用程序接口（API） ZigBee 应用层框架包括应用支持层(APS)、ZigBee 设备对象(ZDO)和制造商所定义的应用对象。应用支持层的功能包括：维持绑定表、在绑定的设备之间传送消息。所谓绑定就是基于两台设备的服务和需求将它们匹配地连接起来。 ZigBee 设备对象的功能包括：定义设备在网络中的角色(如ZigBee 协调器和终端设备)，发起和响应绑定请求，在网络设备之间建立安全机制。ZigBee 设备对象还负责发现网络中的设备，并且决定向他们提供何种应用服务。ZigBee 应用层除了提供一些必要函数以及为网络层提供合适的服务接口外，一个重要的功能是应用者可在这层定义自己的应用对象。 9 Zigbee工作频率范围。B、868~868.6 C、902~928 D、2400~2483.5 10 Zigbee发射功率范围。0~10dBm 30+10lgP mv 11 Zigbee名字来源。