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无线传感器网络技术的应用

无线传感器网络技术的应用
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

规划纲要》明确的提出了信息技术的三个前沿方向,其中有两项与无线传感器网络直接相关。我国2010年远景规划和“十五”计划中,将WSN列为重点发展产业之一

图1 无线传感器的内部结构

无线传感器网络技术的军事应用

信息化战争中,战场信息的及时获取和反应对于整个战局的影响至关重要。由于WSN具有生存能力强、探测精度高、成本低等特点,非常适合应用于恶劣的战场环境中,执行战场侦查与监控、目标定位、战争效能*估、核生化监测以及国土安全保护、边境监视等任务。

1 战场侦查与监控

战场侦查与监控的基本思想,是在战场上布设大量的WSN,以收集和中继信息,并对大量的原始数据进行过滤;然后把重要信息传送到数据融合中心,将大量信息集成为一幅战场全景图,以满足作战力量“知己知彼”的要求,大大提升指挥员对战场态势的感知水平。

典型的WSN应用方式是用飞行器将大量微传感器节点散布于战

场地域,并自组成网,将战场信息边收集、边传输、边融合。系统软件通过解读传感器节点传输的数据内容,将它们与诸如公路、建筑、天气、单元位置等相关信息,以及其他WSN的信息相互融合,向战场指挥员提供一个动态的、实时或近实时更新的战场信息数据库,为各作战平台更准确地制定战斗行动方案提供情报依据和服务,使情报侦察与获取能力产生质的飞跃。

对战场的监控可以分为对己方的监控和对敌方的监测,包括军事行动侦察与非军事行动的监测。通过在己方人员、装备上附带各种传感器,并将传感器采集的信息通过汇聚节点送至指挥所,同时融合来自战场的其他信息,可以形成己方完备的战场态势图,帮助指挥员及时准确地了解*、武器装备和军用物资的部署和供给情况。

通过飞机或其他手段在敌方阵地大量部署各种传感器,对潜在的地面目标进行探测与识别,可以使己方以远程、精确、低代价、隐蔽的方式近距离地观察敌方布防,迅速、全方位地收集利于作战的信息,并根据战况快速调整和部署新的WSN,及时发现敌方企图和对我方的威胁程度。通过对关键区域和可能路线的布控WSN,可以实现对敌方全天候的严密监控。

2.2 目标定位

WSN中感知目标信息的节点将感知信息广播(无线传送)到管理节点,再由管理节点融合感知信息,对目标位置进行判断的过程称为目标定位。目标定位是WSN的重要应用之一,为火力控制和制导系统提供精确的目标定位信息,从而实现对预定目标的精确打击。

由于WSN具有扩展性强、实时性和隐蔽性好等特点,使得它非常适合对运动目标进行跟踪定位,为指挥中心提供被跟踪对象的实时位置信息。WSN的目标定位应用方式可以分为侦测、定位、报告三个阶段。在侦测阶段,每个传感器节点随机“启动”以探测可能的目标,并在目标出现后计算自身到目标的距离,同时向网络广播包括节点位置及与目标的距离等内容的信息。在定位阶段,各节点根据接收到的目标方位与自身位置信息,通过最大似然、三边测量或三角测量等方法,获得目标的位置信息,然后进入报告阶段。在报告阶段,WSN会向距离目标较近的传感器节点广播消息,使之启动并加入跟踪过程,同时WSN将目标信息通过汇聚节点传输到管理节点或指挥所,实现对目标的精确定位。

2003年美国国防高级研究计划局主导的Network Embed and System Technology项目成功验证了WSN技术的准确定位能力。该项目采用多个廉价音频传感器节点协同定位敌方狙击手,并标识在所有参战人员的个人计算机中,三维空间的定位精度可达1.5 m,定位延迟达2 s,甚至能显示出敌方狙击手采用跪姿和站姿射击的差异,使指挥员和战斗员的作战态势感知能力产生了质的飞跃。

2.3 毁伤效果*估

战场目标毁伤效果*估是对火力打击后目标毁伤情况的科学*价,是后续作战行动决策的重要依据。当前应用较多的目标毁伤效果*估系统主要依托于无人机、侦察卫星等手段,但这些手段均受到飞行距离近、过顶时间短、敌方打击威胁或天气等因素的制约,无法全天时对打击目标进行抵近侦查并对毁伤效果做出正确*估。

WSN系统中,价格低、生存能力强的传感器节点可以通过飞机或火力打击时的导弹、精确制导炸弹附带散布于攻击目标周围。在火力打击之后,传感器节点通过对目标的可见光、无线电通信、人员部署等信息进行收集、传递,并经过管理节点进行相关指标分析,可以使作战指挥员及时准确地进行战场目标毁伤效果*估。这一方面可以使指挥员能够掌握火力打击任务的完成情况,适时调整火力打击计划和火力打击重点,实施正确的决策提供科学依据;另一方面,也可以最大限度地优化打击火力配置,集中优势火力对关键目标进行打击,从而大大提高作战资源利用率。

无线传感器网络在瓦斯监测系统中的应用

在传统的煤矿瓦斯监测系统中,由于监测系统的设施、装置等位置比较固定,因而使瓦斯探头不能随着采掘的进度跟进到位,从而使得监测系统往往形同虚设,再加上矿井下联网有一定的难度,使有关人员无法进行有效的监管,以致事故无法预警。所以我们的设计思想是要让瓦斯监测系统能够随着采掘的进度跟进到位,能够把井下信息实

时、准确地传送到相关人员手中。具体实施方法如下:在坑道中每隔几十米放置一个传感器节点,每个矿工身上也都佩带一个这样的节点,矿工身上佩带的节点和坑道中放置的节点可以自组织成一个大规模的无线传感器网络,在矿井的入口处放置一个具有网关功能的节点作为 Sink 节点,它可以是一个具有增强功能的传感器节点,有足够的能量供给和更多的内存与计算资源,也可以是没有监测功能仅带有无线通信接口的特殊网关设备。Sink 节点连接传感器网络与Internet 等外部网络,实现两种协议栈之间的通信协议转换,同时发布监测中心的监测任务,并把收集的数据转发到外部网上,最后传至我们的监控中心系统

基于 ZIgBee 的无线传感器网络应用系统结构图

基于无线传感器网络的智能家居网络

在智能家居无线网络中最基本的单元是无线传感器节点, 它的功能是负责传感和对信息预处理, 响应监控主机的指令发送数据. 每一个传感器节点主要由4 个系统组成: 即由微处理器或微控制器构成的计算子系统; 用于无线通信的短距离无线收发电路, 即通信子系统; 将节点与物理世界联系起来, 由一组传感器和激励装置构成的传感

子系统; 能量供应子系统, 包括电池和AC - DC转换器. 节点在网络中可以充当数据采集者、数据中转站或类头节点的角色. 除此之外根据具体应用的需要, 可能还会有定位系统、电源再生单元和

移动单元等. 其硬件结构如图所示.

由于家居环境的特点, 智能家居网络的无线传感器节点必须要求具有低功耗的特点[ 9, 10] , 为了解决这个问题, 在无线传感器节点的无线收发电路部分采用了基于IEEE802. 15. 4 技术的无线收发芯片, IEEE 802. 15. 4 技术是专为低功耗的无线互联应用而设计的. 而基于这种技术的无线芯片能够很好的解决低能耗问题. 无线传感器网络的数据传输易出错, 由于家居内的干扰源较多,搜寻的是可达设备后, 相应的1evel 值在原来的基础之上加1, 作为当前的1evel 值并保

存. 它所表达的实际物理意义是数据在传输过程中将会使设备多进行一次数据的转发. 数据在网络中传送时, 通过路由算法, 保证数据经过最佳路径, 让数据安全、快速地从发送设备到达目的设备.

环境监测

随着人们对环境问题的日益关注重视,环境监测所涉及的范围越来越广,但传统的数据采集方式难以适应复杂多变的环境。因为具有自组织性和较好的容错能力,WSN非常适合应用于野外环境,极大地方便了环境研究所需的原始数据的获取。环境监控应用的典型案例有:(1)夏威夷大学在夏威夷火山国家公园内铺设WSN以监测濒临灭种的植物所在地的微小气候变化。

(2)科学家们在加州北部Sonoma的小树林里组建了一个系统,该系统由捆绑在红杉树树枝和主干上的120个塑料封装的无线传感器组成。根据该系统所采集的数据,可绘制出详细的图表,从而说明这些树木周围的微气候如何变化,以及它们怎样通过树阴、呼吸作用、水分输送等方式来影响当地环境。

(3)美国和日本的科学家在我国敦煌莫高窟利用WSN来监测洞内的湿度和光线强度。人们将根据搜集到的数据及时采取适当的保护措施,如通风等,从而降低含盐地下水的侵蚀

对洞内古迹的损害。

WSN技术在农业生产中的应用

2002年,英特尔公司在饿勒冈建立了世界上第一个无线葡萄园,将无线传感器结点人工分布在葡萄园中,对园中土壤的温度以及养分

含量等作物生长条件进行实时监控。杭州齐格科技有限公司与浙江农科院合作研发了远程农作物管理决策平台,该平台利用了WSN技术实现对农田的温度、湿度、光照等信息的监测。北京市“蔬菜生产智能化网络传感器体系研究与应用”项目,将WSN应用于温室蔬菜生产中。将温室作为一个监控区,使用WSN技术对温度、PH值、含水量、光照强度等进行测量,根据实际需要,对温室条件进行调整,以达到农作物生长的最佳条件,增加作物产量。在大规模部署传感器节点时可以通过飞机播撒,人工设置,火箭弹射等方式部署在预设区域。无线传感器网络具有的实时性监测,无线通信特点,使其在农业生产上有很大发展前景。典型应用如下:

2.2.1 农业灌溉自动化控制技术

我国是个贫水国家,水资源总量居世界第四位,人均仅为第121位。农业用水占总用水量的七成,但我国农田灌溉十分落后,水的实际利用率很低,浪费严重,与发达国家相比仍有差距。采用自动灌溉系统,在土壤中人为安放水分传感器、温度传感器,对农作物的生长条件进行监控,根据实际,进行自动供水和自动按一定顺序进行灌溉。

2.2.1 温度自动调控

蔬菜生产中,温室生产规模正在逐步扩大,传统温室监控系统成本高,移动性差等问题很突出。

近年来,节能高效的WSN技术正在

温室监控领域兴起。基于WSN的温

度监控系统由汇聚节点和子节点构成。将传感器分布在温室中监控温室内土壤温度、湿度、PH值、光照强度等,通过无线网络传到汇聚结点,汇聚结点对数据进行处理,将命令通过无线网络下发给调控节点,调控节点根据所得命令对灌溉设备、加热器等进行控制,改变温室条件。汇聚节点还可接受人工控制,与互联网连接,使用户可以进行远程监控。

无线传感器网络在交通的应用

不停车收费系统的关键技术是基于无线传感器网络的自动车辆识别技术实现对车辆、货物实时监控, 并能实现高效、准确的管理。系统由电脑、管理软件、智能电子标签、智能电子标签阅读器、控制箱、道闸、含有地感线圈的无线传感器节点组成。基于无线传感器网络的ETC 系统能实现自动检验、登记、放行等功能。每辆车在档风玻璃内放置一块记录本车基本信息的智能电子标签( 射频卡大小) 。在道口进出口上安放一台智能标签阅读器及一套控制箱,同时配置道闸和含有地感线圈的无线传感器节点。当带有智能电子标签的汽车进入地感线圈的节点时, 地感线圈得到信号, 同时智能标签阅读器也读到智能电子标签的信号, 光学识别系统识别车的车牌。如果是合法的, 就发出信号, 打开道闸, 允许车辆通过。另外, 自动识别系统读取电子标签中的用户费用信息、车型信息和入口车道信息进行收费计算, 完成IC 卡内收费额的扣除, 收费记录写入IC 卡, 并向用户显示有关收费状态信息后给予放行。如果有非法ETC 用户强行通过ETC 专用车道, 可进行车牌抓拍, 生成违章记录, 便于事后处理。此时车辆只要适

当减速, 不需要停车, 也不需要伸手刷卡, 就可以顺利通过道口。车辆过道闸后通过门内地感线圈的无线节点时, 又产生信号, 让道闸关闭。车辆通过高峰时, 即车辆一辆接一辆进入时, 可以通过软件设置, 道闸处于常开状态, 当最后一辆车辆进入时道闸关闭。车辆出入的全部信息均由电脑实时记录, 并生成车流量的准确日报、月报统计表。

四、需要解决的问题

就目前的技术水平来说,让无线传感器网正常运行并大量投入使用还面临着许多问题:

1.网络内通信问题。无线传感器网络内正常通信联系中,信号可能被一些障碍物或其他电子信号干扰而受到影响,怎么安全有效的进行通信是个有待研究的问题。

2.成本问题。在一个无线传感器网络里面,需要使用数量庞大的微型传感器,这样的话成本会制约其发展。

3.系统能量供应问题。目前主要的解决方案有:使用高能电池;降低传感功率;此外还有传感器网络的自我能量收集技术和电池无线充电技术。其中后两者备受关注。

4.高效的无线传感器网络结构。无线传感器网络的网络结构是组织无线传感器的成网技术,有多种形态和方式,合理的无线传感器网络可以最大限度的利用资源。在这里面,还包括网络安全协议问题和大规模传感器网络中的节点移动性管理等诸多问题有待解决。

总之。无线传感器网络应用前景非常诱人。无线传感器网络(WSN)被认为是影响人类未来生活的重要技术之一,这一新兴技术为人们提供了一种全新的获取信息、处理信息的途径。由于WSN 本身的特点,使得它与现有的传统网络技术之间存在较大的区别,给人们提出了很多新的挑战。由于WSN对国家和社会意义重大,国内外对于WSN的研究正热烈开展,希望能够引起测控领域对这一新兴技术的重视,推动对这一具有国家战略意义的新技术的研究、应用和发展。

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什么是无线传感器,无线传感器的应用,无线传感器的工作原理

什么是无线传感器,无线传感器的应用,无线传感器的工作原理什么是无线传感器?无线传感器的组成模块封装在一个外壳内,在工作时它将由电池或振动发电机提供电源,构成无线传感器网络节点,由随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信模块的微型节点,通过自组织的方式构成网络。 它可以采集设备的数字信号通过无线传感器网络传输到监控中心的无线网关,直接送入计算机,进行分析处理。如果需要,无线传感器也可以实时传输采集的整个时间历程信号。 监控中心也可以通过网关把控制、参数设置等信息无线传输给节点。数据调理采集处理模块把传感器输出的微弱信号经过放大,滤波等调理电路后,送到模数转换器,转变为数字信号,送到主处理器进行数字信号处理,计算出传感器的有效值,位移值等。 无线传感器的工作原理:WSN一般都包括一台主机或者网关,其通过一个无线电通信链路与大量无线传感器进行通信。数据收集工作在无线传感器节点完成,被压缩后,直接传输给网关,或者如果有要求,也可以利用其他无线传感器节点来将数据传递给网关。 之后,网关保证该数据是系统的输入数据。 每个无线传感器都被看作一个节点,拥有无线通信能力,同时还具有一定的信号处理与网络数据的智能。 根据应用的类型,每个节点都可以有一个指定的地址。下图显示了某个节点的通用结构图。它一般会包括一个传感装置、一个数据处理微控制器,以及一个无线连接RF模块。根据不同的网络定义,RF模块可以起到一个简单发射器或者收发器(TX/RX)的作用。 进行节点设计时,注意电流消耗和处理能力非常的重要。微控制器的内存非常依赖于所使用的软件栈。 无线传感器的在哪些方面广泛应用:传感器节点可以连续不断地进行数据采集、事件检测、事件标识、位置监测和节点控制,传感器节点的这些特性和无线连接方式使得无线传感器网络的应用前景非常广阔,能够广泛应用于环境监测和预报、健康护理、智能家居、建筑

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◇

2013秋川大无线传感器网络及应用第一二次作业答案

《无线传感器网络及应用》第一次作业答案 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.sodocs.net/doc/4c3301487.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.高;高 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;高 C.高;大 D.宽;大 二、多项选择题。本大题共29个小题,每小题2.5 分,共72.5分。在每小题给出的选项中,有一项或多项是符合题目要求的。 1.根据节点数目的多少,传感器网络的结构可以分为(AD)。 A.平面结构 B.网络结构 C.星形结构 D.分级结构 2.传感器节点消耗能量的模块包括(ACD)。 A.传感器模块 B.存储模块 C.处理器模块 D.无线通信模块 3.下面哪些属于数据融合的方法(ABD)。 A.模糊逻辑法 B.神经网络方法 C.优选法 D.综合平均法 4.目前人们采用的节能策略主要有(AC)。 A.休眠机制 B.定时发送机制 C.数据融合机制

无线传感器网络课后习题含答案

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。 优点:源结点和目的结点之间一般存在多条路径,网络负荷由这些路径共同承担。一般情况下不存在瓶颈,网络比较健壮。 缺点:①影响网络数据的传输速率,甚至造成网络崩溃。②整个系统宏观上会损耗巨大能量。③可扩充性差,需要大量控制消息。 分级结构: 特征:传感器网络被划分为多个簇,每个簇由一个簇头和多个簇成员组成。这些簇头形成了高一级的网络。簇头结点负责簇间数据的转发,簇成员只负责数据的采集。 优点:①大大减少了网络中路由控制信息的数量,具有很好的可扩充性。②簇头可以随时选举产生,具有很强的抗毁性。 缺点:簇头的能量消耗较大,很难进人休眠状态。 1-13.讨论无线传感器网络在实际生活中有哪些潜在的应用。 (1)用在智能家具系统中,将传感器嵌入家具和家电中,使其与执行单元组成无线网络,与因特网连接在一起。 (2)用在智能医疗中,将传感器嵌入医疗设备中,使其能接入因特网,将患者数据传送至医生终端。 (3)用在只能交通中,运用无线传感器监测路面、车流等情况。 2-2.传感器由哪些部分组成?各部分的功能是什么? 2-5.集成传感器的特点是什么? 体积小、重量轻、功能强、性能好。 2-7.传感器的一般特性包括哪些指标? 灵敏度、响应特性、线性范围、稳定性、重复性、漂移、精度、分辨(力)、迟滞。 2-15.如何进行传感器的正确选型? 1.测量对象与环境:分析被测量的特点和传感器的使用条件选择何种原理的传感器。 2.灵敏度:选择较高信噪比的传感器,并选择适合的灵敏度方向。 3.频率响应特性:根据信号的特点选择相应的传感器响应频率,以及延时短的传感器。 4.线性范围:传感器种类确定后观察其量程是否满足要求,并且选择误差小的传感器。 5.稳定性:根据使用环境选择何时的传感器或采用适当的措施减小环境影响,尽量选择稳定性好的传感器。 6.精度:选择满足要求的,相对便宜的传感器。 2-17.简述磁阻传感器探测运动车辆的原理。 磁阻传感器在探测磁场的通知探测获得车轮速度、磁迹、车辆出现和运动方向等。使用磁性传感器探测方向、角度或电流值,可以间接测定这些数值。因为这些属性变量必须对相应的磁场产生变化,一旦磁传感器检测出场强变化,则采用一些信号处理办法,将传感器信号转换成需要的参数值。 3-2.无线网络通信系统为什么要进行调制和解调?调制有哪些方法? (1)调制和解调技术是无线通信系统的关键技术之一。调制对通信系统的有效性和可靠性有很大的影响。采用什

浅析无线传感器网络的八大应用

浅析无线传感器网络的八大应用 无线传感器网络是当前信息领域中研究的热点之一,可用于特殊环境实现信号的采集、处理和发送。无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术,在现实生活中得到了越来越广泛的应用。那么无线传感器网络的应用有哪些呢? (1)军事领域的应用 在军事领域,由于WSN具有密集型、随机分布的特点,使其非常适合应用于恶劣的战场环境。利用WSN能够实现监测敌军区域内的兵力和装备、实时监视战场状况、定位目标、监测核攻击或者生物化学攻击等。 (2)辅助农业生产 WSN特别适用于以下方面的生产和科学研究。例如,大棚种植室内及土壤的温度、湿度、光照监测、珍贵经济作物生长规律分析与测量、葡萄优质育种和生产等,可为农村发展与农民增收带来极大的帮助。采用WSN建设农业环境自动监测系统,用一套网络设备完成风、光、水、电、热和农药等的数据采集和环境控制,可有效提高农业集约化生产程度,提高农业生产种植的科学性。 (3)生态监测与灾害预警

WSN可以广泛地应用于生态环境监测、生物种群研究、气象和地理研究、洪水、火灾监测。环境监测为环境保护提供科学的决策依据,是生态保护的基础。在野外地区或者不宜人工监测的区域布置WSN可以进行长期无人值守的不间断监测,为生态环境的保护和研究提供实时的数据资料。具体的应用包括:通过跟踪珍稀鸟类等动物的栖息、觅食习惯进行濒危种群的研究;在河流沿线区域布置传感器节点,随时监测水位及水资源被污染的情况;在泥石流、滑坡等自然灾害容易发生的地区布置节点,可提前发出灾害预警,及时采取相应抗灾措施;可在重点保护林区布置大量节点随时监控内部火险情况,一旦发现火情,可立刻发出警报,并给出具体位置及当前火势的大小;可将节点布置在发生地震、水灾等灾害的地区、边远山区或偏僻野外地区,用于临时应急通信。 (4)基础设施状态监测系统 WSN技术对于大型工程的安全施工以及建筑物安全状况的监测有积极的帮助作用。通过布置传感器节点,可以及时准确地观察大楼、桥梁和其他建筑物的状况,及时发现险情,及时进行维修,避免造成严重后果。 (5)工业领域的应用 在工业安全方面,传感器网络技术可用于危险的工作环境,例如在煤矿、石油钻井、核电厂和组装线布置传感器节点,可以随时监测

11通信工程无线传感器网络及应用试题B卷答案

1.从无线联网的角度来看,传感器网络结点的体系由分层的网络通信协 议、 、 三部分组成。 2. 传感器一般由__________、敏感元件、__________组成。 3.传感器网络的无效能量主要来源于_________、串扰、_________和控制开销。 4. 根据数据进行融合操作前后的信息含量,可以将数据融合分为 、 两类。 5. 通常计算机网络的研究与设计方法包括 、实验方法和、 。 二、单项选择题(每题2分,共20分) 1.谣传路由协议属于( )。 A. 能量感知路由协议 B. 基于查询的路由协议 C. 地理位置路由协议 D. 可靠的路由协议 2.下列哪一种类型的帧不属于IEEE802.15.4网络定义的帧( )。 A. 信标帧 B. MAC 命令帧 C. 数据帧 D. 超帧 3.下列定位算法中,距离无关的定位算法有( )。 A.APIT 算法 B. TOA 算法 C. RSSI 算法 D. AOA 定位算法 4.下列不属于传感器数据处理模块设计时需考虑的是( )。 A 、节能设计 B 、小体积 C 、高速率 D 、低成本 5.IEEE802.11MAC 协议规定的三种帧间隔的关系为( )。 A. SIFS >PIFS> DIFS B. PIFS > DIFS >SIFS C. DIFS> SIFS > PIFS D. DIFS>PIFS>SIFS 6.设计传感器网络的硬件结点,以下无需考虑的是( )。 A. 微型化 B. 阻抗匹配 C. 高速率 D. 稳定性 7.下列不属于IEEE802.15.4标准规定的物理层负责的任务为( )。 A. 信道能量检测 B. 信道频率选择 C. 数据的发送和接收 D. 数据检测与压缩 8.下列不属于网络安全考虑的问题是( )。 A.机密性问题 B.低能耗性问题 C.完整性鉴别问题 D.新鲜性问题。 9.下列不属于传感器网络数据融合的作用是( )。 A.提高信息的准确性和全面性 B. 提高系统的可靠性 C.提高数据的实时性 D. 降低信息的不确定性 10.下列不属于传感器网络时间同步机制的主要性能参数为( )。 A.最大误差 B.同步范围 C.可用性 D.鲁棒性 三、名词解释(每题4分,共20分) 1.无线自组织网 2.LR-WPAN 网络 3.传感器的灵敏度 4.战场感知 5. TODA 四、简答题(每题5分,共20分) 1.传感器网络的体系结构包括哪些部分? 2.设计基于竞争的MAC 协议的基本思想是什么? 3.传感器网络实现时间同步的作用是什么? 4. 如何对传感器网络的定位方法进行分类? 五、综述题(共20分) 传感器网络的终端探测节点由哪些部分组成?这些组成模块的功能分别是什么? 络与应用 B 1 3

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

无线传感网络在军事领域的应用

传感网络结课报告 论文题目:无线传感器网络在军事领域的应用分析 学院:光电信息与计算机工程学院 专业:光电信息工程 班级:光电三班 学号:1212471329 学生:政鹏 指导教师:克坚 2015年 6 月 7 日

摘要 .......................................................................... II 第一章绪论 . (1) 1.1 背景及国际形势 (1) 1.2 无线传感器网络的发展现状 (1) 1.3 本文的组织结构 (2) 第二章无线传感器网络简介 (4) 2.1 体系结构 (4) 2.1.1 节点组成 (3) 2.1.2 网络体系结构 (3) 2.2 路由协议 (5) 2.2.1平面路由协议 (4) 2.2.2层次路由协议 (6) 第三章特点及应用优势 (9) 3.1 无线传感器网络特点 (9) 3.1.1无线传感器网络的主要特点 (7) 3.1.2与其他网络相比主要区别 (7) 3.2 应用优势 (10) 3.2.1潜在优势 (8) 3.2.2与导弹雷达相比潜在优势 (8) 第四章在军事领域的应用 (11) 4.1 战场侦察与监视 (11) 4.2 战场态势感知 (12) 4.3 核、生、化监测 (13) 4.4 装备、弹药、后勤物资管理 (13) 4.5 智能尘埃 (14) 第五章结束语 (16) 第六章调研照片 (16) 第七章参考文献 (18)

无线传感器网络在军事领域的应用 摘要 无线传感器网络是新兴网络,它采用无线通信技术,由微小的传感器组成,无线传感 器网络节点具备感应能力、信息处理能力和无线通信能力,使无线传感器网络有广阔的 应用前景,可广泛用于军事、环境、医疗保健、空间探索及各种商业应用。文中对无线 传感网络的构建,路由协议以及定位算法做了简介,着重讲了它在军事领域的重要地位,以及当下的主要应用研究方向。 关键词:WSN,体系结构,军事应用 Abstract Wireless Sensor Network is a burgeoning network,which is composed of tiny sensors with wireless communication technology. Node of WSN have influence, information handing and wireless communication abilities, making WSN have wide application foreground, including military,environment, medical treatment, space imploring and various business applications. In this paper, i first provide a brief introduction to the construction of WSN, routing protocol and the Relocation Arithmetic, and then focus on its important position in the military field, main application and research direction now.

基于嵌入式系统的无线传感器网络的应用研究

湖南文理学院 课程设计报告 课程名称:嵌入式系统课程设计专业班级:自动化2班 学生姓名:石扬 指导教师:杨民生 完成时间: 报告成绩:

序 基于嵌入式系统的无线传感器网络的应用研究 随着半导体技术、传感器技术、嵌入式技术以及通信技术的飞速发展,具有感知、计算、存储和通信能力的无线传感器网络的应用越来越广泛。无线传感器网络作为一种嵌入式设备能够实时监测、感知和采集网络分布区域内监视对象的各种信息,并加以处理。本文提供了一种基于CC2420的无线传感器网络的硬件节点设计方案,通过选择芯片,设计硬件接口,构建了一个完整的无线传感器网络节点。经仿真调试,该节点在试验中应用良好,电路板可以实现两个节点间的通信,能由LED指示发送、接收或应答信息,基本达到了设计要求,在煤矿监控系统的实验中应用良好,能采集精度较高的温度、压力等数据信息,并实现准确的数据交互,实现了传感器网络所需的外形小、集成度高、低功耗,为将来实际应用研究提供了一个实验平台,具有一定的应用价值。

目录 1.设计要求 (2) 2.设计的作用与目的 (2) 3.无线传感器网络应用研究的设计方案 (4) 3.1 体系结构 (4) 3.2 节点结构 (5) 4.系统硬件设计 (5) 4.1 无线传感器网络节点组成及工作流程 (5) 4.2 无线传感器网络节点设计 (6) 4.2.1 处理器模块 (7) 4.2.2 通信模块 (8) 4.2.3 能量供应模块 (11) 5.设计流程 (11) 6.心得体会及建议 (15) 6.1 心得体会 (15) 6.2 建议 (15) 7.参考文献 (16)

1.设计要求 无线传感器网络是集成了传感器、嵌入式系统、网络和无线通信四大技术而形成的一种全新的信息获取和处理技术它是一种新型的无基础设施的无线网络能够实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息并对其进行处理、传送到需要这些信息的用户。 2.设计的作用与目的 无线传感器网络在环境、健康、家庭和其他商业领域有广阔的应用前景,在军事、空间探索和灾难拯救等特殊领域有其得天独厚的技术优势。以军事应用为例,传感器网络将会成为C41SRT系统不可或缺的一部分。C41SRT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,并通过网关将数据送至指挥所,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撤向敌方阵地,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、准确地探侧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

无线传感器网络军事应用

一.无线传感器网络简介 1.)发展及简介: 无线传感器网络的构想最初是由美国军方提出的,美国国防部高级研究所计划署(DARPA)于1978年开始资助卡耐基-梅隆大学进行分布式传感器网络的研究,这被看成是无线传感器网络的雏形。从那以后,类似的项目在全美高校间广泛展开,著名的有UC Berkeley的Smart DuST项目,UCLA的WINS项目,以及多所机构联合攻关的SensIT计划,等等。在这些项目取得进展的同时,其应用也从军用转向民用。在森林火灾、洪水监测之类的环境应用中,在人体生理数据监测、药品管理之类的医疗应用中,在家庭环境的智能化应用以及商务应用中都已出现了它的身影。目前,无线传感器网络的商业化应用也已逐步兴起。 无线传感器网络可以看成是由数据获取网络、数据分布网络和控制管理中心三部分组成的。其主要组成部分是集成有传感器、数据处理单元和通信模块的节点,各节点通过协议自组成一个分布式网络,再将采集来的数据通过优化后经无线电波传输给信息处理中心。 2.)无限传感器网络体系结构: 3.)无线传感器网络的主要优势: (1)低成本、高冗余。传感器节点单个价格低廉,可以大批量生产。节点的大规模部署使得无线传感器网络通常具有较高的节点冗余、网络链路冗余以及采集的数据冗余,从而使得系统具有很强的容错能力。 (2)规模大。为了提高网络的可靠性,通常在目标区域内部署大量传感器节点,传感器网络可能包含多达数千甚至上万个传感器节点。传感器网络的大规模性还能够通过不同空间视角获利更大的信噪比,从而提高监测的准确性,这一直是卫星和雷达这类独立系统难以克服的技术问题。 (3)分布式、自组织性。无线传感器网络是由对等节点构成的网络,不存在中

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。

无线传感器网络的基本构成及其应用

无线传感器网络的基本构成及其应用 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、环境监测、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;环境监测;交通

引言 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。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,并且在2010年远景规划和“十五”计划中,将WSN列为重点发展产业之一。 1 WSN的构成 一个典型的无线传感器网络的系统架构包括分布式无线传感器节点(群)、接收发送器汇聚节点、互联网或通信卫星和任务管理节点等,如图1所示。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。

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