现代网络传感器技术及其应用

现代网络传感器技术及其应用
现代网络传感器技术及其应用

现代网络传感器技术及其应用

1 网络传感器的原理及结构

1.1 网络传感器的概念和结构

传统分布式传感器网络自动监控系统结构如图1所示,测控装置中的微处理器(MCU)监控各个传感器所采集的数据,并将数据进行简单的处理后与上位机完成通信。网络传感器的硬件组成一般包括五部分,分别是传感器、信息处理器、储存器、收发器及电源。此系统的效率依赖于MCU,若MCU发生故障,则微机处理系统不能收到系统内各个传感器的数据。从而影响整个系统的稳定性和可靠性。将一种通用的数据采集模块与传统的传感器相连,可以满足各种系统的使用,从而构成了适合于监测用的不同形式的网络传感器。网络传感器即传感器网络监测系统,主要硬件由敏感元件、转换元件、信号调理、微处理器及数据通信模块等实现,而软件部分则包括数据处理和相应网络控制软件组成,底层的敏感元件既有传统传感器,如电阻传感器、光敏传感器、温度传感器、压敏传感器等,也有各类新型的智能传感器。总而言之,大量的各类传感器以自组织和多跳形式组成了网络传感器,通过网络和软件的协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的各类信息,并报告用户。

网络传感器一般分为有线和无线两大类。有线网络传感器技术主要体现在传感器的传统应用与拓展和总线技术相结合的方面,所有信号均通过有线传播;而无线传感器网络则是一种通过无线通信传递信息的传感器技术。

1.2 网络传感器的功能

网络传感器结构复杂,功能众多,但其重要功能包含以下三点:(1)网络传感器可以实施远程采集信息数据,并进行分类储存和应用。例如在某地采集的数据通过传输系统传送到远处的各个用户中心,或者先将数据储存起来以便后续调用。

(2)传感器网络上的各个用户可以在远程对同一目标过程进行监控。例如,一个项目各个部门可以同时在相距遥远的各地测量、监控同一生产过程,不必亲临现场便可实时收集各方面的数据,通过建立数据库进行分析,大大提高了工作效率。

(3)不同任务的传感器、仪器仪表与计算机组成网络后,可凭借智能化软、硬件,灵活调用各种计算机、仪器仪表和传感器各自的资源特性和潜力,区别不同时空条件对象的类别特征,测出临界值并做不同的特征响应,完成各种形式、各种要求的任务。

2 网络传感器的信息交换体系

由于计算机和相关硬件只能识别数字信号,所以网络传感器的运行需要传感器的信号数字化,即将采集的模拟信号转换成数字信号,并与网络上的计算机和仪器仪表进行信息交换。而传感器网络系统的信息交换体系涉及协议、总线、器件标准总线、复合传输、隐藏和数据链接控制等。

协议是传感器为保证各分布式系统之间进行信息交换而制定的一套规则或协定,在选择一套体系的协议时必须考虑传感器网络体系的功能和使用的硬件、软件和所处环境等情况。总线是网络传感器上各分布式系统之间进行信息交换,并与外部设备进行信息交换的电路设备,总线的输入输出接口一般分为串行和并行两种形式,并行在传感器网络中不经常使用。器件标准总线是指把控制元件(传感器、执行器)连接起来的电路元件。复合传输是指若干个信息源结合起来通过同一通道进行传输,传输到用户时再进行信息分离工作,可以在一定程度上提高网络传感器的工作效率。隐藏是在限定时间内确保最高优先级的信息进入进行传送,从而使一个确定性系统可以预见信号的未来行动。数据链接控制是将用户所有通信要求组装成以帧为单位的串行数据进行的传送执行协议。

3 网络传感器测控系统体系结构

网络传感器的布局结构形式多种多样,既有使全部互连形式的分布式传感器网络系统,也有多个传感器和一台计算机或单片机组成的

无线传感器网络技术试题

1. 传感器网络的三个基本要素:传感器、感知对象、用户(观察者) 2. 传感器网络的基本功能:协作式的感知、数据采集、数据处理、发布感知信息 3. 无线传感器节点的基本功能:采集数据、数据处理、控制、通信 4. 传感节点中处理部件用于协调节点各个部分的工作的部件。 5. 基站节点不属于传感器节点的组成部分 6. 定向扩散路由机制可以分为三个阶段:兴趣扩展阶段、梯度建立阶段、路径加强阶段 7. 无线传感器网络特点:大规模网络、自组织网络、可靠的网络、以数据为中心的网络、应用相关的网络 8. NTP时间同步协议不是传感器网络的的时间同步机制。 9. IEEE 802.15.4标准主要包括:物理层。介质访问控制层 10. 从用户的角度看,汇聚节点被称为网关节点。 11. 数据融合的内容主要包括:多传感器的目标探测、数据关联、跟踪与识别、情况评估和预测 13. 传感器网络的电源节能方法:_休眠(技术)机制、__数据融合 14. 分布式系统协同工作的基础是时间同步机制 15. 无线网络可以被分为有基础设施的网络与没有基础设施的网络,在无线传感器网络,Internet 网络,WLan 网络,拨号网络中,无线传感器网络属于没有基础设施的网络。 16. 传感器网络中,MAC层与物理层采用的是IEEE制定的IEEE 802.15协议 17. 分级结构的传感器网络可以解决平面结构的拥塞问题 18. 以数据为中心特点是传感器网络的组网特点,但不是Ad-Hoc的组网特点 19. 为了确保目标节点在发送ACK过程中不与其它节点发生冲突,目标节点使用了SIFS帧间间隔 20. 典型的基于竞争的MAC协议为CSMA

无线传感器网络技术与应用现状的研究毕业论文 精品

1 绪论 1.1 课题背景和研究意义 无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术等多种先进技术。其主体是集成化微型传感器,这些微型传感器具有无线通信、数据采集和处理、协同合作的功能。无线传感器网络就是由成千上万的传感器节点通过自组织方式构成的网络,它通过这些传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,通过嵌入式系统对信息进行处理,并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到用户终端,使用户完全掌握监测区域的情况并做出反应[1]。 无线传感器网络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,所以传感器网络非常适合应用于恶劣的战场环境,包括监控我军兵力、装备和物资状态;监视冲突区域,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、生物及化学攻击等。在战场上,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数据处理中心,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。也可以更隐蔽的方式近距离地观察敌方的布防,或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有利于作战的信息。在生物和化学战中,利用传感器网络,可及时、准确地探测爆炸中心,这会为我军提供宝贵的反应时间,从而最大可能地减小伤亡。 无线传感器网络是继因特网之后,将对21世纪人类生活方式产生重大影响的IT 热点技术。如果说因特网改变了人与人之间交流、沟通的方式,那么无线传感器网络则将逻辑上的信息世界与真实物理世界融合在一起,将改变人与自然交互的方式[2][3]。无线传感器网络是新兴的下一代传感器网络,最早的代表性论述出现在1999年,题为“传感器走向无线时代”。随后在美国的移动计算和网络国际会议上,提出了无线传感器网络是下一个世纪面临的发展机遇。2003年,美国《技术评论》杂志论述未来新兴十大技术时,无线传感器网络被列为第一项未来新兴技术。同年,美国《商业周刊》又在其“未来技术专版”中发表文章指出,传感器网络是全球未来四大高技术产业之一,将掀起新的的产业浪潮。美国《今日防务》杂志更认为无线传感器网络的应用和发展,将引起一场划时代的军事技术革命和未来战争的变

传感器原理及应用

温度传感器的应用及原理 温度测量应用非常广泛,不仅生产工艺需要温度控制,有些电子产品还需对它们自身的温度进行测量,如计算机要监控CPU的温度,马达控制器要知道功率驱动IC的温度等等,下面介绍几种常用的温度传感器。 温度是实际应用中经常需要测试的参数,从钢铁制造到半导体生产,很多工艺都要依靠温度来实现,温度传感器是应用系统与现实世界之间的桥梁。本文对不同的温度传感器进行简要概述,并介绍与电路系统之间的接口。 热敏电阻器 用来测量温度的传感器种类很多,热敏电阻器就是其中之一。许多热敏电阻具有负温度系数(NTC),也就是说温度下降时它的电阻值会升高。在所有被动式温度传感器中,热敏电阻的灵敏度(即温度每变化一度时电阻的变化)最高,但热敏电阻的电阻/温度曲线是非线性的。表1是一个典型的NTC热敏电阻器性能参数。 这些数据是对Vishay-Dale热敏电阻进行量测得到的,但它也代表了NTC热敏电阻的总体情况。其中电阻值以一个比率形式给出(R/R25),该比率表示当前温度下的阻值与25℃时的阻值之比,通常同一系列的热敏电阻器具有类似的特性和相同电阻/温度曲线。以表1中的热敏电阻系列为例,25℃时阻值为10KΩ的电阻,在0℃时电阻为28.1KΩ,60℃时电阻为4.086KΩ;与此类似,25℃时电阻为5KΩ的热敏电阻在0℃时电阻则为 14.050KΩ。 图1是热敏电阻的温度曲线,可以看到电阻/温度曲线是非线性的。

虽然这里的热敏电阻数据以10℃为增量,但有些热敏电阻可以以5℃甚至1℃为增量。如果想要知道两点之间某一温度下的阻值,可以用这个曲线来估计,也可以直接计算出电阻值,计算公式如下: 这里T指开氏绝对温度,A、B、C、D是常数,根据热敏电阻的特性而各有不同,这些参数由热敏电阻的制造商提供。 热敏电阻一般有一个误差范围,用来规定样品之间的一致性。根据使用的材料不同,误差值通常在1%至10%之间。有些热敏电阻设计成应用时可以互换,用于不能进行现场调节的场合,例如一台仪器,用户或现场工程师只能更换热敏电阻而无法进行校准,这种热敏电阻比普通的精度要高很多,也要贵得多。 图2是利用热敏电阻测量温度的典型电路。电阻R1将热敏电阻的电压拉升到参考电压,一般它与ADC的参考电压一致,因此如果ADC的参考电压是5V,Vref 也将是5V。热敏电阻和电阻串联产生分压,其阻值变化使得节点处的电压也产生变化,该电路的精度取决于热敏电阻和电阻的误差以及参考电压的精度。

无线传感器网络的应用与影响因素分析

无线传感器网络的应用与影响因素分析 摘要:无线传感器网络在信息传输、采集、处理方面的能力非常强。最初,由于军事方面的需要,无线传感网络不断发展,传感器网络技术不断进步,其应用的范围也日益广泛,已从军事防御领域扩展以及普及到社会生活的各个方面。本文全面描述了无线传感器网络的发展过程、研究领域的现状和影响传感器应用的若干因素。关键词:无线传感器网络;传感器节点;限制因素 applications of wireless sensor networks and influencing factors analysis liu peng (college of computer science,yangtze university,jingzhou434023,china) abstract:wireless sensor networks in the transmission of informa- tion,collecting,processing capacity is very strong.initially,due to the needs of the military aspects of wireless sensor networks,the continuous development of sensor network technology continues to progress its increasingly wide range of applications,from military defense field to expand and spread to various aspects of social life.a comprehensive description of the development

无线传感器网络原理及方法复习题

1.简述无线网络介质访问控制方法CSMA/CA的工作原理 CSMA/CA机制: 当某个站点(源站点)有数据帧要发送时,检测信道。若信道空闲,且在DIFS时间内一直空闲,则发送这个数据帧。发送结束后,源站点等待接收ACK确认帧。如果目的站点接收到正确的数据帧,还需要等待SIFS时间,然后向源站点发送ACK确认帧。若源站点在规定的时间内接收到ACK确认帧,则说明没有发生冲突,这一帧发送成功。否则执行退避算法。 2.802.11无线LAN提供的服务有哪些? ?802.11规定每个遵从该标准的无线局域网必须提供9种服务,这些服务分为两类,5种分布式服务和4种站服务。 分布式服务涉及到对单元(cell)的成员关系的管理,并且会与其它单元中的站点进行交互。由AP提供的5种服务将移动节点与AP关联起来,或者将它们与AP解除关联。 ?⑴建立关联:当移动站点进入一个新的单元后,立即通告它的身份与能力。能力包括支持的数据速率、需要PCF服务和功率管理需求等。 AP可以接受或拒绝移动站点的加入。如果移动站点被接受,它必须证明它自己的身份。 ?⑵解除关联。无论是AP还是站点都可以主动解除关联,从而中止它们之间的关系?⑶重建关联。站点可以使用该服务来改变它的首选AP 。 ?⑷分发。该服务决定如何将发送到AP的帧发送出去。如果目的站在同一个AP下,帧可以被直接发送出去,否则必须通过有线网络转发。 ?⑸集成。如果一个帧需要通过一个非802.11网络(具有不同的编址方案或帧格式)传输,该服务可将802.11格式转换成目的网络要求的格式 站服务4种站服务用于管理单元内的活动。 ?⑴身份认证。当移动站点与AP建立了关联后, AP会向移动站点发送一个质询帧,看它是否知道以前分配给它的密钥;移动站点用自己所知道的密钥加密质询帧,然后发回给AP ,就可以证明它是知道密钥的;如果AP检验正确,则该移动站点就会被正式加入到单元中。 ?⑵解除认证。一个以前经过认证的站想要离开网络时,需要解除认证。 ?⑶保密。处理加密和解密,加密算法为RC4。 ⑷数据传递。提供了一种数据传送和接收方法 3.简述无线传感器网络系统工作过程 无线传感器网络(WSN)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,目的是协作地采集、处理和传输网络覆盖地域内感知对象的监测信息,并报告给用户 4.为什么无线传感器网络需要时间同步,简述RBS、TPSN时间同步算法工作原理? 在分布式的无线传感器网络应用中,每个传感器节点都有自己的本地时钟。不同节点的晶体振荡器频率存在偏差,以及湿度和电磁波的干扰等都会造成网络节点之间的运行时间偏差, RBS同步协议的基本思想是多个节点接收同一个同步信号,然后多个收到同步信号的节点之间进行同步。这种同步算法消除了同步信号发送一方的时间不确定性。这种同步协议的缺点是协议开销大

传感器原理与工程应用考试题库

传感器原理与工程应用习题 一、单项选择题 1、在整个测量过程中,如果影响和决定误差大小的全部因素(条件)始终保持不变,对同一 被测量进行多次重复测量,这样的测量称为( C ) A.组合测量 B.静态测量 C.等精度测量 D.零位式测量 1.1在直流电路中使用电流表和电压表测量负载功率的测量方法属于( B )。 A. 直接测量 B. 间接测量 C. 组合测量 D. 等精度测量 2、1属于传感器动态特性指标的是( B ) A.重复性 B.固有频率 C.灵敏度 D.漂移 2.1不属于传感器静态特性指标的是( B ) A.重复性 B.固有频率 C.灵敏度 D.漂移 2.2 以下那一项不属于电路参量式传感器的基本形式的是( D )。 A.电阻式 B.电感式 C.电容式 D.电压式 2.2传感器的主要功能是( A )。 A. 检测和转换 B. 滤波和放大 C. 调制和解调 D. 传输和显示 3.电阻式传感器是将被测量的变化转换成( B )变化的传感器。 A.电子 B.电压 C.电感 D.电阻 3.1电阻应变片配用的测量电路中,为了克服分布电容的影响,多采用( D )。 A.直流平衡电桥 B.直流不平衡电桥 C.交流平衡电桥D.交流不平衡电桥 3.2电阻应变片的初始电阻数值有多种,其中用的最多的是( B )。 A、60Ω B、120Ω C、200Ω D、350Ω 3.3电阻应变片式传感器一般不能用来测量下列那些量( D ) A、位移B、压力C、加速度D、电流 3.4直流电桥的平衡条件为( B ) A.相邻桥臂阻值乘积相等 B.相对桥臂阻值乘积相等 C.相对桥臂阻值比值相等 D.相邻桥臂阻值之和相等 3.5全桥差动电路的电压灵敏度是单臂工作时的( C )。

无线传感器网络的应用

2012年第08 期 0.引言 随着传感器技术、微电子技术、嵌入式计算技术和通信技术等几种技术的融合和汇聚,具有感知信息、数据处理、存储和通信能力的微型传感器被应用于国防军事、工业生产、环境监测等多个领域。无线传感器网络(Wireless Sensor Networks ,WSN)是由一组稠密布置的微型传感器组成的无线自组织网络,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域内感知对象的信息,并发布给观察者。相对于有线传感器网络而言,无线传感器网络具有成本低、应用灵活、部署快速等优点,具有很大的应用空间。无线传感器网络已在军事、安全、环境、工业、交通、健康和家居等领域,有着广泛的应用。 1.无线传感器网络的体系结构及特点 1.1无线传感器网络的结构 无线传感器网络由大量集传感与驱动控制、计算存储、通信于一 体的的嵌入式传感器节点构成。这些传感器节点通常包括传感器节点、网络协调器节点和应用管理器节点。应用时,传感器节点分布在不同的角落,采集节点周边的温度、湿度、光强度、噪声、压力、速度等物理信息,各传感器节点将采集到的信息发送给特定的对象。图1为无线传感器网络的结构。 图1无线传感器网络结构 传感器节点具有信息采集和处理的能力,是由传感器模块、数据处理模块和无线通信模块组成的微系统。传感器模块负责采集外界环境的物理信息并将物理信号转换为数字信号;数据处理模块对数字信号进行编码等处理;无线通信模块负责将信息传送到网络中。传感器节点实质是以自组织的形式构成无线网络。网络协调器节点具有信息处理能力和网络管理能力,实现传感器节点与应用管理器节点之间信息的交换。应用管理器节点是用户于传感器网络的接口。用户通过应用管理器节点实现处理无线传感器网络采集到的信息和向无线传感器网络发布应用指令的交互。 1.2无线传感器的特点 无线传感器网络能够得到广泛的应用,因其具有以下特点:1.2.1节点规模大、节点体积小 无线传感器网络中传感器节点密度高,数量巨大,可能达到几百、几千万,甚至更多。体积小是无线传感器网络节点一个重要特点,也是实现大量部署的内在要求。 1.2.2自组织 无线传感器网络根据组网机制和网络协议自动对网络进行配置和管理,传感器节点有自组织能力,能够自动形成无线通信系统不需要固定的基础设施作为网络枢纽。 1.2.3能适应复杂环境 传感器网络主要分布在各种条件恶劣的环境,如军事边界或者一 些人员难以进入地区。同时,节点容易受高山、建筑物、障碍物等地势地貌以及风雨雷电等自然环境的影响。 1.2.4部署容易且成本低 只需要在目标区域进行随机部署,不需要指定特定的位置。相对于有线网络传输,无线网络传输降低了各种成本。 1.2.5可靠性高 无线传感器节点资源有限,其生命周期主要取决于电池。对无线传感器节点进行维护、回收和替换的可能性很小。因此,无线传感器网络要具有信息传输的高度可靠性和对节点失效的高度容错性。 2.无线传感器网络的应用 2.1军事建设 无线传感器网络以其快速布署、自组织和容错等特点,成为军事通信控制系统的重要组成部分,可用于兵力、装备弹药和物资的监控,阵地和敌情的侦查,战场的监视,生物化学攻击的判断、目标的指示,战损的评估等。 2.2工农业生产 通过传感器监测设备的震动、润滑和磨损情况,可以迅速得到设备的健康状态;通过在生产线上布署传感器网络,可以方便的实现在线质量控制。无线传感器网络为提高设备性能、提升产品质量、降低成本,提供了一种很好的技术方案。 我国是一个农业大国,深化现代技术在农业中的应用,对推进我国农业生产产业化和现代化进程具有重要作用。将无线传感器网络技术应用于现代农业,可实现农业信息采集以及远程传输,为科学决策提供可靠依据。 2.3环境监测 在环境科学研究中,无线传感器网络为大规模野外数据采集和气候气象监测提供了便利,可用于跟踪候鸟、小型动物和昆虫的迁徙地球探测,林火和洪水监测等。如美国Berkley 等单位在美国缅因州的GreatDuck 岛对海燕栖息地的生态环境监测;肯尼亚MPala 研究中心对大规模野生动物(野马,斑马等)的栖息地进行考察研究;挪威对冰河观测以了解地球气候的变化。 2.4安全监控 通过在监控藏所部署无线传感器网络,利用场所附近的声音、震动、光、温度等物理信息的变化,了解被监控对象的状态,来防止非法入侵、安全事故等。目前应用较多的是煤矿、电站、通信枢纽、行政中心等。如实时监控煤矿井下环境来进行灾害预警,实时监控井下人员和设备的位置来对其进行资源调度,并为灾后的辅助救援提供支持。 2.5智能交通 将无线传感器网络应用到智能交通系统,作为它的一个信息采集和通信子系统。这个子系统充分利用了无线传感网络覆盖范围广、灵活性好和易于大规模部署等特点,来采集全路段的车辆和路面信息。相对于有线交通信息采集通信系统而言,大幅度地降低现有交通监控网络的成本。通过车载和道路传感器的配合,驾驶者和交通控制人员可以实时地了解路况和交通信息。布置于道路上的速度识别传感器,可以监测交通流量等信息,为出行者提供信息服务,并且在发现违章时能及时报警和记录。(下转第143页) 无线传感器网络的应用 孙跃 (华北电力大学中国北京 102206) 【摘要】无线传感器网络作为目前最有前途的新技术之一,受到了学术界众多科研人员的关注,成为了当今科学研究的一个热门课题。文章介绍了无线传感器网络的内涵和体系结构,分析了无线传感器网络的特点,阐述了无线传感器网络的应用领域。 【关键词】无线传感器网络;特点;应用 作者简介:孙跃(1990—),男,北京人,本科学历,主要研究方向为通信工程 。 ◇高教论述◇

传感器原理与工程应用完整版习题参考答案

《传感器原理及工程应用》完整版习题答案 第1章 传感与检测技术的理论基础(P26) 1—1:测量的定义? 答:测量是以确定被测量的值或获取测量结果为目的的一系列操作。 所以, 测量也就是将被测量与同种性质的标准量进行比较, 确定被测量对标准量的倍数。 1—2:什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误差? 1- 3 用测量范围为-50~150kPa 的压力传感器测量140kPa 的压力时,传感器测得示值为142kPa ,求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。 解: 已知: 真值L =140kPa 测量值x =142kPa 测量上限=150kPa 测量下限=-50kPa ∴ 绝对误差 Δ=x-L=142-140=2(kPa) 实际相对误差 %= =43.11402 ≈?L δ 标称相对误差 %==41.1142 2≈?x δ 引用误差 %--=测量上限-测量下限= 1) 50(1502 ≈?γ 1-10 对某节流元件(孔板)开孔直径d 20的尺寸进行了15次测量,测量数据如下(单位:mm ): 120.42 120.43 120.40 120.42 120.43 120.39 120.30 120.40 120.43 120.41 120.43 120.42 120.39 120.39 120.40 试用格拉布斯准则判断上述数据是否含有粗大误差,并写出其测量结果。 答:绝对误差是测量结果与真值之差, 即: 绝对误差=测量值—真值 相对误差是绝对误差与被测量真值之比,常用绝对误差与测量值之比,以百分数表示 , 即: 相对误差=绝对误差/测量值 ×100% 引用误差是绝对误差与量程之比,以百分数表示, 即: 引用误差=绝对误差/量程 ×100%

2013秋川大《无线传感器网络及应用》第一、二次作业答案..

2013秋川大《无线传感器网络及 应用》第一、二次作业答案.. 一、单项选择题。本大题共11个小题,每小题 2.5分,共27.5分。在每小题给出的选项中,只有一项是符合题目要求的。 1.下面哪种协议不属于路由协议 (C )。 A.地理位置路由协议 B.能量感知路由协议 C.基于跳数的路由协议 D.可靠的路由协议 2.ZigBee的通信速率在2.4GHz时为 (D )。

A.40Kbps B.20Kbps C.256 Kbps D.250kbps 3.传感器节点(D )范围以内的所有其它节点,称为该节点的邻居节点。 A.视线 B.跳数 C.网络 D.通信半径 4.TinyOS是一个开源的(D )操作系统,它是由加州大学的伯利克分校开发,主要应用于无线传感器网络方面。 A.桌面 B.后台 C.批处理 D.嵌入式 https://www.360docs.net/doc/fc890120.html,N技术使用了哪种介质(A )。 A.无线电波 B.双绞线 C.光波 D.沙狼

6.传感器节点消耗能量主要消耗在 (A )上。 A.无线通信模块 B.处理器模块 C.传感器模块 D.管理模块 7.传感器最早起于二十世纪(B )年代< A.60年代 B.70年代 C.80年代 D.90年代 8.定向扩散(Directed Diffusion , DD 路由协议是一种(B )机制。 A.能量感知路 B.基于查询的路由 C.地理位置路由 D.可靠的路由 9.传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是 单向量,而且对方向性要求较高时,应选择在其它方向上灵敏度()的传感器; 如果被测量是多维向量,则要求传感器的交叉

灵敏度越()越好。A A.小;小 B.小;大 C.咼;咼 D.高;底 10.传感器的频率响应越(),则可 测的信号频率范围就越()。C A.小;高 B.大;宽 C.高;宽 D.大;高 11.传感器 的线形范围是指输出与输入成正比的范围。理论上在此范围内,灵敏度保持定值。传感器的线性范围越(),则 它的量程就越(),并且能保证一 定的测量精度。D A.小;宽 B.小;咼 C.高;大 D.宽;大 二、多项选择题。本大题共29个小题,每小题

《无线传感器网络技术原理及应用(第2版)》

《无线传感器网络》教学大纲 课程名称:无线传感器网络 学时/学分:40/2.5 先修课程:模拟电路、计算机网络、通信原理、操作系统、微机原理及接口技术、C 程序设计语言 适用专业:物联网工程 是否含课内实验:■是□否(若选择“是”,则还需填写实验教学大纲) 一、课程性质与任务(要求学生完成的任务等) 本课程旨在全面系统地阐述当前各种主流的无线传感网络的基本原理,结合多种无线传感网络开发平台,深入浅出地讲解无线传感网络的基本技术。在讲授内容上,力求反映国内外该方向技术的最新进展,在讲述方法上,注重理论与实际、原理与应用相结合,无线传感网络是现代通信产业中发展最为活跃的行业之一。本课程介绍无线传感网络的系统构成、网络技术、协议、开发平台和应用,学生通过学习本课程应该达到以下目标: 1.熟练掌握有关无线传感网络的基本概念、基本理论以及基本的分析设计方法; 2.较好掌握有关各种无线传感网络的支撑技术,操作系统及开发平台; 3.了解无线传感器网络的组网、通信技术,掌握路由协议、网络协议的技术标准等; 4.掌握在ZigBee环境下的无线传感器组网的实际开发案例; 4.进一步了解无线传感网络的最新的发展应用,如海量存贮、异类传感器网络技术。 二、课程教学内容(要求学生掌握的内容,突出重难点等) 三、课程基本要求 (一)教学内容 第1章无线传感器网络概述 无线传感器网络的基本概念、无线传感器网络的特点、无线传感器网络的工作原理、无线传感器网络的应用 第2章微型传感器的基本知识 常见传感器介绍,传感器的特性和选型,微型传感器的应用 第3章无线传感器网络软/硬件设计

无线传感器网络节点硬件设计,传感节点(网关和汇聚节点设计、典型节点),无线传感器网络节点软件技术,(软件架构、中间件、操作系统),无线传感器网络实验技术平台 第4章无线传感器网络结构、覆盖 无线传感器网络结构,(平面结构,层次结构、混合结构),无线传感器网络覆盖,覆盖基本概念,覆盖模型,覆盖指标,覆盖算法 第5章无线传感器网络的支撑技术 时间同步技术,(时间同步的基本概念、同步信息传输延时分析、同步算法、同步模型参数的估计),定位技术,(源定位算法、节点自定位、匹配定位、典型定位系统实例),数据融合(分类、主要方法、多数据融合网关的设计),能量管理(节能的方法、节点的能量管理),容错技术(故障模型、检测、修复) 第6章无线传感器网络通信与网络技术 物理层,数据链路层,(基于竞争的MAC协议、基于调度的MAC协议) 第7章无线传感器网络协议标准 技术标准的意义, IEEE1451系列标准, IEEE802.15.4标准, ZigBee协议标准,Bluetooth, UWB 第8章无线传感器网络的路由协议 路由协议的分类,平面路由协议(几个典型的平面路由协议、平面路由协议和分簇路由协议比较),无线传感器网络分簇路由协议,(分簇路由协议的网络结构、分簇网络中节点能耗分析、分簇路由协议的性能评价、几个典型的分簇路由协议) 第9章ZigBee实践开发技术 ZigBee硬件平台(CC2430/CC2530概述、2CC2430/CC2530芯片主要特点、3CC2430/CC2431芯片功能结构、CC2430与8051的相联), CC2430开发环境IAR(软件安装、使用、实例运行),开发实践——环境监测(系统总体方案、系统试验平台搭建、系统联调与实现),基于ZigBee协议栈进行开发(协议栈架构简介、15.2ZigBee协议栈的开发接口API、ZigBee Device Profile API、外围部件的操作) 第10章无线传感器网络信息协同处理技术 协同感知方法(协同感知理论基础、同构协同感知、异构协同感知、协同感知算法案例、面向WSN的协同感知体系架构),海量数据处理技术(基于海量数据的协同网络架构、海量数据的存储与管理、海量数据的知识获取)

传感器原理及工程应用概述

第二章传感器概述 1、传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。 2、传感器是由敏感原件和转换原件组成 3、两种分类方法:一种是按被测参数分类,一种是按传感器工作原理分类 4、传感器的基本特性可分为静态特性和动态特性 5、静态特性是指被测量的值处于稳定状态时输入与输出的关系。主要指标有灵敏度、线性度、迟滞、重复性和漂移等。 6、灵敏度是输出量增量ΔY与引起输出量增量ΔY的相应输入量增量ΔX之比。用S表示即S=ΔY\ΔX。 7、线性度是指传感器的输入与输出之间数量关系的线性程度。也叫非线性误差用γL 表示即γL= 8、传感器在相同工作条件下输入量由小到大(正量程)及由大到小(反量程)变化期间输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞。迟滞误差用 9、重复性是指传感器在相同的工作条件下输入量按同一方向做全量程连续多次变化时,所得特性曲线不一致的程度。最大重复差值 10、漂移是指输入量不变的情况下传感器输出量随着时间变化。产生漂移的原因有两个一是传感器自身结构参数一是周围环境。温度漂移的计算 第三章应变式传感器 1、电阻应变式传感器是以电阻应变片为转换原件的传感器。 2、工作原理是基于电阻应变效应,即导体在外界作用下产生机械变形(拉伸或压缩)是,其电阻值相应发生变化(应变效应)。 3、电阻应变片分为丝式电阻应变片和箔式电阻应变片。 4、电阻在外力作用下而改变原来尺寸或形状的现象称为变形,而去掉外力后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形状,这种变形称为弹性变形。具有弹性变形特性的物体称为弹性原件。 5、应变片的电阻值是指应变片没有粘贴且未受应变时,在室温下测定的电阻值即初始电阻值。 6、将直的电阻丝绕成敏感栅后,虽然长度不变,但应变状态不同,应变片敏感栅的电阻变化减小,因而其灵敏系数K较整长电阻丝的灵敏系数K0小,这种现象称为应变片的横向效应。为了减少横向效应产生的测量误差,现在一半多采用箔式应变片。 7、应变片温度误差:由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差。产生的主要因素有以下两个方面:一是电阻温度系数的影响,一是试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响。 8、电阻应变片的温度补偿方法:1)线路补偿法2)应变片的自补法9***电阻应变片的测量电路10、压阻效应是指在一块半导体的某一轴向施加一定的压力时,其电阻值产生变化现象, 第四章电感式传感器 1、利用电磁感应原理将被测非电量如、位移、压力、流量、振动等转换成线圈自感系数L或互感系数M的变化,再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出,这种装置称为电感式传感器。 2、零点残余电压:传感器在零点位移时的输出电压。产生原因主要有以下两点一是由于两电感线圈的电气参数及导磁体几何尺寸不完全对称,因此在两电感线圈上的电压幅值和相位不同,从而形成了零点残余电压的基波分量。一是由于传感器导磁材料磁化曲线的非线性(如铁磁饱和,磁滞损耗)使得激励电流与磁通波形不一致,从而形成了零点残余电压的高次谐波分量。为减小电感式传感器的零点残余电压,可以采取以下措施1)在设计和工艺上,力求做到磁路对称,铁芯材料均匀;要经过热处理以除去机械应力和改善磁性;两线圈毕恭毕敬绕制要均匀,力求几何尺寸与电气特性保持一致。2)在电路上进行补偿。 3、把被测的非电量变化转化为线圈互感变化的传感器称为互感式传感器。这种传感器

无线传感器网络技术试题及答案

无线传感器网络技术试题及答案 一、填空题 1.传感器网络的三个基本要素:传感器、感知对象、用户(观察者) 2.传感器网络的基本功能:协作式的感知、数据采集、数据处理、发布感知信息 3.无线传感器节点的基本功能:采集数据、数据处理、控制、通信 4.传感节点中处理部件用于协调节点各个部分的工作的部件。 5.基站节点不属于传感器节点的组成部分 6.定向扩散路由机制可以分为三个阶段:兴趣扩展阶段、梯度建立阶段、路径加强阶段 7.无线传感器网络特点:大规模网络、自组织网络、可靠的网络、以数据为中心的网络、应用相关的网络 8.NTP时间同步协议不是传感器网络的的时间同步机制。 9.IEEE标准主要包括:物理层。介质访问控制层 10.从用户的角度看,汇聚节点被称为网关节点。 11.数据融合的内容主要包括:多传感器的目标探测、数据关联、跟踪与识别、情况评估和预测 13.传感器网络的电源节能方法:_休眠(技术)机制、__数据融合 14.分布式系统协同工作的基础是时间同步机制

15.无线网络可以被分为有基础设施的网络与没有基础设施的网络,在无线传感器网络,Internet网络,WLan网络,拨号网络中,无线传感器网络属于没有基础设施的网络。 16.传感器网络中,MAC层与物理层采用的是IEEE制定的IEEE 协议 17.分级结构的传感器网络可以解决平面结构的拥塞问题 18.以数据为中心特点是传感器网络的组网特点,但不是Ad-Hoc的组网特点 19.为了确保目标节点在发送ACK过程中不与其它节点发生冲突,目标节点使用了SIFS帧间间隔 20.典型的基于竞争的MAC协议为CSMA 二、选择题 1.无线传感器网络的组成模块分为:通信模块、()、计算模块、存储模块和电源模块。A A.传感模块模块C网络模块D 实验模块 2..在开阔空间无线信号的发散形状成()。A A.球状B网络C直线D射线 3.当前传感器网络应用最广的两种通信协议是()D A. B. C. D.

传感器原理与工程应用复习题参考答案1

《传感器原理及工程应用》习题答案 第1章 传感与检测技术的理论基础(P26) 1-3 用测量围为-50~150kPa 的压力传感器测量140kPa 的压力时,传感器测得示值为142kPa ,求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。 解: 已知: 真值L = 140kPa 测量值 x =142kPa 测量上限=150kPa 测量下限=-50kPa ∴ 绝对误差 Δ=x-L=142-140=2(kPa) 实际相对误差 %= =43.1140 2 ≈?L δ 标称相对误差 %= =41.1142 2 ≈?x δ引用误差 %--=测量上限-测量下限= 1)50(1502≈?γ

1-10 对某节流元件(孔板)开孔直径d 20的尺寸进行了15次测量,测量数据如下(单位:mm ): 120.42 120.43 120.40 120.42 120.43 120.39 120.30 120.40 120.43 120.41 120.43 120.42 120.39 120.39 120.40 试用格拉布斯准则判断上述数据是否含有粗大误差,并写出其测量结果。 解: 对测量数据列表如下: 当n =15时,若取置信概率P =0.95,查表可得格拉布斯系数G =2.41。 则 2072.410.03270.0788()0.104d G mm v σ=?=<=-, 所以7d 为粗大误差数据,应当剔除。然后重新计算平均值和标准偏差。 当n =14时,若取置信概率P =0.95,查表可得格拉布斯系数G =2.37。 则 20 2.370.01610.0382()d i G mm v σ=?=>,所以其他14个测量值中没有坏值。 计算算术平均值的标准偏差 20 0.0043()d mm σσ= = = 20 330.00430.013()d mm σ=?= 所以,测量结果为:20(120.4110.013)()(99.73%)d mm P =±= 1-14 交流电路的电抗数值方程为

无线传感器网络技术的应用

无线传感器网络技术的应用 摘要:无线传感器网络(WSN)是新兴的下一代传感器网络,在国防安全和国民经济各方面均有着广阔的应用前景。本文介绍了无线传感器网络的组成和特点,讨论了无线传感器网络在军事、瓦斯监测系统、智能家具,环境监测,农业。交通等方面的现有应用,最后提出无线传感器网络技术需要解决的问题。 关键词:无线传感器网络,军事、瓦斯监测系统、智能家具,环境监测,农业。交通。 1.无线传感器网络研究背景以及发展现状 随着半导体技术、通信技术、计算机技术的快速发展,90年代末,美国首先出现无线传感器网络(WSN)。1996年,美国UCLA大学的William J Kaiser教授向DARPA提交的“低能耗无线集成微型传感器”揭开了现代WSN网络的序幕。1998年,同是UCLA大学的Gregory J Pottie教授从网络研究的角度重新阐释了WSN的科学意义。在其后的10余年里,WSN网络技术得到学术界、工业界乃至政府的广泛关注,成为在国防军事、环境监测和预报、健康护理、智能家居、建筑物结构监控、复杂机械监控、城市交通、空间探索、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众多领域中最有竞争力的应用技术之一。美国商业周刊将WSN网络列为21世纪最有影响的技术之一,麻省理工学院(MIT)技术评论则将其列为改变世界的10大技术之一。WSN是由布置在监测区域内传感器节点以无线通信方式形成一个多跳的无线自组网(Ad hoc),其目的是协作的感知,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、感知对象和观察者是WSN的三要素。将Ad hoc技术与传感器技术相结合,人们可以通过WSN感知客观世界,扩展现有网络功能和人类认识世界的能力。WSN技术现已经被广泛应用。图为WSN基本结构。 WSN经历了从智能传感器,无线智能传感器到无线传感器三个发展阶段,智能传感器将计算能力嵌入传感器中,使传感器节点具有数据采集和信息处理能力。而无线智能传感器又增加了无线通信能力,WSN将交换网络技术引入到智能传感器中使其具备交换信息和协调控制功能。 无线传感网络结构由传感器节点,汇聚节点,现场数据收集处理决策部分及分散用户接收装置组成,节点间能够通过自组织方式构成网络。传感器节点获得的数据沿着相邻节点逐跳进行传输,在传输过程中所得的数据可被多个节点处理,经多跳路由到协调节点,最后通过互联网或无线传输方式到达管理节点,用户可以对传感器网络进行决策管理、发出命令以及获得信息。无线传感器网络在农业中的运用是推进农业生产走向智能化、自动化的最可行的方法之一。近年来国际上十分关注WSN在军事,环境,农业生产等领域的发展,美国和欧洲相继启动了WSN研究计划,我国于1999年正式启动研究。国家自然科学基金委员会在2005年将网络传感器中基础理论在一篇我国20年预见技术调查报告中,信息领域157项技术课题中7项与传感器网络有直接关系,2006年初发布的《国家长期科学与技术发展

《传感器原理与工程应用》第四版(郁有文)课后答案

第一章传感与检测技术的理论基础 1. 什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误 差? 答:某量值的测得值和真值之差称为绝对误差。 相对误差有实际相对误差和标称相对误差两种表示方法。实际相对误差是绝对误差与被测量的真值之比;标称相对误差是绝对误差与测得值之比。 引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法,也用相对误差表示,它是相对于仪表满量程的一种误差。引用误差是绝对误差(在仪表中指的是某一刻度点的示值误差)与仪表的量程之比。 2. 什么是测量误差?测量误差有几种表示方法? 它们通常应用在什么场合? 答:测量误差是测得值与被测量的真值之差。 测量误差可用绝对误差和相对误差表示,引用误差也是相对误差的一种表示方法。

在实际测量中,有时要用到修正值,而修正值是与 绝对误差大小相等符号相反的值。在计算相对误差时 也必须知道绝对误差的大小才能计算。 采用绝对误差难以评定测量精度的高低,而采用相 对误差比较客观地反映测量精度。 引用误差是仪表中应用的一种相对误差,仪表的精 度是用引用误差表示的。 3. 用测量范围为-50?+150kPa 的压力传感器测量 140kPa 压力时,传感器测得示值为142kPa,求该示 值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引 用误差。 解:绝对误差 ,142-140 = 2 kPa 4. 什么是随机误差?随机误差产生的原因是什 么?如何减小随机误差对测量结果的影响? 答:在同一测量条件下,多次测量同一被测量时,其 绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差称为随机 误差。 实际相对误差 标称相对误差 引用误差 142 -140 0 = ------------------- 140 100% =1.43% 142-140 100% =1.41% 142 142 -140 150 -( - 汉1 0 80 =1%

无线传感器网络安全技术

无线传感网络设计报告 题目无线传感器网络安全设计 报告 人 指导 老师

二○一六年十二月 无线传感器网络安全技术 摘要:针对目前库在未来的几十年里,传感器网络作为首要的技术的出现给许多研究拘束人员带来了很多挑战。这些传感器网络由大量的同质节点,这些节点可以用来限制计算机的资源。现实生活中的很多应用在传感器网络的研究文献中被提出来。当传感器网络部署在一个意想不到的或敌对的环境中,安全问题成为一个重要的关注点,因为这些安全问题都来自不同类型的恶意攻击。在本文中,我们目前的关于无线传感器网络安全问题的调查、网络受到的攻击还有相应的对策以及对未来工作范围的都有了很好结论和概述。 关键字:无线传感器网络;安全;威胁;危险 1 引言 传感器网络监控物理或环境条件如温度、声音、压力、湿度等。传感器网络由大量的低功率、低成本的智能设备与极端的资源约束。每个设备是称为传感器节点,每个节点连接到一个有时几个传感器节点。它具有无线通信的能力和一些情报信号处理和数据网络。这些传感器节点通常是在各种随机方向地区收集数据、过程数据并将其传递给中央节点进行进一步处理。每个传感器节点由三个子系统组成:传感器子系统、处理子系统和通信子系统。传感器子系统用于传感环境。处理子系统用于执行当前计算数据感知和负责通信子系统与邻近的传感器节点的信息交换。 传感器网络在许多应用程序中使用。这些应用程序包括: 1)军事应用,如监测出对方是否是友好的和设备、军事影院或战场监测、核、生物和化学攻击检测。 2)环境应用程序等小气候、森林火灾探测、精

确农业和洪水检测。 3)应用程序,如跟踪和健康监控,医生对在医院的病人进行药物生理数据的管理、远程监控。 4)家庭应用,如食品自动化的环境,自动抄表等。 5)环境等商业应用控制在工业办公楼和车辆跟踪和检测、库存控制、交通流监测[1]。 2 传感器节点的体系结构 传感器节点是无线传感器的重要组成部分。通过网络可以收集传感器和执行一些计算的信息和其他结果网络中连接节点沟通。 图1:传感器节点的体系结构 传感器节点由以下部分组成: a:控制器 它是传感器节点的大脑。它的功能是控制其它部分的传感器节点。它能够处理数据执行任务。由于其低成本,灵活地连接到其他设备,方便编程和低功耗主要在传感器微控制器作为控制器比通用微控制器节点(数字信号桌面处理器,处理器)。 b .收发器 无线传输介质可以像无线电频率(RF),光学(激光)和红外通信以不同的方式。激光有优势它只需要更少的能量,但主要缺点是它大气状况更为敏感。红外是也是一个不错的选择,但它广播有限能力。所以大部分的基础是基于射频通信。收发器的主要功能能够作为发射机和接收机。 c .外部存储器 由于成本和存储容量,使用闪存。 d .电源 电源是最重要的一个单位例如单电池可能是有限的。有些支持清除设备(如太阳能电池)。 e .传感器 任何物理变化条件下,传感器硬件设备产生可测量的数据。他们通过这可测量的数据来进行ADC模拟信号的形式然后将ADC转换成数字形式。ADC传递单片机和数字形式的数据单片机处理数据和执行一些的任务。 3 无线传感器网络的安全要求 传感器网络是一种特殊类型的网络中分享一些常见典型的计算机的属性网络。在传感器网络的安全服务的目标是根据攻击者的信息和资源来保护网络。这些安全要求如下[2]: 1:数据机密性

无线传感器网络的应用分析解析

天津电子信息职业技术学院课程设计 课题名称无线传感器网络的应用姓名XXX 学号34 班级电子S09-3 专业应用电子技术 成绩 完成日期2011/10/26

摘要 传感器探测技术和结点间的无线通信能力,为无线传感器网络赋予了广阔的应用前景。作为一种无处不在的感知技术,无线传感器网络广泛应用于各种行业领域,这里主要对当前成功应用的一些领域进行简略介绍。 关键词:传感器;应用;领域

目录 一、前言 (4) 二、无线传感器网络的标准定义和优势 (4) 三、无线传感器网络应用领域 (4) 1、军事领域 (4) 2、工业领域 (5) 3、农业领域 (5) 4、智能交通领域 (6) 5、家庭与健康领域 (6) 6、环境保护领域 (7) 7、其他领域 (7) 四、需要解决的问题 (7) 1、网络内通信问题 (8) 2、成本问题 (8) 3、系统能量供应问题 (8) 4、高效的无线传感器网络结构 (8)

一、前言 随着通信技术、嵌入式计算机技术与传感器技术的飞速发展和日益成熟,具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器开始在世界范围内出现。由这些微型传感器构成的传感器网络引起了人们的极大关注。这种传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术,能够通过协作实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测队象的信息,并对这些信息进行处理,获得详细、准确的数据,传送到需要这些信息的用户。 科技发展的脚步越来越快,人类已经置身于信息时代。而作为信息获取最重要和最基本的技术——传感器技术,也得到了极大的发展。传感器信息获取技术已经从过去的单一化渐渐向集成化、微型化和网络化方向发展,并将会带来一场信息革命。具有感知能力、计算能力和通信能力的无线传感器网络综合了传感器技术、嵌人式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术,能够协作地实时监测、感知和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,获得详尽而准确的信息,传送到需要这些信息的用户。 无线传感器网络是新一代的传感器网络,具有非常广泛的应用前景,其发展和应用,将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。无线传感器网络的广泛使用是一种必然趋势,将为人类社会带来极大的变革。 二、无线传感器网络的标准定义和优势 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。它的英文是wireless sensor network,简称WSN。 另外,从定义上可以看出,传感器、感知对象和用户是传感器网络的三个要素。 无线传感器网络和传统传感器和测控系统相比具有明显的优势。它采用点对点或点对多点的无线连接,大大减少了电缆成本,在传感器节点端即合并了模拟信号/数字信号转换、数字信号处理和网络通信功能,节点具有自检功能,系统性能与可靠性明显提升而成本明显缩减。 三、无线传感器网络应用领域 1、军事领域 信息技术正推动着一场新的军事变革。信息化战争要求作战系统“看得明、反应快、打得准”,谁在信息的获取、传输、处理上占据优势(取得制信息权),谁就能掌握战争的主动权。无线传感器网络以其独特的优势,能在多种场合满足军事信息获取的实时性、准确性、全面性等需求。

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