无线传感网络的组网设计(改)
课程设计说明书
题目名称无线传感网络的组网设计
系部：计算机工程系
专业班级：通信13-1班
学生姓名：邝鑫鑫
学号：2013232020
指导教师：赵德群
完成日期：2016年1月13日
新疆工程学院
课程设计评定意见
设计题目无线传感网络的组网设计
系部计算机工程系专业班级通信13-1班学生姓名邝鑫鑫学生学号201323200 评定意见：
评定成绩：
指导教师（签名）：年月日
（此页背书）
评定意见参考提纲：
1、学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。
2、学生的勤勉态度。
3、设计或说明书的优缺点，包括：学生对理论知识的掌握程度、实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力等。
新疆工程学院
计算机工程系课程设计任务书
2015-2016学年1 学期2016年1月10日
教研室主任（签名）系（部）主任（签名）
摘要
本文首先介绍了传感器的相关知识，然后对ZigBee技术进行介绍，比较详细的介绍了ZigBee协议框架中各层次扮演的角色及特点，并对ZigBee技术在智能家居中内部组网技术的适用性作了比较分析。
最后综合讲解了智能家居系统的设计方案，包括系统功能及特色等。组合其他设备终端节点进行家居内网信息的采集和传输，实现家电控制和温度、湿度、入侵等安防信息采集。同时设计便捷、易用的软件界面，既可以在家中使用，也可以在任何有网络接入的设备上实现远程控制。
关键字： ZigBee 智能家居家居内网多方式控制
目录
第1章传感器介绍 (1)
1.1 传感器的定义 (1)
1.2 传感器的组成 (2)
1.3 传感器的分类 (3)
1.4 智能家居的方案选择 (4)
第2章 ZigBee模块介绍 (5)
2.1 短距离无线通信技术介绍 (5)
2.2 ZigBee技术及特点 (7)
2.3 ZigBee工作原理 (9)
2.4 ZigBee在智能家居中的适用性 (9)
第3章无线传感网络的搭建 (10)
3.1 智能家居的组成 (10)
3.2 智能家居系统功能分析 (10)
3.3 智能家居的示意图 (12)
总结 (13)
致谢 (14)
参考文献 (15)
第1章传感器介绍
1.1 传感器的定义
最广义地来说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。国际电工委员会(IEC:International Electrotechnical Committee)的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。
按照Gopel等的说法是：“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”，而“传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字)能力的传感器”。传感器是传感器系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。
图1.1 传感器系统的框图
传感器系统的原则框图示于图1.1，进入传感器的信号幅度是很小的，而且混杂有干扰信号和噪声。为了方便随后的处理过程，首先要将信号整形成具有最佳特性的波形，有时还需要将信号线性化，该工作是由放大器、滤波器以及其他一些模拟电路完成的。
传感器系统的性能主要取决于传感器，传感器把某种形式的能量转换成另一种形式的能量。有两类传感器：有源的和无源的。有源传感器能将一种能量形式直接转变成另一种，不需要外接的能源或激励源(参阅图1.2(a))。
图1.2 有源(a)和无源(b)传感器的信号流程
无源传感器不能直接转换能量形式，但它能控制从另一输入端输入的能量或激励能(参阅图1.2(b))。
传感器承担将某个对象或过程的特定特性转换成数量的工作。其“对象”可以是固体、液体或气体，而它们的状态可以是静态的，也可以是动态(即过程)的。对象特性被转换量化后可以通过多种方式检测。对象的特性可以是物理性质的，也可以是化学性质的。按照其工作原理，传感器将对象特性或状态参数转换成可测定的电学量，然后将此电信号分离出来，送入传感器系统加以评测或标示。
1.2 传感器的组成
传感器的作用一般是把被测的非电量转换成电量输出，因此它首先应包含一个
元件去感受被测非电量的变化。但并非所有的非电量都能利用现有手段直接变换成
电量，这是需要将被测非电量先变换成易于变换成电量的某一中间非电量。
传感器中敏感元件（sensing element）是能直接感受或响应被测量的部分；
转换元件（transduction element）是将敏感元件感受或响应的被测量转换成
适于传输和测量的电信号部分。
测量电路也称为信号调节与转换电路，它是把传感元件输出的电信号转换为便
于显示、记录、处理和控制的有用电信号的电路。
综上，传感器一般由敏感元件、转换元件、测量电路和辅助电源四部分组成，如图1-1所示。其中敏感元件和转换元件可能合二为一，而有的传感器不需要辅助电源。
图1.3 传感器的组成框图
1.3 传感器的分类
可以用不同的观点对传感器进行分类：它们的转换原理(传感器工作的基本物理
或化学效应)；它们的用途；它们的输出信号类型以及制作它们的材料和工艺等。
根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类，其分类示于图1.4。
图1.4按传感器工作原理的分类
图1.4按传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。
化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。
常见传感器的应用领域和工作原理列于下表1.1
1.4 智能家居的方案选择
作为一个标准的智能家居,需要覆盖多方面的应用,但前提条件一定是任何一个普通消费者都能够非常简单快捷地自行安装部署甚至扩展应用，而不需要专业的安装人员上门安装。一个典型的智能家居系统通常需要下列设备：
1、无线网关
2、无线智能调光开关
3、无线温湿度传感器
4、无线智能插座
5、无线红外转发器
6、无线红外防闯入探测器
7、无线空气质量传感器
8、无线门铃
9、无线门磁、窗磁
10、太阳能无线智能阀门
11、无线床头睡眠按钮
12、无线燃气泄漏传感器
图1.5智能家居方案的设备选择
第2章 ZigBee模块介绍
2.1 短距离无线通信技术介绍
随着数字通信和计算机技术的发展，许多短距离无线通信的要求被提出，短距离无线通信同长距离无线通信有很多的区别，主要如下:
（1）无线发射功率在几微瓦到小于100μW。
（2）通讯的距离在几厘米到几百米之间。
（3）主要在小范围区域内使用。
（4）不用申请无线频道。
（5）高频操作。
一个典型的短距离无线通信系统基本包括一个无线发射器和一个无线接收器。目前使用较广泛的短距无线通信技术是蓝牙（Bluetooth），无线局域网802.11（Wi-Fi）和红外数据传输（IrDA）。
（1）蓝牙（Bluetooth）
蓝牙是由爱立信公司于1994年首先提出的一种工作在2.4GHz频段的短距离无线通信技术规范，用来替代有线连接。信道带宽为1MHz，连接距离一般小于10m，使用高增益天线可以扩展到100m，一般电池寿命为2-4个月。鉴于以上特性，蓝牙技术被应用于无线设备、图像处理、智能卡、身份识别等安全产品，以及娱乐消费、家用电器、医疗健身和建筑等领域。
（2）Wi-Fi（IEEE802.11）
Wi-Fi是IEEE定义的一个无线网络通信的工业标准。最早提出与1997年，目的是提供无线局域网的接入，可实现几Mbps的无线接入。主要用于解决办公室无线局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入。其优势在于：无线电波的覆盖范围广（100m左右）；传输速度快（11Mb/s）；成本低，省去网络布线，便于厂商介入。
（3）红外数据传输（IrDA）
IrDA是一种利用红外进行点对点通信的技术。在小型移动设备（如PDA、手机、笔记本电脑）上已经被广泛使用。它具有移动通信所需的体积小、功耗低、连接方便、简单易用、成本低的特点。由于IrDA只能同时在2台设备之间连接，并且存在视距角度等问题。
（4）ZigBee
ZigBee技术是最近发展起来的一种短距离、低速率无线通信技术，它具有低功耗、低成本、易应用的特点，主要工作在2.4Ghz频段，采用扩频技术。ZigBee也被认为是组可能应用于工业监控、传感器网络、家庭监控、安全系统等领域的无线技术。
（5）超宽频（Ultra WideBand）
UWB是一种无线载波通信技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。由于UWB可以利用低功耗、低复杂度发射/接收机实现高速数据传输，在近年来得到了迅速发展。
它们都有其立足的特点，或基于传输速度、距离、耗电量的特殊要求；或着眼于功能的扩充性；或符合某些单一应用的特别要求；或建立竞争技术的差异化等。但是没有一种技术可以完美到足以满足所有的需求。
2.2 ZigBee技术及特点
ZigBee名字来源于蜂群使用ZigZag形状的舞蹈来通知发现新的食物源的位置、距离和方向等信息，以此作为新无线通讯技术的名称。ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个人区域网协议，是一种应用于短距离范围内，低传输数据速率下的各种电子设备之间的无线通信技术。
ZigBee技术具有低功耗、数据传输可靠、网络容量大、兼容性好、安全性高、
实现成本低等特点，可以工作在2.4GHz、868MHz和915MHz这3个频段上，分别具有250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率，他的技术特点具体如下：
(1) 低功耗: 由于ZigBee的传输速率低,发射功率仅为1mW,而且采用了休眠模式，功耗低,因此ZigBee设备非常省电。据估算，ZigBee设备仅靠两节5号电池就
可以维持长达6个月到2年左右的使用时间,这是其它无线设备望尘莫及的。
(2) 成本低： ZigBee模块的初始成本在6美元左右，估计很快就能降到1.5—2.5美元, 并且ZigBee协议是免专利费的。低成本对于ZigBee也是一个关键的因素。
(3) 时延短: 通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的搜索设备时延30ms,休眠激活的时延是15ms, 活动设备信道接入的时延为15ms。因此ZigBee 技术适用于对时延要求苛刻的无线控制(如工业控制场合等)应用。
(4) 网络容量大：一个星型结构的ZigBee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络, 而且网络组成灵活。
(5) 可靠: 采取了碰撞避免策略，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发。
(6) 安全： ZigBee提供了基于循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查功能,支持鉴权和认证，采用了AES-128的加密算法,各个应用可以灵活确定其安全属性。
由此可知ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。
2.3 ZigBee工作原理
基于 ZigBee 的无线设备工作在 868MHZ, 915MHZ 和 2.4Z 频带。其最大数据速率是 250Kbps. ZigBee 技术主要针对以电池为电源的应用，这些应用对低数据速率、低成本、更长时间的电池寿命有较高的需求。在一些 ZigBee 应用中，无线设备持续处于活动状态的时间是有限的，大部分时间无线设备是处于省电模式（也称休眠模式）的。因此，ZigBee 设备在电池需要更换以前能够工作数年以上。
2.4 ZigBee在智能家居中的适用性
当今我们熟悉的短距离无线通信技术有Bluetooth、ZigBee、Wi-Fi、UWB、红
外等。他们在不同的领域发挥着他们的特性，相互之间形成互补的作用。表1.6是
几种无线通信技术的对比：
图1.6 几种无线通信技术的对比
由上表的数据对照综合可知，ZigBee的自动组网、功耗以及成本等方面都比其
他的几种无线通信技术在智能家居中更有优势，唯一的竞争是Bluetooth，但ZigBee
更简单，速率更慢，功率及费用也更低，且大多数时间处于睡眠模式，更加适用于
不需要实时传输或连续更新的场合。智能家居是ZigBee无线网络的一个主要应用
方向，非常适合在组建家庭个人无线区域网。
第3章无线传感网络的搭建
3.1 智能家居的组成
智能家居是以互联网为核心最终实现的家居互联，将家中各种设备连接到一起，提供家电控制、照明控制、窗帘控制、防盗报警、环境监测、三表抄送等多种功能和手段。构建高效的住宅设施与家庭日程事务的智能管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。
智能控制系统包括智能照明控制、电动窗帘控制、温度控制、AV控制、安防控制等。主要产品组成：智能控制器、无线智能遥控器、无线收发器、红外转发器、电脑控制器、智能开关等。它是智能产品，因为它们内置电脑芯片和软件，有复杂的功能;同时也是傻瓜产品，因为它们外观精美，安装方法和基本操作和普通开关相仿。
3.2 智能家居系统功能分析
1.照明系统
实现对全宅灯光的智能管理，可以用遥控等多种智能控制方式实现对全宅灯光的遥控开关，调光，全开全关及“会客、影院”等多种一键式灯光场景效果的实现。并可用定时控制、电话远程控制、手机控制等多种控制方式实现功能，从而达到智能照明的节能、环保、舒适、方便的功能。另一方面与窗帘自动控制系统结合，实现室内自动调光，根据室外天气情况自动开关窗。
2.电器控制系统
电器控制采用弱电控制强电方式，即安全又智能，可以用遥控、定时等多种智能控制方式实现对在家里电视、空调、饮水机、插座、地暖、投影机、新风系统等进行智能控制。
系统可以做到让客厅、餐厅、卧室等多个房间的电视机共享家庭影音库，并可以通过遥控器选择自己喜欢的音源进行观看。避免饮水机在夜晚反复加热影响水质，在
外出时断开插排通电，避免电器发热引发安全隐患。以及对空调地暖进行定时或者远程控制，让您到家后马上享受舒适的温度和新鲜的空气。
3. 安防监控系统
随着人们居住环境的升级，人们越来越重视自己的个人安全和财产安全，对人、家庭以及住宅的小区的安全方面提出了更高的要求，智能安防已成为当前的发展趋势。
安防门禁系统通过RFID实现非法进门报警，远程开关门功能，配合视频监控系统可以让用户通过网络时时查看家里的情况，充分发挥监控的实时性和主动性。为了能实时分析、跟踪、判别监控对象，并在异常事件发生时提示、上报，安防监控系统的“智能化”就显得尤为重要。
4. 场景自定义系统
当人们回家的时候，希望家里的空调先打开、窗帘自动打开、放好洗澡水、打开舒适的音乐等等一系列的动作，并且每位用户根据家庭的情况其具体的设置各不相同，所以众志物联网提供自定义场景系统，人们可以根据自己的喜好设置打包成一个“回家模式”，用户只要一键确认，就可以完成自己设置好的动作，较常用的模式有：“回家模式”、“离开模式”、“睡觉模式”。
3.3 智能家居的示意图
本文运用ZigBee无线通信技术，把各个通信子系统集成到一块，解决了家庭内部信息传输的复杂度问题，构建了一个完整的无线智能家居控制系统。系统主要从智能家居内部组网和基于ZigBee的无线信息采集与传送及多方式控制进行了研究。系统主要有以下几个特点：
(1) 控制方式多样化。用户不但可以在家中通过PC机进行设备的控制和信息的采集，也可以在远程通过有网络接入功能的终端设备实现相同的功能。
(2) 家居内部信息采集与传输无线化。家中所用的有信息互换的设备都嵌有ZigBee无线通信模块，ZigBee的自组网功能可以方便的实现设备的互联，摆脱了有线的束缚和限制，系统拓展性和可维护性也增强。
(3) 实现成本低廉。由于家庭内部所有的信息采集与传输都采用了价格低廉ZigBee器件进行传输，与外部的信息交换使用internet，控制系统也是简单方便，实现成本非常低。
本次毕业设计是在指导老师赵德群的悉心指导和严格要求下完成的。由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有指导教师的督促指导，想要完成这个设计是比较困难的。在这里首先要感谢指导老师赵德群。赵老师平日里工作繁多，但在我们做设计的每个阶段，从选题到查阅资料，提纲的确定，修改，后期格式调整等各个环节中都给予了我们悉心的指导。他不仅在学习上和生活上给予了我多方面的指导和无微不至的关怀，而且他渊博的学识、严谨的治学态度、孜孜不倦的工作作风和宽以待人的处事风格使我终身受益，是我学习的榜样。赵老师还使我们深刻的理解了团队协作的重要性，一个人的能力是有限的，但是只要相互信任、相互帮助取长补短就没有克服不了的困难！值此完成之际，谨向老师表示崇高的敬意和最诚挚的谢意。
其次，学校和系给了我这次机会，并提供了便利的设计环境，方便了设计的顺利进行。在这其中我确实学到了很多知识，在此衷心的感谢学校和系里的大力支持。
智能家居系统中无线传感器网络的设计
智能家居系统中无线传感器网络的设计 智能家居系统中无线传感器网络的设计 随着时代的发展，人们将更多的注意力放在了生活环境的安全性、舒适性和便利性上，从而 出现了智能家居的概念。智能家居控制系统使人们可以对家居内的任意电器进行数字化控制，利用计算机技术、网络通讯技术将与家居生活有关的各种设备有机地结合在一起，进行集中管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。本文以ZigBee技术对智能家居内部进行无线网络组网，通 过ZigBee无线传感器网络节点的设计，实现节点对各种传感器信息的采集、传输和控制功能。1Zigbee技术ZigBee技术是一种强调极低耗电、极低成本的短距离无线网络技术，遵循IEEE802．15.4标准。它专注于低速率传输控制，网络容量大，时延短，提供数据完整性检查， 加密算法采用AES-128，网络扩充性强，有效覆盖范围为10～75m，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭环境，通信频率采用2．4GHz 免执照频段。ZigBee是一组基于IEEE802．15．4无线标准研制开发的，有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。IEEE802.15.4仅定义了MAC层和物理层协议，而ZigBee联盟则对其网络层和应用层进行了标准化。ZigBee联盟还开发了安全层，以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被其他节点获得。2系统结构设计无线传感器网络系统主要由传感器、CC2430无线模块构成，结构图。 无线传感器网络采用树状结构，网络中有一个协调器，负责整个网络中数据的处理、转发以及网络的管理。终端节点(传感器节点)上电复位后，会搜索协调器节点，当能够搜索到协调器时，直接申请加入网络。当终端节点搜索不到协调器时，这时就会通过路由器节点找到协调器来加入网络。加入网络后保持待机状态，当有数据需要发送时，按照组网时的路径来收发数据信息。协调器通过串口与PC机相连，利用超级终端实现发送命令或者显示数据。3硬件电路设计本文设计的无线传感器网络系统的硬件结构主要由协调器模块，路由器模块，传感器模块，串口转换模块，供电模块以及PC机等组成。其中协调器、路由器、传感器3个模块作为主要的无线通信模块，由主控芯片CC2430作为数据处理以及无线收发器。其系统硬件电路结构示意图。3．1主控芯片选用CC2430芯片作为无线收发器和数据处理及控制器。CC2430在单个芯片上整合了ZigBee射频前端、内存和微控制器。它采用增强型8051MCU、32／64／128kB 闪存、8kBSRAM等高性能模块，还包含模拟数字转换器、几个定时器、AES-128协同处理器、看门狗定时器。32kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路以及21个可编程I／O引脚。3．2无线模块设计1)协调器模块协调器节点由电压转换模块、按键模块、LCD模块、LED指示灯、时钟、处理器CC2430、天线等部分组成。CC2430的工作电压为3～3．3V，所以要用电压转换模块把电压从5V降低到3．3V左右；LED指示灯用来显示协调器节点网络状态信息(如是否组网成功)；LCD模块是用户和传感器网络的交互界面，用来显示功最长能菜单，用户通过按键来选择功能菜单。其电路图。 2)传感器模块与路由器模块传感器模块亦即是终端节点模块，由传感器、处理器CC2430、天线、LED指示灯、时钟等部分组成。LED指示灯由P1．0、P1．1口控制。传感器模块就是在协调器模块的基础上去掉了LCD，而加入了传感器。传感器选用了DHT11温湿度传感器，与P0．0口相连，来负责数据采集。路由器模块与传感器模块的硬件电路相同，只是在编程实现功能上有所不同。4无线网络系统软件设计在ZigBee网络中，只有那些可以成为ZigBee协调器的设备才能建立新网络。协调器首先执行信道扫描，如果发现了一个合适的
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。
VPDN无线专网组网方案
VPDN无线专网组网方案 信息安全对于民航企业而言，有着至关重要的意义。正因如此，各大民航企业，无不在信息化建设上进行了大力投入。以关键数据传输电路为例，各大航空企业均使用不同运营商的电路互为主备，甚至再开通第三条电路作为再备。随着WCDMA技术的大规模应用，组建无线专网，代替传统电路作为备份电路，为企业降低运营成本成为一种趋势。 以下为中国联通为民航企业所做VPDN无线专网组网方案： 1.1拓扑结构 图1专线备份VPDN组网方式 图1描述的是VPDN专网的网络拓扑图，采用本组网方式，航空企业所有专线备份设备都处于一个客户专用网络内，用户可以给自己给无线终端设备来分配IP地址。同时，采用本组网方式，航空企业专网和互联网完全隔离，数据保密性好，航空企业专网不会受到来自互联网上的黑客及病毒的侵袭，能够有效保证稳定的传输速率和带宽。下面分别对图中各个设备进行介绍。 ●WCDMA无线路由器：通过网线连接航空企业需进行专线备份信息点。 ●联通GGSN：即网关支持节点, 用户通过WCDMA接入网络接入到GGSN，GGSN判断是VPN用户，向指定的LNS发起L2TP连接。 ●联通AAA服务器：负责对用户的域名进行鉴权认证，AAA服务器对登
录用户的域名和该用户的用户名密码核对验证。验证通过后，方可接入联通网络。 ●专线：采用联通的专线，此专线将联通的GGSN和用户的LNS设备连接起来。 ●用户侧路由器（LNS）：需支持L2TP协议，RADIUS协议,要与GGSN 建立L2TP隧道。 ●企业AAA服务器：用于认证、授权、计费，实现对拨号用户名、密码和IP地址的管理，此服务器为可选配置，用于提高网络的安全性。 ●航空企业内部营业网服务器：为用户侧应用服务器，在连接建立之后此服务器可以自由地与无线终端进行通信。 1.2VPDN建立流程 SGSN GGSN 图2 VPDN连接建立流程 用户的拨号呼叫流程如下： 1）当终端的WCDMA无线路由器通过拨号呼叫到SGSN时，SGSN通过DNS解析APN接入归属GGSN的IP地址，然后在SGSN和GGSN间启动相应的GTP隧道协议，实现骨干网内的安全传输。 2）在用户认证阶段，GGSN向联通AAA服务器发送访问请求。 3）联通AAA服务器检查域名，发现这是航空企业的域名，依据域名确定LNS 设备的IP地址，并将L2TP隧道请求消息转发给航空企业的LNS设备，LNS设备对L2TP隧道建立请求进行通过处理，隧道建立。 4）WCDMA无线路由器与航空企业的LNS设备协商请求建立PPP连接。 5）航空企业的AAA服务器对WCDMA无线路由器用户名进行认证，返回相应的认证信息。
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。
校园无线网组网课程设计
计算机网络设计说明书学院名称：计算机与信息工程学院 班级名称：12级网工(4)班 学生姓名： 学号： 题目：校园无线网络组网方案设计 指导教师 姓名： 起止日期：2014年6月9日-2014年6月16日 计算机网络课程设计任务书
一、选题背景
随着我国教育行业信息化工作的逐步深入，如何建设安全可靠、经济适用、可持续发展的校园网络，如何为未来数字化教育发展培养信息化人才，已经成为所有教育单位关注的焦点。随着校园网络信息化的普及，校园内越来越要求尽可能方便、快速、移动式的使用网络，同时，随着笔记本电脑的普及，越来越多网络访问将走出有线网络的场合，以及如室外广场、大型教室、礼堂、会议室、图书馆和体育场馆等场所，也同样要求能够访问校园网络，这对于校园网的管理者和建设者来说，是急需思考与解决的问题。这对于笔记本电脑用户数量颇为庞大的安徽某些高校来说，更是个迫在眉睫的课题。经过严格测试与甄选，最终“相中”了锐捷网络的STWN（安全可信无线网络）整体解决方案，成功构建了快速、高效、无盲区、高安全、易管理的无线校园网络。其从网络设计、规划、实施的整个过程，对于国内高校建设无线校园网络有很好的借鉴意义,然而无线网络为校园网建设提出了新的可行的思路。无线局域网标准、b 能够与现有的计算机网络进行平滑无缝的连接，并能与现有的计算机网络和终端设备互联，与有线网络资源具有良好的兼容性和整合性。 二、方案设计 概述 WLAN（Wireless Local Area Network，无线局域网）是通信行业的一个时髦词语，而且可以肯定它是一种人人都想使用的技术。WLAN 变得如此流行的原因是易于安装和使用。通过WLAN 系统，用户无须考虑复杂的线路连接和布置问题。可是WLAN系统也不是完全的“无线”，因为只有客户端是可移动的，而服务器或者说接入设备是固定的。 使用WLAN 解决方案，网络服务商和企业能给他们的客户提供无线局域网服务，这些服务包括： (1)使用带有WLAN 功能的设备组建一个无线网络。这个网络可以成为接入固网或者Internet 的入口。 (2)配置了无线PCI 网卡的客户端可以与无线网络建立连接并访问固网或Internet。 (3)WLAN 客户端与传统的局域网的互连。 (4)通过不同的加密和认证方式实现安全的访问。 (5)WLAN 功能使用户能够安全的访问网络并且能在同一移动区域内进行快速漫游。 2.校园各子网设计
无线传感器网络系统的设计思路
无线传感器网络系统的设计思路 一、无线传感器网络技术应用广泛，百花齐放 无线传感器和传感器网络，是具有非常广泛的市场前景，将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响的新技术。美国的《技术评论》杂志在论述未来新兴十大技术时，更是将无线传感器网络列为第一项未来新兴技术，《商业周刊》预测的未来四大新技术中，无线传感器网络也列入其中。 无线传感器网络有着十分广泛的应用前景，在工业、农业、军事、环境、医疗，数字家庭，绿色节能，智慧交通等传统和新兴领域有具有巨大的运用价值，无线传感器网络将无处不在，将完全融入我们的生活。图一是无线传感器应用示意。 由于无线传感器和无线传感器网络巨大的市场和应用前景，所以目前全世界许多公司都推出了各自的无线传感器网络。这些技术百花齐放，各有千秋，但是这些技术之间，几乎不能相互兼容和互通。 目前正在开发中的各种无线传感器技术，从这个图我们可以看到，不同的无线传感器网络，最终都是希望实现和互联网的通讯，这可能是这些传感器网络最终交汇的通道。 二、如何选择合适的无线传感器技术 无线传感器网络系统的基本架构包括三部分，第一部分是无线收发芯片，其职责是将数字信息转换为高频无线信号传送出去和将接收到的高频无线信号恢复成数字信息。无线传感器收发芯片而言，IEEE 802.15.4能为无线传感器应用提供最佳方案，这是因为IEEE 802.15.4规范可能是主要且可能唯一的实用标准。目前全球有多家公司提供这方面的收发芯片。像TI 公司的CC2420/CC2520等芯片都特别适用于钮扣电池和低电能应用的低功耗特性。 实现一个典型的无线传感器网络节点和路由器，可以采用多芯片方案，，由一个无线收发芯片和一个微控制器(单片机)组成，微处理器可以采用低功耗的MSP430，无线芯片可以采用CC2520/CC2420等。 随着技术不断发展，已经有越来越多的公司，将无线收发器芯片和微控制器和无线收发器做成了一个片上系统(SoC)，例如TI公司采用8051内核的CC2430/CC2431等ZigBee无线单片机，随着无线传感器网络对计算能力提高要求，最近Freescale公司也推出了ARM内核的32位ZigBee无线单片机。使用这些SoC无线单片机设计无线传感器网络，将使无线传感器节点具有更小的体积，更低的功耗和更低的价格；TI公司在国内的技术合作伙伴无线龙科技公司等，也同时提供这些芯片，开发工具的相关技术支持。 无线传感器网络构架第二部分是运行于单片机或者无线单片机内部的嵌入式软件，也称软件协议栈(network stack)，网络堆栈有两个职责。首先它必须要处理节点间的无线链接通信质量的频繁变化和环境因数对无线通讯造成的干扰，具有对网络自组织，自恢复的能力；网络堆栈的第二个职能是要具有很强的路由算法能力，确保信息可靠高效地通过各种网络拓扑(星状/网状等等)从源节点(如果现有，可以通过成百上千路由节点)发送到目标节点。确保通讯的实时性要求。 ZigBee联盟是由众多技术供应商和开发商组成的独立标准组织。也是目前世界是最大的，基于IEEE 802.15.4平台的网络软件协议栈标准提供联盟。 该组织从ZigBee2004、ZigBee2006、ZigBee2007不断发展，目前提供的两个网络栈是：ZigBee和ZigBee PRO。从使用角度看ZigBee堆栈很适合一般包含十到几百个节点的小型网络。而ZigBee PRO是ZigBee超集，它增加了一些功能，可对网络进行扩展并更好地应对来自其他技术的无线干扰，而且可以适应更大型的网络和具有更加可靠的路由通讯算法和无线通讯可靠性。 无线传感器网络构架第三部分应用软件，这部分包括各种根据用户现有开发的软件代码，
基于无线传感技术的网络路由器端口设计
收稿日期:2012-02-06;修订日期:2012-10-18 作者简介:潘宁（1978-），女,河南信阳人，硕士，讲师，研究方向：网络安全。0前言网络传输的速率日渐提升，传输的方式也从有线到无线，种种的技术与适配卡的变迁，对于路由器（Router ）的负荷必定造成相当的冲击。因此必须要有一强大的管理机制对路由器善尽的管理。现阶段因特网的状况是比较复杂的，如带宽参差不齐、延迟时间大、不稳定。如何在因特网上保证用户的传输质量就成为一个不容忽视的重要问题，必须要有完善的管理机制对路由器进行管理。文中分析了基于无线传感器技术的网络路由器的工作原理，分析了其中端口设计的关键技术[1]。1无线网络环境中所使用的路由协议 无线传感器网络体系结构是网络的协议分层和 网络协议的集合，是对网络及其部件所应完成功能的定义和描述。无线传感器网络路由协议的任务是在传感器节点和汇聚节点之间建立路由，可靠地传递数据。由于无线传感器网络资源严重受限，因此路由协议要遵循的设计原则包括不能执行太复杂的计算、 不能在节点保存太多的状态信息、 节点间不能交换太多的路由信息等。 为了有效地完成上述任务，已提出的很多种路由协议大都利用了无线传感器网络的以下特点：①传感器节点按照数据属性寻址，而不是IP 寻址；②第32卷第2期2013年2期煤炭技术Coal Technology Vol.32,No.02February,2013 基于无线传感技术的网络路由器端口设计 潘 宁，何少情（郑州旅游职业学院，郑州450009）摘要:网络传输的速率日渐提升，传输的方式也从有线到无线，种种的技术与适配卡的变迁，对于路由器的负荷 必定造成相当的冲击。因此必须要有完善的管理机制对路由器进行管理。文章分析了基于无线传感器技术的网络 路由器的工作原理，阐述了其中端口设计的关键技术。 关键词:无线传感技术；网络路由；端口 中图分类号:TP212文献标识码:A 文章编号:1008-8725（2013）02-0036-03 Design of Network Router Port Based on Wirdess Seusor Technology PAN Ning,HE Shao-qing （Zhengzhou Tourism College,Zhengzhou 450009,China ） Abstract:Network transmission speed is increasingly being transmission from limited to wireless, various technical changes adapter for router load must cause a considerable impact.Therefore there must be a sound management mechanism to manage the router.This paper analyzes the network router based on wireless sensor technology works on which port design of key technologies. Key words:wireless sensor technology;network routing;port 少工作面的涌水量对运作的不利影响，最后再关闭 射流泵和抽真空控制阀。停泵过程中先关电动闸阀，再关水泵电机，这样更能保障作业后的安全性，也为下一次作业前的准备工作避免了不必要的麻烦。 PLC 控制水泵编程方式具有简单和直观的特点，水位传感器将水位变化信号转换为模拟输入量，送到PLC 输入模块。各个开关信号经由数字量输入模块，送入到PLC 控制器，控制器能通过其自动监测功能判断出水位上升的数据，得出涌水量及水位上升速度，使控制器更准确地接受指令，控制离心泵的启动和停止。PLC 控制器对超出设定的变量进行检测，如果达到一定限度则进行超限报警。而组态软件编程主要生成于人机交互界面，以便进行实时监控（图2）。4结束语伴随科技时代的到来以及自动化控制技术的加速推广， PLC 在煤矿主排水泵自动控制系统中的应用研究也日趋完善，在水资源充分利用方面有了很 大的改善，突破了传统人工控制系统的种种弊端，决定了井下排水自动系统控制的重要性。在煤矿作业 的未来发展中， 不排除还会出现各种难题，这需要煤矿作业者及时将高效的科技结合各种难题突破于实 践， 做到进一步的合理完善。参考文献： [1]付铁斌， 王洪林.矿井主排水系统监测装置的研究[J].煤矿安全，2004(5):17-19.[2]李胜旺，古贵堂，赵晓旭.矿井主排水自动化控制系统[J].工矿安全，2002(1):3-5.[3]王黎明.CAN 现场总线系统的设计与应用[M].北京：电子工业出 版社，2008.（责任编辑王秀丽）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
常见无线通信组网方式
常见无线通信组网方式 采用何种无线组网方式，比较合适、比较经济。我公司根据两年多来的行业应用推广经验，针对不同的行业应用的要求不同，提供几种比较实用的应用方案 GPRS/CDMA无线通信的移动性、实时在线、按流量计费、通信速度快、网络覆盖范围广等诸多优点，越来越被行业应用所认识，逐步在行业内大量推广使用。在使用推广过程中，出现了一些困惑行业客户的问题：无线应用有哪些组网方式；采用何种组网方式，比较合适、比较经济。根据我们的行业应用推广经验，下面针对不同的行业应用的要求不同，提供几种比较实用的应用方案。 根据数据中心组网方式不同，无线组网方式可以有下面几种联网方式： 一、专线联网方式 联网拓扑图： 系统组成： A、业务处理系统：处理无线端末设备（无线终端、RTU+DTU、无线POS等）提交的各项业务数据 B、网关设备：桥接移动网络与业务处理系统间的通信通道，（可以是路由器、可以是路由器＋防火墙、可以是路由器＋银行网控器等设备） C、GPRS网关支持点GGSN（Gateway GPRS Supporting Node）:桥接GPRS无线内部网络和客户间的网关设备。 D、GPRS网络：无线数据传输平台 E、基站：连接无线端末设备和GPRS无线内部网络的节点。 F、无线端末设备：可以是无线POS、无线终端以及嵌入式应用中的DTU设备 +各类嵌入式检测控制设备（RTU,比如环境监测设备、油田检测设备、污水监测设备等） 系统工程： 用户端： A、提供网关设备，并和无线运营商一道，调试网关设备和移动GGSN间的通信通路。 B、用户和无线运营商一道配置GGSN到用户网关设备间的VPN通道（可选项，主要是增加系统安全性） C、增加防火墙（可选项，主要是增加系统安全性，视实际情况而定） D、调试端末设备应用程序 E、调试业务主机设备 移动运营商： A、提供到用户端的专线（或由用户从电信声请获得） B、配置GGSN，调通GGSN和用户网关设备的通信通路。 C、和用户一道配置GGSN到用户网关设备间的VPN通道（可选项，主要是增加系统安全性） 系统处理流程： 无线端末设备先通过基站以无线方式登陆到无线网络，获得IP地址，然后与业务处理中心建立TCP连接，数据由移动运营商的GGSN经数据专线连接至用户的数据中心。 系统特点： 数据安全性好；通信速度快；通信质量稳定；系统初期建设成本高；适合安全性和实时性要求较高的应用场合 二、企业公网联网方式 联网拓扑图：
智能家居系统中无线传感器网络的设计
智能家居系统中无线传感器网络的设计 摘要：本文主要介绍ZigBee无线传感器网络，将ZigBee技术应用到智能家居系统中。提出了一种以ZigBee技术为基础的智能家居系统设计方案。阐述了无线传感器网络的总体构成，CC2430无线芯片为棱心，选取了合适的ZigBee模块进行了硬件电路设计。研究并分析了ZigBe技术。设计并实现了串口收发程序，传感器程序，以及节点间的无线通信程序，并根据ZigBee协议，使节点组成树状网络，最终实现系统的监测与控制。结果表明，本系统运行稳定，达到了设计目的，有着广泛的应用前景。 关键词：智能家居;无线传感器网络;ZigBee;CC2430 随着时代的发展，人们将更多的注意力放在了生活环境的安全性、舒适性和便利性上，从而出现了智能家居的概念。智能家居控制系统使人们可以对家居内的任意电器进行数字化控制，利用计算机技术、网络通讯技术将与家居生活有关的各种设备有机地结合在一起，进行集中管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。本文以ZigBee技术对智能家居内部进行无线网络组网，通过ZigBee无线传感器网络节点的设计，实现节点对各种传感器信息的采集、传输和控制功能。 1 Zigbee技术 ZigBee技术是一种强调极低耗电、极低成本的短距离无线网络技术，遵循 IEEE802.15.4标准。它专注于低速率传输控制，网络容量大，时延短，提供数据完整性检查，加密算法采用AES-128，网络扩充性强，有效覆盖X围为10～75 m，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭环境，通信频率采用2.4 GHz免执照频段。
ZigBee是一组基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的，有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。IEEE802.15.4仅定义了MAC层和物理层协议，而ZigBee联盟则对其网络层和应用层进行了标准化。ZigBee联盟还开发了安全层，以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被其他节点获得。 2 系统结构设计 无线传感器网络系统主要由传感器、CC2430无线模块构成，结构图如图1所示。 无线传感器网络采用树状结构，网络中有一个协调器，负责整个网络中数据的处理、转发以及网络的管理。终端节点(传感器节点)上电复位后，会搜索协调器节点，当能够搜索到协调器时，直接申请加入网络。当终端节点搜索不到协调器时，这时就会通过路由器节点找到协调器来加入网络。 加入网络后保持待机状态，当有数据需要发送时，按照组网时的路径来收发数据信息。协调器通过串口与PC机相连，利用超级终端实现发送命令或者显示数据。 3 硬件电路设计
远距离无线网络组网方案
LF7-2平台临时组网方案 一、组网概况 LF7-2平台位置示意图如下: LF7-2平台位置赤湾大厦西南方268米处, 两者之间不存在较大遮挡,赤湾大厦ChiWan Building具备电信宽带接入条件; 1) LF7-2平台网络需通过赤湾大厦接入Internet; 2) LF7-2平台所需网络带宽为使用时长为 二、组网方案： 根据LF7-2平台与赤湾大厦的位置特点, 可以通过无线传输的方式将网络信号从赤湾 大厦传输至LF7-2平台现在位置, 网络带宽最小
方案一： 室外高功率无线接入器TL-WA7210N 设备无线中继进行网络延伸 TL-WA7210N 工作在2.4GHz 无线频段，符合IEEE 802.11b/g/n 标准，并采用业界领先的无线芯片方案，充分保证无线局域网的高效稳定性能。TL-WA7210N 的无线传输速率高达150Mbps 。 TL-WA7210N 无线输出功率达500mW （27dBm ），配合内置的12dBi 的双极化定向天线，使无线信号传输得更远，覆盖面积更广，理论传输距离可达2000M 。网络拓扑结构如下： TL-WA7210N 壳体采用室外型设计。不仅防尘，防水，还能充分适应恶劣的工作环境，在高低温环境下都能起到良好的防护作用。TL-WA7210N 提供AP 、AP Client 、Bridge 、Multi-Bridge 、Repeater 、AP Client Router 和AP Router 多种实用工作模式。无论是点对点无线传输，还是无线覆盖，都可以轻松应对。组网更加自由，可根据实际需求选择不同的工作模式。TL-WA7210N 支持SSID 隐藏、无线MAC 地址过滤、64/128/152位WEP 加密及WPA-PSK/WPA2-PSK 、WPA/WPA2安全机制，保障无线网络不被侵犯或盗用。 TL-WA7210N 支持IP 与MAC 地址绑定功能，可以将内网电脑的IP 地址与MAC 地址一一进行绑定，有效防止伪造数据包，从而有效遏制内网ARP 攻击，保证内网数据安全。
无线传感器网络课程设计报告
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
无线传感网络设计问题
无线传感网络设计问题 Prepared on 24 November 2020
第二次个人赛论文姓名代码：88 无线传感网络设计问题 摘要 本文针对无线传感网络节点的放置和节点间相互通信的路径选择问题做了深入的 研究。 对于问题（1），本文根据概率论知识（当试验次数足够大时，可以近似认为事件 发生的频率等于其概率）采用计算机仿真法，在监视区域内随机安放n个节点，组建 无线传感网络，然后在监视区域随机取20000个点，通过检验这些点是否全部被所组 建的无线传感网络覆盖来判断所组建的无线传感网络能否成功覆盖整个区域。进行多 次仿真，统计并计算出由这n个节点组成的无线传感网络成功覆盖整个区域的频率， 将此频率与95%比较，然后根据不同情况适当调整n的大小，最后找出能成功覆盖整个 区域的概率在95%以上的最少节点数n为565个。 对于问题（2），本文建立图论模型，在满足题设节点间通信条件的前提下，考虑 通信的及时性的时效性，以通信所用时间最短为选取最优通路的原则，先建立所给的 120个节点间的距离矩阵，然后将距离矩阵中大于10的元素变为无穷大，从而将距离 矩阵转化为带权邻接矩阵，最后用matlab软件求解，通过调用Dijkstraf算法，求解 出10组节点间的通信通路，比如节点1与节点90间的通信通路为 1 80 64 25 46 65 66 93 13 3 87 15 60 90（详见表1）。 最后，本文对问题（1）和问题（2）中的模型进行了评价，并对第一问中的仿真 模型求解时只检验无线传感网络对整个监视区域是否完全覆盖，而没有考虑随机安放 的节点间能否相互通信的问题进行了进一步讨论，并提出以节点间距离的最小值为判 断依据，在原覆盖的基础上剔除一些与其他节点间最小距离大于10的节点的修正方 案。并对模型进行了简单的推广。 关键词：计算机仿真；图论模型；概率论；Dijkstraf算法 一、问题的提出和重述
无线传感器网络课程设计
无线传感器网络课程设计 ------远程数据采集系统设计 学生姓名： 指导教师：峰斌 专业：电子信息工程 班级：D0745 学号： 设计时间：2011年1月3日至 2011年1月20日 实验地点：新实验楼524
随着无线网络技术的飞速发展和同益普及，低速、低功耗、低成本的ZigBee 无线网络技术，己成为当前传感器网络及自动化控制领域中的一个重要研究课题。本论文对ZigBee技术进行广泛深入的分析和研究，使用ZigBee协议设计应用程序并结合硬件进行实验，主要研究工作如下： (1)介绍了ZigBee相关概念、应用前景和研究现状、体系结构、优缺点以及网络拓扑、设备类型、ZigBee网络的基本框架、功能、特点等内容。 (2)对ZigBee网络层、应用层及ZigBee应用程序框架结构、功能进行了研究。分析了ZigBee协议栈的总体功能结构，着重讨论网络建立、路由机制、数据帧结构和数据传输模式、数据处理模式以及编程接口，展示了整个系统的应用程序编写过程。 (3)分析了ZigBee设备组成结构及硬件设计思路。在具体介绍JN5121处理器模块、电源模块、时钟模块、存储器模块以及各个接口模块的基础上给出了硬件设计的整体方案及硬件原理图。 (4)讨论了ZigBee网络与因特网的互联及数据交换方式。研究了https://www.360docs.net/doc/e911591171.html,嵌入式操作的定制及嵌入式数据库的应用。 (5)组建基于ZigBee技术的无线数据采集系统，以JN5121单片机和数字式温湿度传感器SHT10设计出了传感器网络节点，S3C2440控制器作为ZigBee网关。传感器节点通过无线通信方式将数据发送到ZigBee网关。ZigBee网关通过以太网网络将数据传输给监测中心主机，并对实验结果进行分析。 该系统具有良好的人机交互界面和远程访问功能，良好的可移植性和扩展性，可以根据具体要求方便地在数据采集模块上进行传感器的扩充以实现更多功能。 关键词：ZigBee技术，IEEE802.15.4，无线网络，https://www.360docs.net/doc/e911591171.html,
浅谈无线传感网络和目前面临的困难
浅谈无线传感网络和目前面临的困难 随着半导体技术、微系统技术、计算机技术和无线通信等技术的飞速发展，使传感器在微小体积内能够集信息采集、数据处理和无线通信等功能于一体，推动了低功耗多功能传感器应用的快速成长。无线传感网络(wirelesssensornetwork，WSN)就是由大量部署在监测区域内的这类传感器节点组成，通过无线通信的方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，能协作的感知、采集和处理网络覆盖区域的监测信息，并发送给观察者。它作为全球未来十大技术之一，正越来越受到人们的重视。它在军事、医疗、家用、环境监测等多个领域均有广阔的应用市场。 无线传感网络是由部署在监测区内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的楚协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信怠，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。 无线传感网络的传感器可以由许多种不同类型构成，如：震动的，低取样率电磁的，热力的，可视的，声学的和雷达等，能监视大范围外界条件。如：温度，湿度，车辆移动，光条件，艇力，污染，噪声，某一对象出现或消失，机械力，当前对象属性等。能够，。泛应用于军事、环境监测和预报、健康护理、智能家居、建筑物状态监控、复杂机械监控、城市交通、空间探索、大型车问和仓库管理，以及机场、大型工业园区的安全监测等领域。 传感器网络系统通常包括传感器节点、汇聚节点和管理节点。 大量传感器节点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。传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输，在传输过程中监测数据可能被多个节点处理，经过多跳后路由到汇聚节点，最后通过互联网或卫星到达管理节点。用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理，发布监测任务以及收集监测数据。 无线传感网络面临的困难 管无线传感网络应用前景广阔，就现有的技术发展水平来说，让无线传感网络大量投入正常运行并达到预期目标还面临饕许多困难，需要许多关键技术的解决： 传感器节点的工艺和产品成本问题 无线传感网络中的节点一般为电池供电，有效电量非常有限，丽且由于应用环境与节点数景关系，电池更换是不可能的。但是无线传感网络的生存时间却要求长达数胃甚至数年，一旦传感节点能量用尽，只能采取放弃或替代。因此能否节约电池能量成为无线传感网络软硬件设计中的关键问题之一。 现代传感嚣技术从单一的物性型进入以微电子和微机械集成技术为主导的发展阶段。集成工艺的发展，将微传感器、微驱动器、微执行器以及信号处理器和电路、接口、通讯和电源等组成一体化系统。美国制造了在2cm~0.15cm的体积内，由3个陀螺和3个加速度计组成的微型惯性导航系统。该系统的质量为距，体积只有小型惯性导航系统的0.1％。智能化尘粒传感器已达到舯级，国内在制造工艺方西还有欠缺。 虽然节点微型化使各部件能耗降低，研究机构对电池的改进使传感网络生命期得翻延长。但仍存在低电压或节点执行某项操作所需尖端电流不够而影响传感网络功能的有效性。”。这也是弱前值碍关注的方强。 网络的组织和管理 在传感器黼络应用中，通常传感器节点被放鬣在没有基础结构的造方。传感器节点的位置不能预先设定，节点间的邻居关系预先也不知道，如通过飞机播撤大量传肄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和自管理的能力。网络组织和管理的焦点是如何在能量有效的前提下，通过自行检测自
基于wifi的无线组网技术
基于WIFI的无线网状（Mesh）组网技术 摘要: 目前, 无线局域网由于相对有线网络的众多优点受到广泛应用, 其中WiFi 因高效的工作能力而受到热捧, 但是WiFi 由于支持范围有限, 使得它的发展受到一定程度的限制, 这里对该问题进行了研究。在不添加有线基础设施、扩大成本的情况下, 考虑将网上的无线设备作路由器使用, 对数据进行不断转发, 通过多个无线跳来进行组网, 即利用无线网状( Mesh）组网技术, 在低成本的条件下, 大大的扩展无线信号的覆盖范围。考虑到无线网状组网技术在当前市场上的应用,其业务支持能力和性能方面的优势, 证明了想法提出的合理性机可行性。基于WiFi的无线网状（Mesh）组网技术不仅具有WiFi本身的优势, 还解决了W iFi 的覆盖范围小的问题, 因此会有广泛的应用空间和很好的发展前景。 关键词: 无线网状网络;无线局域网;WiFi;无线跳 1．WiFi技术的探讨与研究 WIFI全称Wireless Fidelity，意思是无线保真技术。又称802.11b 标准，该技术使用的是2.4GHz附近的频段。它的最大优点就是传输速度较高，可以达到11Mbps，在信号较弱或有干扰的情况下，带宽可调整为5.5Mbps、、2Mbps和1Mbps，带宽的自动调整，有效地了网络的稳定性和可靠性。其主要特性为：速度快，可靠性情况高，在开放性区域，通讯距离可达305米，在封闭性区域，通讯距离为76米到122米，方便与有线以太网络整合，组网的成本更低。同时它还能与已有的各种 802.11 DSSS 设备良好的兼容。 1.1 WIFI 现状及特点 WIFI 无线宽带计入技术有以下几个特点： （1）WIFI 的覆盖半径可达300 英尺左右，约合 100 米，办公室自不用说，就是在整栋大楼中也可使用。（2）传输速度快，虽然有时WIFI 传输的无线通信质量不是很好，但传输速率比较快，可以达到11 Mbps，如果无线网卡使用的标准不同的话，WIFI 的速度也会有所不同。（3）建网成本低：只要在机场、车站、咖啡店、图书馆等人员比较密集的地方设置“热点”，并通过高速线路将因特网接入上述场所。（4）更健康更安全：IEEE802.11 实际发射功率约 60~70 毫瓦,而手机的发射功率约 200 毫瓦至 1 瓦间，手持式对讲机高达 5 瓦,而且 WIFI 无线网络使用方式并非像手机直接接触人体，对人体的辐射较小，使用起来应该是绝对安全的。 1.2 WIFI 技术剖析 1.2.1 WIFI 的网络构成。站点（Station），网络最基本的组成部分。 基本服务单元（Basic Service Set，BSS）。网络最基本的服务单元。最简单的服务单元可以只由两个站点组成。站点可以动态的连接（associate）到基本服务单元中。 分配系统（Distribution System，DS）。分配系统用于连接不同的基本服务单元。分配系统使用的媒介（Medium）逻辑上和基本服务单元使用的媒介是截然分开的，尽管它们物理上可能会是同一个媒介，例如同一个无线频段。接入点（Acess Point，AP）。接入点既有普通站点的身份，又有介绍如到分配系统的功能。扩展服务单元（Extended Service Set，ESS）。由分配系统和基本服务单元组合而成。这种组合是逻辑上，并非物理上的。不同的基本服务单元物有可能在