可持续无线传感网络的节点能量补给的研究

无线传感器网络能量管理

无线传感器网络的能量管理 班级：信息1502 学号：2015485 姓名：张蕊

1 进行能量管理的原因 无线传感器网络节点密度大，一般部署在恶劣环境中，能源通常很难替代，节点能量供给大都是采用电池供电方式，并要求工作相当长的时间。因此，如何在不影响功能的前提下，尽可能节约无线传感器网络的能量成为无线传感器网络软、硬件设计中的核心问题。通过能量管理机制尽量减少节点的能量消耗，可有效延长节点的工作时间和网络的整体寿命，达到应用的需求。 因为节点的能量非常有限，所以能量消耗是WSN重点关注的问题。事实上，所有的无线设备都面临能量不足的问题，而以下原因使得WSN的能耗问题更加严重： 1.与其承担的感知、处理、自主管理和通信等复杂功能相比，节点的体积非常小，难以容纳大容量电源。 2.一个理想的无线传感器网络由大量节点组成，因此，不能通过人工方式更换节点电池或者给电池充电。 3.虽然学术界正在研究可再生能源和自动充电机制，但节点太小仍然是限制其应用的因素。 4.部分节点失效可能会导致整个网络过早地分离成一些子网。 在实现无线传感器网络能量管理方面普遍从每个节点出发，除了在无线传感器网络节点设计过程中采用低功耗硬件之外，还通过动态能量管理等技术使系统各个部分运行在节能模式，可以节约大量的能量。另外，还可以针对无线传感器网络不同应用进行专门的优化，并采用软、硬件整合设计、跨层网络协议设计等一体化能量管理方案来为无线传感器网络节能。 2 无线传感器网络节点的能耗分析 一个传感器节点主要由四部分组成：电源、传感器、处理器和射频模块。传感器感知各种信息，包括温度、湿度、压强、化学物浓度等物理量，然后交由处理器进行信息的处理和融合，最后通过射频模块对信息进行转发。传感器节点的射频模块不仅仅负责接收或发送数据包，还负责侦听通信信道，或控制射频模块的开/关以进入工作或休眠状态。除了产生能量的电源模块以外，传感器、处理器和射频模块都是传感器节点的能耗源。下面就这三个构成部分来详细分析它们对节点能耗所产生的影响。 (1)传感器的能耗主要来源于：变换器、前端处理与信号调节、模数转换器。传感器的种类很多，测量不同的物理量时传感器所需要的能耗不同：感应温度和感应声音所需消耗的能量不同，感应声音和感应图像所需消耗的能量也不同。根

无线传感器网络课后习题答案.doc

1-2.什么是无线传感器网络? 无线传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络。目的是协作地探测、处理和传输网络覆盖区域内感知对象的监测信息,并报告给用户。 1-4.图示说明无线传感器网络的系统架构。 1-5.传感器网络的终端探测结点由哪些部分组成?这些组成模块的功能分别是什么? (1)传感模块（传感器、数模转换）、计算模块、通信模块、存储模块电源模块和嵌入式软件系统 (2)传感模块负责探测目标的物理特征和现象，计算模块负责处理数据和系统管理，存储模块负责存放程序和数据，通信模块负责网络管理信息和探测数据两种信息的发送和接收。另外，电源模块负责结点供电，结点由嵌入式软件系统支撑，运行网络的五层协议。 1-8.传感器网络的体系结构包括哪些部分?各部分的功能分别是什么? (1)网络通信协议：类似于传统Internet网络中的TCP/IP协议体系。它由物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层组成。 (2)网络管理平台：主要是对传感器结点自身的管理和用户对传感器网络的管理。包括拓扑控制、服务质量管理、能量管理、安全管理、移动管理、网络管理等。 (3)应用支撑平台：建立在网络通信协议和网络管理技术的基础之上。包括一系列基于监测任务的应用层软件，通过应用服务接口和网络管理接口来为终端用户提供各种具体应用的支持。 1-9.传感器网络的结构有哪些类型?分别说明各种网络结构的特征及优缺点。 （1）根据结点数目的多少，传感器网络的结构可以分为平面结构和分级结构。如果网络的规模较小，一般采用平面结构；如果网络规模很大，则必须采用分级网络结构。 （2）平面结构： 特征：平面结构的网络比较简单，所有结点的地位平等，所以又可以称为对等式结构。

基于无线传感网络的环境监测系统

基于无线传感网络的环境监测系统 摘要：随着经济和科技的发展，农业种植也有了长足的发展，从之前的小面积 种植演变为了如今的大规模，为了提高生产效率，减少劳动力，必须引进先进的 技术配合人工劳作进行种植。传统的环境监测系统布线成本高，抗干扰性差，增 加新监测点时必须改变物理线路，工序复杂，维护难度大。 关键词：无线传感网络；Zig Bee；环境监测； 为满足环境温度监测系统远距离，低成本，部署灵活等要求，设计并实现了 一种树型结构的无线传感网络，通过无线传感网络采集环境温度数据并上传监控 主机，实现远距离检测和监控．介绍了节点硬件设计，然后根据环境温度监测的 应用需求进行软件设计，采用休眠机制以降低节点的功耗，将系统进行实地部署 与测试．表明：该系统具有较高的实用性和可靠性。 1 相关工作 研究目的是利用ZigBee技术结合WSN设计安全高效的、个性化的环境监测 系统。许多本领域学者已经利用WSN设计了一些环境监测系统，代表性的成果有：雷旭等利用无线传感器网络设计了隧道环境信息监测系统。系统以STM32微控制器为核心设计了低功耗网络节点与网络汇聚节点设计了B/S模式访问的监控 中心软件；梅海彬等提出了一种基于Arduino开放平台与XBee Pro增强通信距离 的无线传感器网络，对近海环境进行了实时监测；陈克涛等设计了以CC2530为 核心处理器的无线传感器网络农业环境监测网关节点；提出一种基于无线传感器 网络和3G/4G的远程环境监测系统；研究了WSN接入In?ternet的方法；Arch Rock Corp等研究了IPV6WSN；另外，针对农田土壤参数（诸如温湿度等）的精 确采集系统设计上，很多学者研究了土壤WSN精确化应用系统与实现的关键技术。诸如此类，这些都是典型的WSN环境监测系统与关键技术研究的文献成果。概括这些目前WSN环境监测领域文献共性特点，大多是针对农业、海洋等某一 领域设计的应用系统，缺乏共性通用的系统平台设计思想；另外由于缺乏目前云 计算、最先进的新技术植入，缺乏先进与人性化设计理念。针对这些弱点，进行 了研究改进。实践证明本文设计的系统，用户随时随地都可以了解监测场所的环 境信息，如：温度、湿度、可燃有毒气体及其浓度、火灾、光线明暗程度等数据。此外，系统利用数据融合技术实时闭环环境信息的预警决策，能根据信息特点实 现对环境的智能化管理，如环境安全指数超标会做出决策并采取一些措施。 2 无线传感器网络和Zig Bee技术 无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）是由大量价格较低的传感器节点以自组织的方式构成的无线网络系统[。将这些传感器节点部署在目标区域内，节点通过无线通信的方式自发形成多跳的无线网络，监测区域内的各种环境 信息通过传感器的感知、采集和处理后经由无线网络传送给监控中心或终端用户，协作完成指定的任务。ZigBee是一种便宜的、低功率的近距离无线组网通信技术。适用于通信数据量不大、数据传输速率相对较低，分布范围较小，一般应用于无 线传感器网络、家庭自动化、农业自动化、遥测遥控和医疗护理等方面。ZigBee 的主要特点是低速率、低功率、低成本、自配置和灵活的拓扑结构，抗干扰能力强。ZigBee技术与现有的控制网络标准无缝链接，具有很强的兼容性。 3 硬件设计

无线传感器网络的特点

无线传感器网络的特点 大规模网络 为了获取精确信息，在监测区域通常部署大量传感器节点，传感器节点数量可能达到成千上万，甚至更多。传感器网络的大规模性包括两方面的含义：一方面是传感器节点分布在很大的地理区域内，如在原始大森林采用传感器网络进行森林防火和环境监测，需要部署大量的传感器节点；另一方面，传感器节点部署很密集，在一个面积不是很大的空间内，密集部署了大量的传感器节点。 传感器网络的大规模性具有如下优点：通过不同空间视角获得的信息具有更大的信噪比；通过分布式处理大量的采集信息能够提高监测的精确度，降低对单个节点传感器的精度要求；大量冗余节点的存在，使得系统具有很强的容错性能；大量节点能够增大覆盖的监测区域，减少洞穴或者盲区。 自组织网络在 传感器网络应用中，通常情况下传感器节点被放置在没有基础结构的地方。传感器节点的位置不能预先精确设定，节点之间的相互邻居关系预先也不知道，如通过飞机播撒大量传感器节点到面积广阔的原始森林中，或随意放置到人不可到达或危险的区域。这样就要求传感器节点具有自组织的能力，能够自动进行配置和管理，通过拓扑控制机制和网络协议自动形成转发监测数据的多跳无线网络系统。在传

感器网络使用过程中，部分传感器节点由于能量耗尽或环境因素造成失效，也有一些节点为了弥补失效节点、增加监测精度而补充到网络中，这样在传感器网络中的节点个数就动态地增加或减少，

从而使网络的拓扑结构随之动态地变化。传感器网络的自组织性要能够适应这种网络拓扑结构的动态变化。动态性网络传感器网络的拓扑结构可能因为下列因素而改变：①环境因素或电能耗尽造成的传感器节点出现故障或失效；②环境条件变化可能造成无线通信链路带宽变化，甚至时断时通；③传感器网络的传感器、感知对象和观察者这三要素都可能具有移动性；④新节点的加入。这就要求传感器网络系统要能够适应这种变化，具有动态的系统可重构性。 可靠的网络 传感器网络特别适合部署在恶劣环境或人类不宜到达的区域，传感器节点可能工作在露天环境中，遭受太阳的暴晒或风吹雨淋，甚至遭到无关人员或动物的破坏。传感器节点往往采用随机部署，如通过飞机撒播或发射炮弹到指定区域进行部署。这些都要求传感器节点非常坚固，不易损坏，适应各种恶劣环境条件。由于监测区域环境的限制以及传感器节点数目巨大，不可能人工“照顾每个传感器节点，网络的维护十分困难甚至不可维护。传感器网络的通信保密性和安全性也十分重要，要防止监测数据被盗取和获取伪造的监测信息。因此，传感器网络的软硬件必须具有鲁棒性和容错性。

无线传感器网络节点定位技术

无级变速与自动变速简介 无级变速系统(CVT--continuously variable transmission)。 它的内部并没有传统变速箱的齿轮传动结构，而是以两个可改变直径的传动轮，中间套上传动带来传动。基本原理是将传动带两端绕在一个锥形带轮上，带轮的外 径大小靠油压大小进行无级的变化。起步时，主动带轮直径变为最大直径，而被动 带轮变为最小，实现较高的传动比。随着车速的增加和各个传感器信号的变化，电 脑控制系统来断定控制两个带轮的控制油压，最终改变带轮直径的连续变化，从而 在整个变速过程中达到无级变速。 而锥形带轮之间的传动带，在过去的一段时间，由于材质的原因，所受的拉力 有限，所能承受的扭矩有限，只能用在摩托车式小排量车上。近些年来，随着材料 技术、加工工艺的不断提高，生产出特殊材料制造的刚制传动带和锥型带轮。彻底 实现了大功率、大扭矩轿车的要求。 CVT最大的特点是无级控制输出的速比，在行驶中达到行云流水的感觉，从而 没有了换档的感觉。乘员感觉不到换档冲击，动力衔接连贯。这样CVT在行驶时增 加了舒适性，加速也会比自动变速器快。 CVT与传统变速器的区别 大家经常都有看汽车杂志或者是汽车广告的宣传片，其中说到汽车参数的时候，会碰到一个术语－－CVT，普通人经常把自动档变速器和无级变速器(CVT)两个概念 混为一谈。实际上这两种变速器工作原理完全不同。CVT结构比传统的变速器简单、体积更小，它既没有手动变速器的众多齿轮，也没有自动变速器复杂的行星齿轮组。旧款的CVT多用橡胶皮带制成，但它的缺点是受力有限，容易打滑因此只能用在一 些摩托车和微型车上，由于制造工艺技术的改良，现在也应用于中型汽车了，在这 方面比较领先的是奥迪和日产，以奥迪为例，厂方就针对传统的CVT在斜坡上容易 后溜以及行驶中的橡皮筋现象进行了改良，在1999年底正式推出Multitronic，除了 以油冷式多片离合器代替扭力转换器以减少动力流失以外，还有两方面底改进，包 括采用金属片链和宽齿比的滑轮组。这条金属片链由1025块金属片和75对串针组成，最大可以承受300牛·米的峰值扭力，而传统的V型钢带只可承受200牛·米的 扭力，真是一个天一个地。 另外，Multitronic还有很宽地传动比，介于2.400到0.395之间，相对于传统 的变速箱，甚至是手动变速箱，有较高的灵活性，令加速更加顺畅。而且，在增加 和删除手动变速模式的时候，工作变得轻松简单得多，因为只需要更改电脑程序， 即可更改齿轮的比例和半径，根本不需要大动刀枪来更换齿轮。所以，一款CVT变 速箱可以和多台不同类型不同输出特性的引擎配合使用。 Multitronic的还有一项特点就是装置了扭力感应器，确保滑轮夹以适当的力量 夹住金属片链，因为过大的夹力会抵消一部分动力，白白的浪费掉，而且也会加速

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

无线传感器网络中MIMO技术的能量分析

无线传感器网络中MIMO技术的能量分析 摘要：本文分析无线传感器网络能量效率。假定在一个合作传感器网络中，比较了基于MIMO的传感器网络和基于SISO的传感器网络的能量消耗。我们的结果显示在传感器网络中应用MIMO技术是明智的系统设计。 I.介绍 近些年来，能量受限的无线传感器网络得到大量的研究。在这样的传感器网络中，使用电池作为能源的传感器一般要工作几个月，甚至几年。在这期间，电池得不到替换和更新，这使得能量优化在系统设计中成为决定性的问题。 在传统的无线通信系统中，最主要的能量消耗是实际的传输能量。然而，在无线传感器网络中可能不是这种情况。事实上，在一些情况中，接收和发射过程所需的电路能量占主导地位。因此，在无线传感器网络中，通常最大限度地减少传输能量的能量优化可能是无效的。 多输入多输出（MIMO），或多重通信天线是一种近些年来在无线通信系统中获得相当重视的技术。这些技术包括各种空时编码方案[1]-[3]，分层空时结构[4]和智能天线技术[5]。然而，MIMO技术的一个缺点是，它需要复杂的收发器电路和大量的信号处理能量，这导致了大量的能量消耗在电路级。这一事实排除了在由电池供电的传感器节点组成的无线传感器网络中应用MIMO技术。 最近发表的文献[6]比较了无线传感器网络中MIMO技术和SISO技术的能量效率。这篇文献中所讨论的合作式MIMO技术是基于总体的能量消耗。文中能效的评价表明在某些情况下，基于合作式MIMO技术的传感器网络事实上可能得到更好的能量优化。 在本文中，我们将完善文献[6]的结论，考虑在MIMO系统中所需的训练开销。虽然在文献[6]这些被忽略，但是实际的能量优化需要考虑到训练开销，因为对于MIMO技术正常运作这是非常重要的。在衰落信道中，根据相干时间，系统将发送周期性训练符号。所需训练符号的数量至少等于发射天线的数量，从而导致MIMO系统中大量的训练开销。我们提供分析方法计算基于MIMO的传感器网络的能效，并考虑到训练开销。 本文组织如下：在第二节我们提出传感器网络的MIMO系统模型，并分析能量消耗.我们将按照文献[6]的模型，但引入MIMO训练所需的开销项，并提出确切的计算表达式。在第三节，我们比较固定速率MIMO系统和SISO系统的能量效率。在第四节，我们讨论无线传感器网络中的可变速率M进制正交幅度调制（M-QAM）的MIMO系统，评价优化传输速率MIMO系统的能量效率。接着，在第五节我们评价基于虚拟MIMO的合作无线传感器网络的能量效率。最后，在第六节我们得到最后的结论。 II.信号模型和系统描述 我们考虑一个连接两个无线传感器节点的窄带，平坦衰落的通讯信道，它既可以MIMO，MISO，也可以是SISO。就象文献[6]，我们忽略基带处理模块的能量消耗，假定未编码通讯，使得分析简单化。 象文献[6],[8]-[10]所讨论的，沿着信号路径总的能量消耗可分为两个主要部分：所有的功率放大部件的能量消耗和所有其他电路的能量消耗。假定功率放大器的能耗线性正比与发射功率，功率放大器的总的能耗可以表达如[6],[8]。 式中，η为RF功率放大器泄露效率，ε为依赖调制方案和星座大小的峰均比。对M-QAM系统来说 根据链路关系，（1）中发射功率可以计算出 其中k是信号衰减参数，d为传输距离，,分别是发射机和接收机的天线增益，是载波波长，是链路边缘补偿，是接收噪声模型，是接收机输入端总共

基于无线传感网络的技术分析及实际应用案例集锦

基于无线传感网络的技术分析及实际应用案例集锦 无线传感器网络就是由部署在监测区域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，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。无线传感器网络所具有的众多类型的传感器，可探测包括地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等周边环境中多种多样的现象。本文为您分析关于无线传感网络的一些技术问题，并介绍了几例基于无线传感网络的实际应用案例。 面向无线传感网络的构件化开发方法 基于构件化的软件开发方法是一种可以提供软件复用性的开发方法。构件是用于进行软件开发、复用和软件组装的基本单元。在面向构件的技术里，一个应用软件不是通过大量的代码来描述，而是通过数量有限的构件来描述，构件化的嵌入式软件是由一组软件构件构成的，这些构件的一个或者几个组合成一个完整的应用；而且新的应用也可以使用已有构件，从而提高软件复用性。 无线传感网络时间同步研究进展与分析 保持节点之间时间上的同步在无线传感器网络中非常重要，它是保证数据可靠传输的前提。典型时间同步算法，主要可以分为以下几类：基于发送者—接收者的双向同步算法，典型算法如TPSN算法；基于发送者—接收者的单向时间同步算法，典型算法如FTSP算法、DMTS算法；基于接收者—接收者的同步算法，典型算法有RBS算法。 无线传感网中一种基于即时信息的TDMA方案 根据无线传感网在网络性能方面的要求，针对现有无线传感网协议在节点能耗和时延方面的不足，提出了一种IM-TDMA方案，根据节点流量的变化，动态地调节帧长，提高信道利用率；同时采用计数器管理及续传优先的调度方式，简化了调度复杂度，降低了节点能耗。仿真结果表明：IM-TDMA方案能有效地节约能耗。降低时延，可运用于实际无线传感网的MAC协议方案中。 两种异构CSMA／CA机制OSTS／BSTS无线传感网络公平性、实时性分析比较 本文根据火场监控应用的实际需要，针对传输火场环境下的温度及湿度这两个非均匀变量数据包到sink节点的无线传感器网络，提出两种实时性、公平性较高的无线传感器网络竞争CSMMCA机制OS TS／BSTS，分析非饱和无线传感器异构网络的实时性、公平性特征 并比较这两种机制的优缺点，以此提出参数优化方案并提高系统监控性能。 基于OMAP的无线传感网节点处理器的设计与实现 本文主要分析在设计较高处理及存储能力传感节点时，如何满足传感网节点低功耗和高处理能力间的平衡关系，并介绍基于OMAP处理器的节点处理器部分的实现方案。

无线传感器能量优化

无线传感器网络能量优化技术摘要：无线传感器很好地实现了与网络的连接，作为21世纪最有影响力的创新型技术之一，对科学技术的发展和无线传输领域的进一步拓宽至关重要。本文从无线传感器的概况出发，对其消耗进行分析，进而阐述了能量优化技术的相关原理。 关键词：无线传感器；能耗；技术优化 Discussion on Wireless Sensor Network Energy optimization Techniques WANG Qiupeng (Xi’an Railway V ocational Technical Institute，Xi’an 710014，China) Abstract：Wireless sensor can realize the reality and the network connection weU，as one of the most influential innovtive techn0109ies in the new century，the developments of science and techn0109y and further expansion in the“eld of wireless transmission are important。The paper started from the general situation of wireless sensors，analyzed the consumption of wireless sensor，and expounded the related principles of energy optimization techn0109y． Key words：wireless sensor，energy consumption，techn0109y optimization

无线传感器网络作业

无线传感器作业 1.1：传感器网络节点使用的限制因素有哪些？ 1.电源能量有限传感器节点体积微小通常只携带能量十分有限的电池。 2.通信能力有限 3.计算和存储能力有限，传感器节点是一种微型嵌入式设备，要求他价格低功耗小，这些 限制必然导致其携带的处理器能力比较弱，存储器容量比较小。 1.2：网络传感器有哪些特点？ 1.自组织性 2.数据为中心 3.应用相关性 4.动态性 5.网络规模 6.可靠性 2.1：按照节点功能和结构层次划分，将传感器网络的结构有哪几种？各有什么特点？ 答： 1.平面网络结构拓扑结构简单，易维护具有较好的健壮性事实上就是一种，a d h o c网络 结构的形成。由于没有中心管理节点，故采用自组织协同算法组成网络，其组网算法比较复杂。 2.分级网络结构：网络拓扑结构扩展性好，便于集中管理，可以降低系统的建设成本，提 高网络覆盖率和可靠性。 3.混合网络结构：同级网络结构相比较，支持功能更强大，但所需要的硬件成本更高。 4.m e s h网络结构：由无线节点构成网络，按mes h拓扑结构部署，网内有个节点至少 可以和一个其他节点通信支持多跳路由，功耗限制和移动性取决于节点类型及应用的特点，存在多种网络接入方式。 2.2：传感器半径r，被监测区域面积为A，要求达到概率为p的覆盖率，确定传感器数目。 3.1：WSN数据链路层中的媒体访问控制和误差控制的基本思想是什么？ 媒体访问控制：①对于感知区域内密集布置节点的多跳无线通信，需要建立数据通信链路以获得基本的网络基础设施。②为了使无线传感器节点公平有效的共享通信资源，需要对共享媒体的访问进行管理。 误差控制：一般基于ARQ的误差控制，主要采用重新传送发费和管理发费。具有低复杂的编码与解码方式的简单误差控制码可能是无线传感器网络中误差控制的最佳解决方案。 3.2:传输层中的Event-to-sink传输和Sink-to-Sensors传说的基本思想是什么？ Event-to-sink 由于无线传感网络中存在大量的数据流，Sink节点需要获得一定精度，Event-to-sink的可靠度是必要的，包括了事件特征到Sink’节点的可靠通信，而不是针对区域内各节点生成的单个传感报告/数据包进行基于数据包的可靠传递。 Sink-to-Sensors

基于无线传感网络的空气质量监测系统设计

摘要 空气品质对人的影响至关重要,利用传感器检测空气质量是当今流行的一种方法,本文介绍了传感器在空气质量检测方面的原理应用及监控系统的网络设计。 本系统采用无线传感器网络来实现数据的采集与发送。无线传感器网络是由部署在监测区域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一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。 本设计系统采用CC2430无线通信模块、温湿度传感器DHT90、空气质量传感器QS-01、电源模块构建无线传感器网络，通过RS－232串口和监控中心通信，使用软件开发平台IAR Embedded Workbench开发ZigBee协议栈，基于ZigBee的无线网络技术以低功耗、低成本、低复杂度等特点受到越来越多企业和个人的青睐。ZigBee技术特别适合于数据吞吐量小、网络建设投资少、网络安全要求较高、不便频繁更换电池或充电的场合。预计将在消费类电子设备、家庭智能化、工控、医用设备控制、农业自动化等领域获得广泛应用,利用ZigBee技术完成传感器节点和汇聚节点的应用程序，最终能够实现空气质量的监测。 关键字：无线传感器；cc2430；DTH90；zigbee技术；空气质量检测

ABSTRACT Air quality impact on people is very important, using sensors to detect air quality is now a popular method, this paper introduces the sensor in air quality testing principle, analyzes the advantages and disadvantages of gas sensor, and gas sensor development trend and prospects. The system uses wireless sensor networks to achieve data’s collection and transmission. Wireless sensor networks are composed of a large number of low-cost micro-sensor nodes which are deployed in the monitoring region, uses wireless communication means to form a multi-hop's self-organizing network, with the aim of perception, collection and processing of perceived target information in the network coverage region, and send them to observers. This system uses CC2430 wireless communication module ,temperature and humidity sensor DHT90, air quality sensor QS-01,power module to build wireless sensor networks, and uses RS－232 serial port to communicate with monitoring center .Use the software development platform IAR Embedded Workbench to develop ZigBee protocol stack.Based on the ZigBee wireless networking by low characteristics and so on power loss, low cost, low complexity receives more and more many enterprises and individual favor.The ZigBee technology suits specially in the data volume of goods handled small, the network construction invests few, the network security request is high, inconvenient replaces the battery or the charge situation frequently.The estimate in the expense class electronic installation, the family intellectualization, the labor will control, medical domains and so on device control, agricultural automation obtains the widespread application These can definitively achieve the purpose of air quality monitoring. Keywords:wireless sensor;CC2430;DTH90;ZigBee technology;air quality testing II

无线传感器网络节点介绍

基于系统集成技术的节点类型和特点 在节点的功能设计和实现方面，目前常用的节点均为采用分立元器件的系统集成技术。已出现的多种节点的设计和平台套件，在体系结构上有相似性，主要区别在于采用了不同的微处理器，如AVR系列和MSP430系列等；或者采用了不同的射频芯片或通信协议，比如采用自定义协议、802.11协议、ZigBee[1]协议、蓝牙协议以及UWB通信方式等。典型的节点包括Berkeley Motes [2，3], Sensoria WINS[4], MIT μAMPs [5], Intel iMote [6], Intel XScale nodes [7], CSRIO研究室的CSRIO节点[8]、Tmote [9]、ShockFish公司的TinyNode[10]、耶鲁大学的XYZ节点[11] 、smart-its BTNodes[12]等。国内也出现诸多研究开发平台套件，包括中科院计算所的EASI系列[13-14]，中科院软件所、清华大学、中科大、哈工大、大连海事大学等单位也都已经开发出了节点平台支持网络研究和应用开发。 这些由不同公司以及研究机构研制的无线节点在硬件结构上基本相同，包括处理器单元、存储器单元、射频单元，扩展接口单元、传感器以及电源模块。其中，核心部分为处理器模块以及射频通信模块。处理器决定了节点的数据处理能力和运行速度等，射频通信模块决定了节点的工作频率和无线传输距离，它们的选型能在很大程度上影响节点的功能、整体能耗和工作寿命。 目前问世的传感节点（负责通过传感器采集数据的节点）大多使用如下几种处理器：ATMEL公司AVR系列的ATMega128L处理器，TI公司生产的MSP430系列处理器，而汇聚节点（负责会聚数据的节点）则采用了功能强大的ARM处理器、8051内核处理器、ML67Q500x系列或PXA270处理器。这些处理器的性能综合比较见表1。 表1、无线传感器网络节点中采用的处理器性能比较

无线传感网络概述

无线传感网络概述 学号031241119姓名魏巧班级0312411 一、无线传感器网络（WSN）的定义： 无线传感器网络（WSN）是指将大量的具有通信与计算能力的微小传感器节点，通过人工布设、空投、火炮投射等方法设置在预定的监控区域，构成的“智能”自治监控网络系统，能够检测、感知和采集各种环境信息或检测对象的信息。二、传感器的节点分布及通信方式： 由于传感器节点数量众多，布设时智能采用随机投放的方式，传感器节点的位置不能预先确定。节点之间可以通过无线信道连接，并具有很强的协同能力，通过局部的数据采集、预处理以及节点间的数据交互来完成全局任务，同时节点之间采用自组织网络拓扑结构。由于传感器节点是密集布设的，因此节点之间的距离很短，在传输信息方面多跳（multi—hop）、对等（peer to peer）通信方式比传统的单跳、主从通信方式更适合在无线传感器网络中使用，例如：使用多跳的通信方式可以有效地避免在长距离无线信号传播过程中遇到的信号衰落和干扰等各种问题。 三、WSN运行的环境： 1、WSN可以在独立封闭的环境下（如局域网中）运行。 2、WSN也可以通过网关连接到网络基础设施上（如Internet）。在这种情况中，远程用户可以通过Internet 浏览无线传感器网络采集的信息。 四、无线数据网络的定义及无线自组网络的特点： 主流的无线网络技术，如IEEE 802.11、Bluetooth都是为了数据传输而设计的，我们称之为无线数据网络。 目前，无线数据网络研究的热点问题就是无线自组网络技术，这项技术可以实现不依赖于任何基础设施的移动节点在短时间内的互联。特点有如下几点： （1）无中心和自组性（优点）：无线自组网络没有绝对的控制中心，网络中节点通知分布式的算法来协调彼此的行为，这种算法无需人工干预和其他预置网络设施就可以在任何时刻任何地方快速展开并自动组网。 （2）动态变化的网络拓扑（缺点）：移动终端能够以任意速度和方式在网中移动，在通过无线信道形成的网络拓扑随时可能发生变化。 （3）受限的无线传输带宽（缺点）：无线自组网络采用无线传输技术作为底层通信手段，由于无线信道本身的物理特性，它所能提供的网络带宽相对有线信道要低得多。 （4）移动终端的能力有限（缺点）：虽然无线自组网络中移动终端携带方便，轻便灵巧，但是也存在固有缺陷，例如：能源受限，内存较小，CPU性能较低等（5）多跳路由（优点）：由于节点发射功率限制，节点覆盖范围有限。因此当它要与其覆盖范围之外的节点进行通信时，需要中间节点的转发。其中转发是由普通节点协作完成的，并不是由专用的路由设备完成的。 （6）安全性较差（缺点）：无线自组网络由于采用无线信道、有限电源、分布式控制等技术，使它更容易受到被动窃听、主动入侵、拒绝服务，剥夺“睡眠”等网络攻击。

无线传感器网络能量收集技术分析

无线传感器网络能量收集技术分析 1 引言 作为全球未来十大技术之一的网络传感器技术已受到人们的广泛重视。将 成百上千的低成本、低功耗、多功能的微型传感器装置组成ad hoc微传感器节点，散布在一定的地理区域，协同工作，构成了一个无线传感器网络。无线传感器网络具有自组织、微型化和对外部世界的感知能力，综合了传 感器、嵌入式系统、通信和电源等多项新技术。无线传感器网络节点通常 由传感器、通信电路和数据处理电路构成，可以放置于工厂设备、农田或 战场等危险或人类不便到达的地方完成定位、测量、控制等多种功能，可 以在任何时候、任何地点通过数据的收集、处理、分析、散播提供一种崭 新的信息通道，使人们获得较为详细、可靠的信息，在工业控制与监测、 家庭、电子消费、国家安全、军事领域、交通管理、商业、智能农业、环 境监测、医疗健康监测、空间探索等领域有着潜在和广泛的应用需求。 无线传感器网络节点一般是静止不动的，并可能处在野外恶劣环境中，不 允许更换电池，因此，无线传感器网络节点的能源管理问题是延长无线网 络传感器应用寿命和降低成本的关键，成为无线传感器网络的研究的核心 问题之一，涉及到两个方面问题，即供能与耗能问题。因此，要解决无线 传感器网络节点的能源管理问题也必须从这两个方面进行深入细致的研究。目前，在解决耗能问题方面研究较多，例如为了有效利用现有能量资源， 延长网络的生命周期，研究各种优化的路由通信协议等。像所有生物系统 不可能只通过无限地降低自身消耗不补充能量而能够长久维持系统正常状 态一样，无线传感器网络节点也不可能仅靠各种优化降耗的方法使得节点 长期正常工作下去，当各种措施使得能耗已经降低到一定限度后，人们再 努力也将得不到更好的效果。因此，我们必须从能量供应的角度进行研究，采取有效的方法为无线网络传感器提供源源不断的能量供应。如同任何生 物系统都能够从周围环境中获取并储存能量那样，无线传感器网络节点也 可以从其所处环境中获取并储存能量，所以研究如何从环境中有效地采集 和储存能源能量的收集方法越来越受到研究者的重视。

基于无线传感网络的移动机器人通信研究

108 基于无线传感网络的移动机器人通信研究 彭 柳，方彦军 （武汉大学自动化系，湖北 武汉 430072） 【摘 要】文章对无线传感网络在机器人设计中的应用进行了研究，提出了一种基于Ad hoc网络的分布式无线令牌环协议的机器人通信系统实现方案，分析了其在机器人通信系统应用中的可行性。文中给出了基于无线传感网络的机器人通信系统的软硬件设计方案，并对其在移动机器人通信系统中的应用问题进行了探讨，最终提出了无线传感器网络应用于移动机器人通信系统的实现方法。 【关键词】无线传感网络；移动机器人；无线令牌环协议 【中图分类号】TN929.52 【文献标识码】A 【文章编号】1002-0802(2008)02-0108-03 Ｍｏｂｉｌｅ　Ｒｏｂｏｔｓ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｓｅｎｓｏｒ　Ｎｅｔｗｏｒｋｓ PENG Liu, FANG Yan-jun （Automatization Department, Wuhan University, Wuhan Hubei 430072, China） 【Abstract】In this paper the application of the wireless sensor networks in robot design is studied and a new mobile robots communication system based on Ad hoc networks and with distributed wireless token-ring protocol is proposed, and its feasibility is analyzed. This paper describes the implemetation of hardware and software design, which is based on the wireless sensor networks for communication system robots, then discusses the problems of the application on the communication system for mobile robots, finally advances the realization method of the wireless sensor networks applied in on the communication system for mobile robots. 【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ】ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｓｅｎｓｏｒ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ；ｍｏｂｉｌｅ　ｒｏｂｏｔｓ；ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｔｏｋｅｎ　ｒｉｎｇ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ 2008年第02期，第41卷 通 信 技 术 Vol.41，No.02,2008总第194期 Communications Technology No.194,Totally 收稿日期：2007-09-12。 作者简介：彭 柳（1983-），女，硕士研究生，主要研究方向为机器人与网络控制；方彦军（1957-），男，教授，博士生导师，主要研究方向为 网络控制，智能仪器，嵌入式系统，过程控制。 0 引言 无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)是由部属在监测区域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，可广泛应用于军事、工业、交通、环保等领域 [1-2] 。从2000年 起，各军事部门开展了一系列的研究工作，世界的一些知名机构陆续投入到这场抢占科研制高地的战役中 [3-4] ，中国 也在无线传感网络研究方面得到了一定的进步与发展[5-6] 。 文中提出在机器人上应用无线传感网络，解决多机器人协调与通信的问题。通过通讯系统，机器人可以传递外部或内部信息，完成诸如传感信息处理、路径规划等数据运算，同时还可以实现多个机器人之间的信息交互。考虑到机器人自规划、自组织、自适应能力强、所处地点不确定 的特点，基于无线传感网络的通信是实现自主机器人之间相互通信或者机器人与主控计算机之间通信的理想方式。 1 系统结构 每个机器人作为一个独立的部分时，为单个节点的执行系统，自身内部进行信息分析处理和控制，此部分由处理器、存储器构成，算法在内部集成。当多个自动机器人形成一个系统，各机器人之间可以协调通信时，在每个机器人上加入一个传感器模块，利用无线传感网络将节点联系起来，，形成一个局域无线传感网络。其结构如图1所示。在机器人协议上采用令牌环方式，每一时刻都有一个主控制机器人，其他为从机器人，服从主机器人的指令，直至令牌传递，更新主机器人。