无线传感网络能量有效负载均衡的多路径路由策略樊志平
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 ++++++??= ???
无线传感器网络的应用研究
1武警部队监控平台架构介绍与设计 1.1监控系统的系统结构 基站监控系统的结构组成如上图所示，主要由三个大的部分构成，分别是监控中心、监控站点、监控单元。整个系统从资金、功能以及方便维护性出发，我们采用了干点加节点方式的监控方法。 监控中心（SC）：SC的定义是指整个系统的中心枢纽点，控制整个分监控站，主要的功能是起管理作用和数据处理作用。一般只在市级包括（地、州）设置相应的监控中心，位置一般在武警部队的交换中心机房内或者指挥中心大楼内。 区域监控中心（SS）：又称分点监控站，主要是分散在各个更低等级的区县，主要功能是监控自己所负责辖区的所有基站。对于固话网络，区域监控中心的管辖范围为一个县/区；移动通信网络由于其组网不同于固话本地网，则相对弱化了这一级。区域监控中心SS的机房内的设备配置与SC的差不多，但是不同的是功能不同以及SS的等级低于SC,SS的功能主要是维护设备和监控。 监控单元（SU）：是整个监控系统中等级最低的单元了，它的功能就是监控并且起供电，传输等等作用，主要由SM和其他供电设备由若干监控模块、辅助设备构成。SU侧集成有无线传感网络微设备，比如定位设备或者光感，温感设备等等。 监控模块（SM）：SM是监控单元的组成部分之一，主要作用监控信息的采集功能以及传输，提供相应的通信接口，完成相关信息的上传于接收。
2监控系统的分级管理结构及监控中心功能 基站监控系统的组网分级如果从管理上来看，主要采用两级结构：CSC集中监控中心和现场监控单元。CSC主要设置在运营商的枢纽大楼，主要功能为数据处理，管理远程监控单元，对告警信息进行分类统计，可实现告警查询和存储的功能。一般管理员可以在CSC实现中心调度的功能，并将告警信息进行分发。而FSU一般针对具体的某一个基站，具体作用于如何采集数据参数并进行传输。CSC集中监控中心的需要对FSU采集的数据参数进行报表统计和分析，自动生产图表并为我们的客户提供直观，方便的可视化操作，为维护工作提供依据，维护管理者可以根据大量的分析数据和报表进行快速反应，以最快的速度发现网络的故障点和优先处理点，将人力资源使用在刀刃上。监控中心CSC系统的功能中，还有维护管理类，具体描述如下： 1）实时报警功能 该系统的报警功能是指发现机房里的各种故障后，通过声音，短信，主界面显示的方式及时的上报给操作者。当机房内的动力环境，空调，烟感，人体红外等等发生变量后，这些数据通过基站监控终端上传到BTS再到BSC。最后由数据库进行分类整理后存储到SQLSEVRER2000中。下面介绍主要的几种报警方式： 2)声音报警 基站发生告警后，系统采集后，会用声卡对不一样的告警类别发出对应的语音提示。比如：声音的设置有几种，主要是以鸣叫的长短来区分的。为便于引起现场维护人员的重视紧急告警可设置为长鸣，不重要的告警故障设置为短鸣。这样一来可以用声音区分故障的等级，比方某地市的中心交换机房内相关告警声音设置，它的开关电源柜当平均电流达到40AH的时候，提示声音设置为长鸣，并立即发生短信告警工单。如果在夜晚机房无人值守的情况下：
无线传感器网络安全技术综述
无线传感器网络安全技术综述 摘要：本文总结了无线传感器网络面临的安全问题，并从安全协议、安全算法、密钥管理、认证技术、入侵检测等方面分析了近年来无线传感器网络所用的安全技术。最后分析总结了无线传感器网络未来安全技术研究应该注意的地方。 关键词：安全问题协议算法认证技术入侵检测 1 引言 无线传感器网络在近些年来发展迅速，被认为是新一代的传感器网络，由于其体积小，成本低，功耗低，具有自组织网络，现已经广泛应用于军事、环境监测、交通管制、森林防火、目标定位、医疗保健、工业控制等场景[1]。 大多无线传感器网络节点被部署在无人值守或地方区域，传感器网络受到的安全威胁就变得更为突出，且由于传感器节点体积小，其储存开销、能量开销、通信开销都受到限制，所以传统无线网络的安全机制并不能完全的应用于无线传感器网络中。缺乏有效的安全机制已经成为传感器网络应用的主要障碍. 近些年来，随着无线传感器网络的发展，其安全技术也有了很大的进步。虽然传感器网络安全技术研究与传统网络有着很大的区别，但他们的出发点有相同的敌方，均需要解决信息机密性、完整性、消息认证、信息新鲜性、入侵检测等问题[2]，无线传感器网络的安全协议跟传统网络的安全协议有着其独特性也有其同性。国内外研究人员针对无线传感器网络安全协议、算法、密钥管理、认证技术、体系结构等方面都进行了大量的研究，取得了很多成果。本文将对这些已有的研究成果进行总结分析。 2 无线传感器网络安全概述 无线传感器网路安全要求是基于在传感器节点和网络本身条件限制而言的，如而节点的电池能量、睡眠模式、内存大小、传输半径、时间同步等。部署的环境也是网络安全问题的一个重要因素。 2.1网络受到的威胁和攻击 攻击是一种非法获取服务、信息，改变信息完整性，机密性的行为。无线传感
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
无线传感器网络研究报告现状及发展
无线传感器网络的研究现状及发展 默认分类 2008-06-12 18:19:20 阅读910 评论0 字号：大中小 摘要：无线传感器网络(WSN>综合了传感器技术、微电子机械系统(MEMS>嵌入式计算技术．分布式信息处理技术和无线通信技术，能够协作地实时感知、采集、处理和传输各种环境或监测对象的信息．具有十分广阔的应用前景，成为国内外学术界和工业界新的研究领域研究热点。本文简要介绍了无线传感器网络的网络结构、节点组成，分析了无线传感器网络的特点及其与现有网络的区别。进而介绍现有无线传感器网络中的MAC层技术、路由技术、节点技术和跨层设计等关键技术。最后展望无线传俄器网络的应用和发展并指出关键技术的进步将起到决定性的促进作用。 关键词：无线传感器网络节点 MAC层路由协议跨层设计 Abstract: Wireless sensor network (WSN> is integration of sensor techniques, Micro-Electro-Mechanical Systems, embedded computation techniques, distributed computation techniques and wireless communication technique. They can be used for sensing, collecting, processing and transferring information of monitored objects for users. As a new research area and interest hotspot of academia and industries, Wireless Sensor Network(WSN> has a wide application future. This paper briefly introduced the wireless sensor network of networks, nodes, the analysis of the characteristics of wireless sensor networks and the differences wih the existing networks. And the MAC layer technology, routing technology, joint cross-layer design technology and key technology are introduced . At last the prospects of wireless sensor network are discussed in this article. Key Words: Wireless Sensor Network, node, MAC, routing protocol, Cross-layer design 一、概述 随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的发展进步，包括微电子机械系统 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; 无线传感器网络综述 李烨张旗黄晓霞 摘要随着“感知中国”、“智慧地球”等战略性的课题提出,无线传感网络的核心技术与标准将成为各国争相研究的热点。在无线传感网络中,低功耗是最核心的问题。本文以降低节点的通信能耗和延长网络寿命为出发点,阐明了通信OSI模型中物理层、数据链路层、网络层以及传输层的低功耗策略与方法。 1 引言 无线自组织传感器网络被认为是新世纪最重要的技术之一。无线传感器网络应用前景非常广阔,能够广泛应用于军事、环境监测和预报、健康护理、智能家居、建筑物状态监控、城市交通、大型车间和仓库管理,以及机场、大型工业园区的安全监测等领域。随着“感知中国”、“智慧地球”等国家战略性的课题提出,传感器网络技术的发展对整个国家的社会与经济,甚至人类未来的生活方式都将产生重大意义。最近二十年间,以互联网为代表的计算机网络技术给世界带来了深刻变化,然而,网络功能再强大,网络世界再丰富,终究是虚拟的,与现实世界还是相隔的。互联网必须与传感网络相结合,才能与现实世界相联系。集成了传感器、微机电系统和网络三大技术的新型传感网络(又称物联网,是一种全新的信息获取和处理技术,其目的是让物品与网络连接,使之能被感知、方便识别和管理。物联网用途广泛,遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康等多个领域。物联网被称为继计算机、互联网之后,世界信息产业的第三次浪潮。业内专家认为,物联网一方面可以提高经济效益,大大节约成本;另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。目前,美国、欧盟、中国等都在投入巨资深入研究探索物联网。我国高度关注与重视物联网的研究,工业和信息化部会同有 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 计算机研究与发展 ISSN 100021239ΠCN 1121777ΠTP Journal of Computer Research and Development 45(1):1～15,2008 收稿日期:2007-11-08 基金项目:国家“九七三”重点基础研究发展规划基金项目(2006CB303000);国家自然科学基金重点项目(60533110);国家自然科学基金项 目(60473075);国家教育部新世纪优秀人才支持计划基金项目(NCET 20520333) 无线传感器网络的研究进展 李建中 高 宏 (哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院 哈尔滨 150001)(lijzh @hit 1edu 1cn ) Survey on Sensor N et work R esearch Li Jianzhong and G ao Hong (School of Com puter Science and Technology ,Harbin Institute of Technology ,Harbin 150001) Abstract Recent advances in sensing techniques ,embedded computing techniques ,distributed information processing techniques and communication techniques have enabled the development of wireless sensor net 2works 1As there is a bright future in their application ,wireless sensor networks have become a new research area in the 21century 1There are large numbers of challenge problems in science and engineering in the wireless sensor network area 1Since 2000,more and more researchers have been engaged in the research work on wireless sensor networks and a lot of research results have already been obtained 1Suiveyed in this paper is the research work on wireless sensor networks ,including the wireless sensor network communica 2tion techniques ,infrastructure techniques ,middleware techniques ,data management techniques ,sensor node and embedded software techniques 1The existing problems in the current research work and the new research issues are also discussed 1At the end of the paper ,many significant references are listed for the re 2searchers 1 K ey w ords sensor node ;sensor network ;communication protocol ;infrastructure ;middleware ;data man 2agement 摘 要 随着传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术的迅速发展,无线传感器网 络应运而生1由于无线传感器网络的广阔应用前景,它已经成为21世纪的一个新研究领域,在基础理论和工程技术两个层面向科技工作者提出了大量挑战性问题1从2000年开始,国内外无线传感器网络的研究日趋热烈,取得了大量研究成果1从无线传感器网络的网络通信技术、基础设施技术、中间件技术、数据管理技术、节点及其嵌入式软件技术等5个方面系统综述了无线传感器网络的研究进展,讨论目前存在的问题和需要进一步研究的方向,并提供了广泛的参考文献1 关键词 传感器节点;传感器网络;通信协议;基础设施;中间件;数据管理中图法分类号 TP393 随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟,人们研制出了各种具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器1由许多微型传感器构成的无线传感器网络(WSN )引起了人们的极大关注1WSN 综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术,能够协作实时监测、感知、采集网络分布区域内的各种环 境或监测对象的信息,并对这些信息进行处理,获得 详尽准确的信息,传送到需要这些信息的用户1WSN 可以使人们在任何时间、地点和任何环境条件 下获取大量详实可靠的物理世界的信息,并可以被广泛应用于国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐抗灾等领域1WSN 是信息感知和采集的一场革命,在新一代网络中具有 多媒体传感器网络综述 摘要：随着监测环境的日趋复杂多变，无线多媒体传感器网络应运而生，作为一种全新的信息获取和处理技术，多媒体传感器网络较之传统传感器网络更多地关注于音频、视频、图像等大数据量、大信息量媒体的采集与处理,在军事、民用及商业领域中具有广阔的应用前景。 关键词：多媒体传感器网络体系结构特点关键技术 0.引言 随着监测环境的日趋复杂多变，传统无线传感器网络所获取的简单数据愈加不能满足人们对环境监测的全面需求，迫切需要将信息量丰富的图像、音频、视频等媒体引入到以传感器网络为基础的环境监测活动中来，实现细粒度、精准信息的环境监测。由此，无线多媒体传感器网络(wireless multimedia sensor networks，WMSNs)应运而生[1]。 多媒体传感器网络是由一组具有计算、存储和通信能力的多媒体传感器节点组成的分布式感知网络，它借助于节点上多媒体传感器感知所在周边环境的多种媒体信息(音频、视频、图像、数值等)，通过多跳中继方式将数据传到信息汇聚中心，汇聚中心对监测数据进行分析，实现全面而有效的环境监测[2]。 1.多媒体传感器网络体系结构 一个典型的多媒体传感器网络通常由多媒体传感器节点(multimedia sensor)、汇聚节点(sink node)、控制中心(control center)等。 多媒体传感器节点散布在指定的感知区域内。其采集的数据沿着其他多媒体传感器节点逐跳进行传输，经过“多跳”路由传送节点，最后通过Internet网络或通信卫星到达控制中心。用户通过控制中心对传感器网络进行配置和管理。发布监测任务以监测数据，如图l所示[2, 3]。 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。 无线传感器研究背景目的意义及现状与发展趋势1研究背景 随着无线技术的快速发展和日趋成熟，无线通信也发展到一定的阶段，其发展的技术越来越成熟，方向也越来越多，越来越重要，大量的应用方案开始采用无线技术进行数据采集和通信。 微机电系统和低功耗高集成数字设备的发展，使得低成本、低功耗、小体积的传感器节点得以实现。这样的节点配合各类型的传感器，可组成无线传感器网络（WSN）。无线传感网络是一种开创了新的应用领域的新兴概念和技术。广泛应用于战场监视、大规模环境监测和大区域内的目标追踪等领域。传感技术、传感网络已经被认定为最重要的研究之一。因为无线传感器网络节点一般采用电池供电，工作环境通常比较恶劣，而且数量大、更换非常困难，所以低功耗是无线传感器网络最重要的设计准则之一，因此，它迫切需要对传统的嵌入式应用开发进行更新和改进，需要精心设计的软硬件系统，以使其可靠而耐用。 2003年,美国《技术评论》杂志论述未来新兴十大技术时,WSN被列为第一;美国《今日防务》杂志更认为WSN的应用和发展将引起一场划时代的军事技术革命和未来战争的变革。可以预测,WSN是信息感知和采集的一场革命,是21世纪最重要的技术之一[2] 。低功耗无线传感模块，便是组成无线传感网络的节点。 此方面的研究由来已久，是计算机应用的扩展，采用了大规模集成电路和嵌入式技术，使用智能微处理器对采集到的信息进行处理和加工。现已广泛应用于社会建设的各个层面和人们的日常生活当中。但过去的研究有的只考虑低功耗而性能不高，有的性能高但是功耗太大。 因此，在无线传感技术应用如此广泛的今天，在保证无线传感模块性能的同时又能实现其低功耗具有一定的理论和现实意义。 2研究目的及意义 2.1研究目的 无线传感器网络综述 李烨 张旗 黄晓霞 摘?要?随着“感知中国”、“智慧地球”等战略性的课题提出，无线传感网络的核心技术与标准将成为各国争相研究的热点。在无线传感网络中，低功耗是最核心的问题。本文以降低节点的通信能耗和延长网络寿命为出发点，阐明了通信OSI模型中物理层、数据链路层、网络层以及传输层的低功耗策略与方法。 ? 1?引言 无线自组织传感器网络被认为是新世纪最重要的技术之一。无线传感器网络应用前景非常广阔，能够广泛应用于军事、环境监测和预报、健康护理、智能家居、建筑物状态监控、城市交通、大型车间和仓库管理，以及机场、大型工业园区的安全监测等领域。随着“感知中国”、“智慧地球”等国家战略性的课题提出，传感器网络技术的发展对整个国家的社会与经济，甚至人类未来的生活方式都将产生重大意义。 最近二十年间，以互联网为代表的计算机网络技术给世界带来了深刻变化，然而，网络功能再强大，网络世界再丰富，终究是虚拟的，与现实世界还是相隔的。互联网必须与传感网络相结合，才能与现实世界相联系。集成了传感器、微机电系统和网络三大技术的新型传感网络(又称物联网)，是一种全新的信息获取和处理技术，其目的是让物品与网络连接，使之能被感知、方便识别和管理。物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康等多个领域。物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。业内专家认为，物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本；另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。目前，美国、欧盟、中国等都在投入巨资深入研究探索物联网。我国高度关注与重视物联网的研究，工业和信息化部会同有关部门，在新一代信息技术方面正在开展研究，以形成支持新一代信息技术发展的政策措施。2009年8月7日，温家宝总理在江苏无锡调研时，对微纳传感器研发中心予以高度关注。温家宝总理指出“在传感网发展中，要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术”，“在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展”，“尽快建立中国的传感信息中心，或者叫‘感知中国’中心”。 随着美国“智慧地球”计划的提出，物联网已成为各国综合国力较量的重要因素。美国将新型传感网技术列为“在经济繁荣和国防安全两方面至关重要的技术”。加拿大、英国、德国、芬兰、意大利、日本和韩国等加入传感网的研究，欧盟将传感网技术作为优先发展的重点领域之一。据Forrester等权威机构预测，下一个万亿级的通信业务将是传感网产业，到2020年，物物互联业务与现有人人互联业务之比将达到30:1。 图1?物联网示例图 在物联网这个全新产业中，我国的技术研发水平处于世界前列，具有重大的影响力。“与计算机、互联网产业不同，中国在‘物联网’领域享有国际话语权！”早在1999年，中科院就启动了传感网研究，由其提出的传感网络体系架构、标准体系、演进路线、协同架构等代表传感网络发展方向的顶层设计已被ISO/IEC国际标准认可。目前，我国传感网络研究已形成以应用为驱动的特色发展路线，在技术、标准、产业、规模和应用与服务等方面进入了世界领先 《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) 无线传感器网络研究 近年来, 随着微机电子系统(MEMS) 技术、无线通信技术及数字电子技术的迅速发展, 出现了低成本、低功耗、多功能、体积微小的传感器节点。这种微传感节点由传感单元、数据处理单元、通信单元和便携式电源组成, 能完成数据采集、信号监测和传送信息的任务。随着传感器技术和通信技术的发展, 提出了无线传感器网络技术, 因为其应用的广泛性而得到高度重视。无线传感器网络是由一组传感器节点通过无线介质连接构成的无线网络, 它采用Ad hoc方式部署大量微型的智能传感节点, 通过节点的协同工作采集和处理网络覆盖区域中的目标信息。微传感和无线的概念使得无线传感器网络中的传感器节点能运用于更多的领域, 包括军事、医疗保健、家居以及其他的商业领域, 并且有可能会应用于太空探索、化学处理和灾难救助。可以说无线传感器网络是信息感知和采集的一场革命, 是21世纪最重要的技术之一。 1.1 无线传感器网络及其应用现状 本节对无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)的体系结构、特点、国内外研究现状及应用等进行简单介绍。 1.1.1 无线传感器网络的体系结构 无线传感器网络系统通常包括传感器节点(sensor node)、汇聚节点(sink node)和管理节点。大量传感器节点部署在监测区域内，通过自组织方式构成网络。传感器网络的节点可以随机或者特定地布置在目标环境中，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。 这一技术已经应用到国防军事、动物的习性观测、材料结构健康监测、交通管理、医疗卫生、灾害监测等领域[6]。 传感器节点通常是一个微型的嵌入式系统，它是由传感器模块、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1-2所示。传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换；处理器模块负责控制整个传感器节点的操作，存储和处理本身采集的数据以及其它节点发来的数据；无线通信模块负责与其他传感器节 无线传感器网络发展现状研究 引言 近年来，由于微电子技术、计算技术和无线通信技术的进步，使得大量低功耗、多功能、低成本的无线传感器问世，由多个传感器共同构成的网络系统吸引了大量学者的兴趣。无线传感器网络(WSN)就是在监测区域内布置大量具有信息采集、数据处理及无线通信能力的节点，整体形成一个多跳自组织网络系统，共同完成某些功能，在环境监测、交通运输、医疗等领域的科学研究中得到广泛应用。 无线传感器网络的传感器节点通常配备一个或多个不同类型的传感器，用于完成不同物理数据的采集。同时节点上还配置有微处理器、存储器、电源、射频收发器和执行器等。与传统的传感器网络不同，WSN体积小，价格便宜，因而节点的能量(如存储空间、计算能力、通信带宽、通信范围等)相对较弱。此外，WSN节点常常由电池供电，并且常常工作于恶劣的环境甚至是敌方区域，不能提供电池补给或更换，因而电源也是约束传感器节点的一个重要因素。节点通常由无线通信设备通过多跳的方式将数据发送到基站，再由基站传送到指挥中心。 WSN领域的研究目标是满足上述约束条件的同时完成指定任务。引入新的设计理念，开发或改进现有的协议，开创新的应用领域，开发新的算法，都成为WSN研究热点。本文总结了近年来WSN关键支持技术新的协议、算法以及应用。 1 无线传感器网络的应用 无线传感器网络由许多不同类型的节点(如地震、低采样率电磁传感器、温度、视觉、红外声音和雷达等)构成。WSN的应用，可以分为监测和追踪两类。监测应用包括室外室内环境监测、健康状况监测、库存监测、工厂生产过程自动化、自然环境监测等方面。跟踪的应用有目标跟踪、动物跟踪、汽车跟踪、人的跟踪等。 1．1 公共卫生 WSN可用于残疾人监测、病人监测、诊断、医院药品管理系统。C．R．Badker等人指出，在公共卫生医疗监测中应用WSN能提高现有卫生和病人监测状况。文中提出了4种应用原型：婴儿监测、提醒聋人、血压监测与追踪、消防员身体特征信号监测。这些原型采用了SHIMME 和T-mote节点。 每年很多婴儿死于婴儿猝死症(SIDS)，睡眠安全原型则是设计用于监测监视婴儿睡觉状态。用传感器监测婴儿的睡姿，一旦婴儿俯卧就及时提醒家长。SHIMMER节点中有一个重力三轴加速度计，用于监测婴儿相对位置。T—Mote节点则将该数据发送到基站，根据检测值和设定值的比较判断婴儿的睡姿。Baby Glove原型设计用于监测婴儿的生命体征如温度、水合程度以及脉搏。Fireline是一种无线心率监测系统，用于消防员火灾救援过程中实时心率和压力异常监测。Heart@Home是一种无线血压监测和跟踪系统。除此之外，Listen采集环境中的音频信息，从而提醒听力受损的人。 1．2 工业应用 石油冶炼工厂中安装的WSN由4个监测节点和一个执行节点组成，可以降低成本，提高效率。监测节点将数据包通过以太网发送给计算单元，再由计算单元将结果发送到分布式控制系统中。控制系统向执行节点发送指令，完成整个控制过程。该试验测试了网络噪声对RSSI 和LQI的影响，结果表明工业环境中的噪声对WSN的性能有很大的影响。 WSN也用于半导体制造工厂和油轮的设备维护和监测。传感器节点通过采集振动信号来预测设备的故障，这有利于设备的维护和保养。 1．3 环境应用 传感器网络的应用包括跟踪生物，如鸟类、小动物和昆虫的迁移，监测影响农作物和庄 中南大学 信息科学与工程学院物联网无线传感器网络实验报告 班级：物联网 学号： 姓名： 指导老师：刘伟荣 实验时间： 2014年4月11日 目录 实验一基础实验(LED实验) ..................................................................................................................... - 1 - 1.1实验目的.................................................................................................................................................. - 1 - 1.2实验设备及工具.................................................................................................................................... - 2 - 1.3实验原理.................................................................................................................................................. - 2 - 1.4 实验步骤及结果.................................................................................................................................... - 5 - 实验二射频实验.......................................................................................................................................... - 6 - 2.1 实验目的.................................................................................................................................................. - 6 - 2.2 实验内容.................................................................................................................................................. - 6 - 2.3 实验设备及工具.................................................................................................................................... - 6 - 2.4 实验原理.................................................................................................................................................. - 7 - 2.5 实验步骤.................................................................................................................................................. - 8 - 2.6 实验数据分析及结论 .......................................................................................................................... - 9 - 实验三 Zstack组网实验.......................................................................................................................... - 10 - 3.1 实验目的................................................................................................................................................ - 10 - 3.2 实验内容................................................................................................................................................ - 10 - 3.3 预备知识................................................................................................................................................ - 11 - 3.4 实验设备及工具.................................................................................................................................. - 11 - 3.5 实验原理................................................................................................................................................ - 11 - 3.6 实验步骤................................................................................................................................................ - 16 - 3.7 实验数据分析及结论 ........................................................................................................................ - 17 - 实验四综合实验(传感器网络) .............................................................................................................. - 17 - 4.1 智能网关程序设计............................................................................................................................. - 18 - 4.2 Android 用户控制程序设计............................................................................................................ - 19 - 4.3 Zigbee 节点控制程序设计.............................................................................................................. - 29 - 4.4 平台控制操作 ...................................................................................................................................... - 33 - 实验一基础实验(LED实验) 1.1实验目的湖南大学无线传感器网络实验报告DV-HOP
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