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无线传感器节点的限制

无线传感器节点的限制
无线传感器节点的限制

无线传感器节点的限制

1.无线传感器节点结构

无线传感器网络是由大量传感器节点组成的。传感器节点通常用于部署,它的成本低廉、重量轻,同时支持一些基本功能,比如事件检测、分类、追踪以及汇报。每个节点包含一个或多个传感器,嵌人式处理器、低功率雷达,以及供电电池。传感器节点在绝大多数时间保持“沉默”,但一旦监测到数据则立即进人活动状态。所有节点共同合作完成一个共同的任务。传感器节点硬件通信架构的设计必须充分考虑电池方面的限制。一般情况下,节点支持以下功能:动态配置,以支持多种网络功能;节点可以动态配置成网关,普通节点等;远程可编程,以便增加新的功能,比如,支持新的信号处理算法,定位功能,以便确定自己的绝对或者相对位置,比如,利用全球定位系统(globe position system,GPS);支持低功耗的网络传输;支持长距离通信的能力,以便数据传输,比如网关之间的通信。在部署前,只需要少量的预配置。

无线传感器节点是组成无线传感器网络的基本元素,基本上是由数据采集模块、处理器模块、无线通信模块及能源供应模块。此外,还会包括一些应用相关部件,如图所示。

图传感器网络节点的组成

无线传感器节点执行以下操作:

①通过传感器获取数据。

②通过模数转换器(AD/DC)转化成数字形式,传递给处理器模块。

③处理器模块一般是与存储部件紧密结合,根据从数据采集模块和无线通信模块传送过来的数据完成数据融合、节点定位等各种计算功能。在加解密操作中,CPU的计算能力和节点的存储能力(程序代码存储、动态数据存储、公共参数存储等)是必须要考虑的参数,CPU计算与存储器I/O的优化设计会很大程度提高计算效率。

④无线通信模块负责该节点与其他节点或者网络代理等设各之间的无线通信,即无线信号的收发功能,一般被认为是整个结构中耗能最大的部分,从物理层到应用层各层面的设计都要将低能耗作为最主要的设

计目标之一。

⑤能量供应模块在无线传感器节点中至关重要,为传感器节点各部件提供能量。需要长时间数据采集的传感器有的会需要太阳能、人体电能等周边能量收集、无线充电以及移动机器人充电等方式来维持节点的正常运转。节点各部件之间的协同也需要精心设置,如当节点部件工作电压由2.7V降到2.V时,在同样电能的情况下,节点生命周期可能会延长5倍,所以当前根据传感器节点在不同时段的不同工作模式采用动态功率管理、动态电压调度等进行能量管理和控制。

电池的容量决定了传感器节点的寿命。即使使用了环境能量汲取技术,还没有足够的研究表明这种能量供给已经能够满足节点的工作需要。因此一般情况下,我们假设传感器节点的电池容量是有限的,我们必须采用各种手段来降低电池能量的消耗。为了节省能耗,微处理器一般有两种运行模式:运行模式和休眠模式。在休眠模式中,节点能量的消耗要远远小于运行模式。

被测物理信号不同,传感器类型也不同。在不同的应用中,传感器可以采集不同类型的信号,包括振动信号、声音信号、电磁信号、红外信号、雷达信号等。采集的信号一般都是模拟信号,通过一个转换部件将模拟信号转化为数字信号,然后输人到处理单元。数据采集是实时的,但数据传输却不一定是实时的。

传感器节点需要一个嵌人式操作系统来管理各种资源和支持各种应用。操作系统可以选择现有的各种商用嵌人式操作系统,如在WINS NG中就采用微软的Windows CE操作系统,也可以自己开发特定的操作系统,如UC Berkeley为此专门开发了TinyOS操作系统。

2.传感器节点的现实约束

(1)电源能量有限

传感器节点体积微小,通常携带能量十分有限的电池。由于传感器节点数目庞大、成本要求低廉、分布区域广,而且部署环境复杂,有些区域甚至于人员不能到达,所以无线传感器网络节点通过更换电池的方式来补充能量是不现实的。传感器节点消耗能量的模块包括传感器模块、处理器模块和无线通信模块。随着集成电路工艺的进步,处理器和传感器模块的功耗变得很低,绝大部分能量消耗在无线通信模块上,无线通信模块有发送、接收、空闲和睡眠四种状态。无线通信模块在空闲状态一直监听无线信道的使用情况,检查是否有数据发送给自己,而在睡眠状态则关闭通信模块。无线通信模块在发送状态的能量消耗最大,在空闲状态和接收状态能量消耗接近,略少于发送状态的能量消耗,在睡眠状态能量消耗最少。如何让网络通信更有效率,减少不必要的转发和接收,不需要通信时尽快进人睡眠状态,是无线传感器网络协议设计需要重点考虑的问题。

(2)通信能力有限

无线通信的能量消耗与通信距离的关系为:

E=kd n(1)

其中,参数m满足关系2<n<4,n的取值与很多因素有关,例如传感器节点部署的环境,天线的质量等。k是一个常数,d是通信距离。由公式(1)可知,随着通信距离的增加,无线通信的能量消耗将急剧增加。因此,在满足通信连通度的前提下应该尽量减少单跳的通信距离。考虑到传感器节点的能量限制和网络覆盖区域大,无线传感器网络采用多跳路由的传输机制。

(3)计算和存储能力有限

传感器节点通常是一个微型的嵌人式系统,它的处理能力、存储能力和通信能力相对较弱。每个传感器节点兼顾传统网络节点的终端和路由器双重功能。汇聚节点的处理能力、存储能力和通信能力相对较强。它连接传感器网络和外部网络,实现两种协议栈之间的通信协议转换,同时发布管理节点的监测任务,并把收集到的数据转发到外部网络上。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

基于无线传感器网络的环境监测系统设计与实现

南京航空航天大学 硕士学位论文 基于无线传感器网络的环境监测系统设计与实现 姓名:耿长剑 申请学位级别:硕士 专业:电路与系统 指导教师:王成华 20090101

南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是一种集成了计算机技术、通信技术、传感器技术的新型智能监控网络,已成为当前无线通信领域研究的热点。 随着生活水平的提高,环境问题开始得到人们的重视。传统的环境监测系统由于传感器成本高,部署比较困难,并且维护成本高,因此很难应用。本文以环境温度和湿度监控为应用背景,实现了一种基于无线传感器网络的监测系统。 本系统将传感器节点部署在监测区域内,通过自组网的方式构成传感器网络,每个节点采集的数据经过多跳的方式路由到汇聚节点,汇聚节点将数据经过初步处理后存储到数据中心,远程用户可以通过网络访问采集的数据。基于CC2430无线单片机设计了无线传感器网络传感器节点,主要完成了温湿度传感器SHT10的软硬件设计和部分无线通讯程序的设计。以PXA270为处理器的汇聚节点,完成了嵌入式Linux系统的构建,将Linux2.6内核剪裁移植到平台上,并且实现了JFFS2根文件系统。为了方便调试和数据的传输,还开发了网络设备驱动程序。 测试表明,各个节点能够正确的采集温度和湿度信息,并且通信良好,信号稳定。本系统易于部署,降低了开发和维护成本,并且可以通过无线通信方式获取数据或进行远程控制,使用和维护方便。 关键词:无线传感器网络,环境监测,温湿度传感器,嵌入式Linux,设备驱动

Abstract Wireless Sensor Network, a new intelligent control and monitoring network combining sensor technology with computer and communication technology, has become a hot spot in the field of wireless communication. With the improvement of living standards, people pay more attention to environmental issues. Because of the high maintenance cost and complexity of dispose, traditional environmental monitoring system is restricted in several applications. In order to surveil the temperature and humidity of the environment, a new surveillance system based on WSN is implemented in this thesis. Sensor nodes are placed in the surveillance area casually and they construct ad hoc network automatieally. Sensor nodes send the collection data to the sink node via multi-hop routing, which is determined by a specific routing protocol. Then sink node reveives data and sends it to the remoted database server, remote users can access data through Internet. The wireless sensor network node is designed based on a wireless mcu CC2430, in which we mainly design the temperature and humidity sensors’ hardware and software as well as part of the wireless communications program. Sink node's processors is PXA270, in which we construct the sink node embedded Linux System. Port the Linux2.6 core to the platform, then implement the JFFS2 root file system. In order to facilitate debugging and data transmission, the thesis also develops the network device driver. Testing showed that each node can collect the right temperature and humidity information, and the communication is stable and good. The system is easy to deploy so the development and maintenance costs is reduced, it can be obtained data through wireless communication. It's easy to use and maintain. Key Words: Wireless Sensor Network, Environment Monitoring, Temperature and Humidity Sensor, Embedded Linux, Device Drivers

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。

无线传感器网络课后习题'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:

(中文)基于无线传感器网络桥梁安全监测系统

基于无线传感器网络的桥梁安全检测系统 摘要 根据桥梁监测无线传感器网络技术的桥梁安全监测系统,以实现方案的安全参数的需要;对整个系统的结构和工作原理的节点集、分簇和关键技术,虽然近年来在无线传感器网络中,已经证明了其潜在的提供连续结构响应数据进行定量评估结构健康,许多重要的问题,包括网络寿命可靠性和稳定性、损伤检测技术,例如拥塞控制进行了讨论。 关键词:桥梁安全监测;无线传感器网络的总体结构;关键技术 1 阻断 随着交通运输业的不断发展,桥梁安全问题受到越来越多人的关注。对于桥梁的建设与运行规律,而特设的桥梁检测的工作情况,起到一定作用,但是一座桥的信息通常是一个孤立的片面性,这是由于主观和客观因素,一些桥梁安全参数复杂多变[1]。某些问题使用传统的监测方法难以发现桥梁存在的安全风险。因此长期实时监测,预报和评估桥梁的安全局势,目前在中国乃至全世界是一个亟待解决的重要问题。 桥梁安全监测系统的设计方案,即通过长期实时桥跨的压力、变形等参数及测试,分析结构的动力特性参数和结构的评价科关键控制安全性和可靠性,以及问题的发现并及时维修,从而确保了桥的安全和长期耐久性。 近年来,桥梁安全监测技术已成为一个多学科的应用,它是在结构工程的传感器技术、计算机技术、网络通讯技术以及道路交通等基础上引入现代科技手段,已成为这一领域中科学和技术研究的重点。 无线传感器网络技术,在桥梁的安全监测系统方案的实现上,具有一定的参考价值。 无线传感器网络(WSN)是一种新兴的网络科学技术是大量的传感器节点,通过自组织无线通信,信息的相互传输,对一个具体的完成特定功能的智能功能的协调的专用网络。它是传感器技术的一个结合,通过集成的嵌入式微传感器实时监控各类计算机技术、网络和无线通信技术、布式信息处理技术、传感以及无线发送收集到的环境或各种信息监测和多跳网络传输到用户终端[2]。在军事、工业和农业,环境监测,健康,智能交通,安全,以及空间探索等领域无线传感器网络具有广泛应用前景和巨大的价值。 一个典型的无线传感器网络,通常包括传感器节点,网关和服务器,如图1

无线传感器的定向扩散

无线传感器的定向扩散 摘要:在处理器,内存,和无线电技术的发展,使传感节点小型化,更便宜,方便通信和计算。这些节点的网络协调,执行环境现象的分布式传感。在本文中,我们探索定向扩散模式这种协调。定向扩散是在所有数据中心沟通是命名的数据。在所有节点定向扩散基于网络的应用程序知道。这使扩散节约能源和实现路径选择经验好在网络(例如,数据汇总)的数据高速缓存和处理。我们了解和评估使用定向扩散一个简单的远程监视传感器网络的分析和实验。我们的评估表明,定向扩散可以实现显着的节能效果和可以超越理想化传统的计划(例如,无所不知组播)下调查的情景。 索引项,数据汇总,数据中心的路由,分布式传感,网络处理,无线传感器网络 第一章绪论 在不久的将来,在处理器,内存和进步无线电技术将能够使小型和廉价的的节点无线通信和计算显著。“除了感知能力等设备将使分布式microsensing的一个活动的集合节点进行协调,以实现一个更大的检测任务可能。这种技术可以彻底改变信息收集在许多情况下,处理。大型,动态变化,强大的传感器网络,可以部署在荒凉的物理环境,如远程地理地区或有毒的城市地区。他们还将使低维护传感更良性的,但不容易获得,环境,如大型工业厂房和飞机内饰等。为了激励我们的研究,认为这是简化模型这种传感器网络将如何工作。人类的一个或多个运营商姿势,网络中的任何节点,问题的形式:“多少行人,你观察到的地理区域X?“或”是在什么方向,是该车辆的地区?移动呢?“这些传感器在指定的查询结果负责区域开始收集信息。一旦单个节点检测到行人或车辆的运动,他们可能会与邻近的节点来消除歧义位置行人或车辆的运动方向。其中的一个节点可能报告人为操作的结果。 出于稳健性,缩放,和能源效率的要求,本文探讨一个新的数据传播范式这种传感器网络。这一范式,我们称之为1定向扩散,是数据中心。由传感器产生的数据节点的命名属性- 值对。一个节点请求数据命名的数据发送的利益。数据匹配的利益然后是“画”下朝着这个节点。中间节点可高速缓存,或转换数据,并可能直接根据先前的利益缓存数据第二节。 使用这种通信范式,我们的例子中,可能会实现如下。人为操作的查询将转化为分散的利益(例如,广播,时地理路由)向地区X或Y节点一个节点接收到该地区的利益,它会激活及其传感器开始收集有关行人的信息。当传感器报告行人的存在,这个信息返回沿着反向路径的利益传播。中级节点可能会汇总数据,例如,更准确地查明结合报告从几个行人的位置传感器。定向扩散的一个重要特征是,兴趣和数据传播和聚集确定(邻居之间的消息交换的本地化相互作用在一些附近或节点)。 定向扩散显著,从不同风格的IP确定终点节点通信和节点间通信的基础上分层年底结束 内网提供的送货服务。在本文中,我们描述了定向扩散和说明的一个例子这种传感器查询传播和处理的范式。我们表明,通过定向扩散,可以实现强大的多路径交付,经验适应一小部分网络路径,并取得显着的节能效果中间节点聚合反应查询(第四部分)。我们还实施了几个小的定向扩散传感器平台;我们描述的实施设计和我们的经验,在第五 在本文中,我们概述了定向扩散的范例,解释它的主要特点,并描述一个特殊的例子在一些细节一个跟踪车辆的定向扩散的范例传感器网络(第二部分),我们指定的地方性法规实现所需的利息和数据传播的行为,这样做,我们将展示如何定向扩散模式不同于传统的网络上

基于无线传感器网络的智能交通系统的设计

一、课题研究目的 针对目前中国的交叉路口多,车流量大,交通混乱的现象研究一种控制交通信号灯的基于无线传感器的智能交通系统。 二、课题背景 随着经济的快速发展,生活方式变得更加快捷,城市的道路也逐渐变得纵横交错,快捷方便的交通在人们生活中占有及其重要的位置,而交通安全问题则是重中之重。据世界卫生组织统计,全世界每年死于道路交通事故的人数约有120 万,另有数100 万人受伤。中国拥有全世界1. 9 %的汽车,引发的交通事故占了全球的15 % ,已经成为交通事故最多发的国家。2000 年后全国每年的交通事故死亡人数约在10 万人,受伤人数约50万,其中60 %以上是行人、乘客和骑自行车者。中国每年由于汽车安全方面所受到的损失约为5180 亿(人民币),死亡率为9 人/ 万·车,因此,有效地解决交通安全问题成为摆在人们面前一个棘手的问题。 在中国,城市的道路纵横交错,形成很多交叉口,相交道路的各种车辆和行人都要在交叉口处汇集通过。而目前的交通情况是人车混行现象严重,非机动车的数量较大,路口混乱。由于车辆和过街行人之间、车辆和车辆之间、特别是非机动车和机动车之间的干扰,不仅会阻滞交通,而且还容易发生交通事故。根据调查数据统计,我国发生在交叉口的交通事故约占道路交通事故的1/ 3,在所有交通事故类型中居首位,对交叉口交通安全影响最大的是冲突点问题,其在很大程度上是由于信号灯配时不合理(如黄灯时间太短,驾驶员来不及反应),以及驾驶员不遵循交通信号灯,抢绿灯末或红灯头所引发交通流运行的不够稳定。随着我国经济的快速发展,私家车也越来越多,交通控制还是延续原有的定时控制,在车辆增加的基础上,这种控制弊端也越来越多的体现出来,造成了十字交叉路口的交通拥堵和秩序混乱,严重的影响了人们的出行。智能交通中的信号灯控制显示出了越来越多的重要性。国外已经率先开展了智能交通方面的研究。 美国VII系统(vehicle infrastructure integration),利用车辆与车辆、车辆与路边装置的信息交流实现某些功能,从而提高交通的安全和效率。其功能主要有提供天气信息、路面状况、交叉口防碰撞、电子收费等。目前发展的重点主要集中在2个应用上: ①以车辆为基础; ②以路边装置为基础。欧洲主要是CVIS 系统(cooperative vehicle infrastructure system)。它有60 多个合作者,由布鲁塞尔的ERTICO 组织统筹,从2006 年2 月开始到2010年6月,工作期为4年。其目标是开发出集硬件和软件于一体的综合交流平台,这个平台能运用到车辆和路边装置提高交通管理效率,其中车辆不仅仅局限于私人小汽车,还包括公共交通和商业运输。日本主要的系统是UTMS 21 ( universal traffic management system for the 21st century , UTMS 21)。是以ITS 为基础的综合系统概念,由NPA (National Police Agency) 等5个相关部门和机构共同开发的,是继20 世纪90 年代初UTMS 系统以来的第2代交通管理系统,DSSS是UTMS21中保障安全的核心项目,用于提高车辆与过街行人的安全。因此,从国外的交通控制的发展趋势可以看出,现代的交通控制向着智能化的方向发展,大多采用计算机技术、自动化控制技术和无线传感器网络系统,使车辆行驶和道路导航实现智能化,从而缓解道路交通拥堵,减少交通事故,改善道路交通环境,节约交通能源,减轻驾驶疲劳等功能,最终实现安全、舒适、快速、经济的交通环境。

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

无线传感器网络技术试题

无线传感器网络技术试 题 Company Document number:WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998

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。 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. 4.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,下列哪种不是。D A.星型结构、B网状结构C簇树型结构D树形结构 5.下面不是传感器网络的支撑技术的技术。B A.定位技术B节能管理C时间同步D数据融合 6.下面不是无线传感器网络的路由协议具有的特点D A.能量优先 B.基于局部拓扑信息 C.以数据为中心 D预算相关 7.下面不是限制传感器网络有的条件C A电源能量有限 B通信能力受限 C环境受限 D计算和存储能力受限

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

《无线传感器网络》试题.

《无线传感器网络》试题 一、填空题(每题4分,共计60分) 1、传感器网络的三个基本要素:传感器,感知对象,观察者 2、传感器网络的基本功能:协作地感知、采集、处理和发布感知信息 3、无线传感器节点的基本功能:采集、处理、控制和通信等 4、传感器网络常见的时间同步机制有: 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,可以分为以下四种: :直接序列扩频、跳频、跳时、宽带线性调频扩频 7、定向扩散路由机制可以分为三个阶段:周期性的兴趣扩散、梯度建立和路径加强 8、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 9、无线传感器网络的关键技术主要包括:网络拓扑控制、网络协议、时间同步、定位技术、数据融合及管理、网络安全、应用层技术等 10、IEEE 802.15.4标准主要包括:物理层和MAC层的标准 11、简述无线传感器网络后台管理软件结构与组成:后台管理软件通常由数据库、数据处理引擎、图形用户界面和后台组件四个部分组成。 12、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、无线传感器网络可以选择的频段有:868MHZ、915MHZ、2.4GHZ 5GHZ

14、传感器网络的电源节能方法:休眠机制、数据融合等, 15、传感器网络的安全问题:(1) 机密性问题。(2) 点到点的消息认证问题。(3) 完整性鉴别问题。 16、802.11规定三种帧间间隔:短帧间间隔SIFS,长度为28 s 、点协调功能帧间间隔PIFS长度是SIFS 加一个时隙(slot)长度,即78 s 分布协调功能帧间间隔DIFS ,DIFS长度=PIFS +1个时隙长度,DIFS 的长度为128 s 17、任意相邻区域使用无频率交叉的频道是,如:1、6、11频道。 18、802.11网络的基本元素SSID标示了一个无线服务,这个服务的内容包括了:接入速率、工作信道、认证加密方法、网络访问权限等 19、传感器是将外界信号转换为电信号的装置,传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成 20、传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分组成 二、基本概念解释(每题5分,共40分) 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。

自获取能量的水质监测无线传感器网络高速网关节点装置

自获取能量的水质监测无线传感器网络高速网关节点装置 说明书摘要 本实用新型公开了特大面积水质监测无线传感器网络网关节点装置,它由通信模块1,处理器模块2,远程数据获取模块3,电源模块4组成。通过GPRS与Internet连接,实现低成本,高可靠性的水质监控。本实用新型的网关节点,传输速度快,抗干扰能力强,且能高效获取和存储能量,实现无线传感器网络网关节点长寿命工作。 权利要求书 1.一种特大面积水质监测的无线传感器网络的网关节点由通信模 块1,处理器模块2,远程数据获取模块3与电源模块4组成, 且通过GPRS与Internet连接,实现低成本,高可靠性的特大面 积水质监控。 2.处理器模块2,选用AT91RM9200芯片,并移植Linux操作系统,实现网关节点高速传输,且抗干扰能力强。 3.本实用新型,以太阳能光伏电池为主能源向网关节点供电,同时 向锂电池充电;以微型风力发电机作为辅助能源,向超级电容器 充电,当超级电容器两端电压达到高阈值电压时开始作为主能源 向网关节点供电,并快速向锂电池充电。 说明书 自获取能量水质监测无线传感器网络高速网关节点装置。 技术领域 本实用新型应用于江河、湖泊与水库等特大面积水产养殖水质监测无线传感器网关节点装置。 背景技术 在特大面积水产养殖的水质监测中,由于要同时且实时监测七个水质参数,当监测点布置的无线传感器节点数目达到一定数量时,必须提高网关节点的传输速度,增强网关节点的可靠性与抗干扰能力。 实用新型内容 本实用新型的无线传感器网络网关节点装置,通过下述技术方案予以实现。 由通信模块1接收水质监测无线传感器网络节点传输来的水质参数数据,该模块主要由CC 2430射频收发模块为主组成,CC2430内嵌入固化的ZigBee协议,将接收到的数据送入处理器模块2,处理器选用ARM9,处理器应用Linux 操作系统,处理器驱动远程数据获取模块3主要由GPRS芯片等构成,实现与Internet网联接。电源模块4负责供给各组成模块的电源,保证其正常工作,该模块由太阳能光伏电池和风能发电机组成的双生能器件以及由锂电池和超级电容器组成的双储能器件,电源模块除保证网关节点正常工作外,还高效、合理将

基于无线传感器网络的室内监控系统

30 无线传感器网络集传感器技术、微机电系统(MEMS)技术、无线通信技术、嵌入式计算技术和分布式信息处理技术于一体,它由部署在监测区域内大量的微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个网络系统,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。无线传感器网络因其具有成本低、能耗小等特点,已经展现了非常广阔的应用前景,参考文献[1]和参考文献 [2]中分别介绍了其在农业与医药学领域的应用。2003年MIT技术评论Technology Review在预测未来技术发展的报告中,将其列为改变世界的十大新技术之一。 随着社会经济的发展及生活条件的改善,人们对工作和生活环境的安全性和舒适度提出了更高的要求,而室内环境与人们的生活与工作息息相关,因此室内环境的监测与控制引起了人们越来越多的关注。为了实现各式各样的生活与工作要求,室内环境的结构也是多种多样的,正是这种结构复杂多样性及区域差异性,给室内环境的监测与控制带来了诸多挑战。但是,随着无线传感器网络技术的发展及应用,这些挑战均迎刃而解。 1 系统工作原理 系统的监控功能主要利用了无线传感器网络技术来实现。系统分为三个部分,分别为监控节点、 下位机和上位机。系统结构如图1所示: 图1 系统结构示意图 监控节点:作为无线传感器网络的基本组成部分,它可以利用搭载的多种传感器来获取室内的环境参数,通过微机电系统将这些参数进行数字化处理,并打包通过无线通讯模块发送至下位机。 下位机:作为无线传感器网络的中心节点,下位机起着承上启下的作用。它既能够通过无线通讯模块与诸传感器节点通讯,又能通过串口与上位机实现信息交互,最终实现了传感器节点与上位机的协调。 上位机:作为无线传感器网络的“大脑”,上位机负责整个传感器网络的正常运行。通过对下位机呈递的数据包进行解码,上位机能够提取各环境参数信息,并将其图形化显示。此外,通过设置环境参 数阈值,上位机可以实现整个系统的自动控制。 基于无线传感器网络的室内监控系统 张新耀 冯启朋 霍 鹏 王亚慧 (中国海洋大学信息科学与工程学院,山东 青岛 266100) 摘要: 室内环境与人的生活、工作密切相关,一般具有结构复杂及区域差异性大的特点。无线传感器网络是由具有感知能力、计算能力、无线通讯能力的传感器节点组成的智能网络,可以有效地监测环境参数变化,并能够对环境异常做出实时处理,从而实现复杂环境下的分区域环境监控,由此设计了一套基于无线传感器网络(WSN)的智能室内监控系统。文章通过对整个系统的设计方法、软硬件实现及系统测试结果进行了分析研究,最终证明了由无线传感器网络构成的系统可以高效地实现室内环境监控的任务。关键词: 无线传感器网络;室内监控系统;环境监控;环境参数中图分类号: TP393 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2012)30-0030-032012年第30期(总第237期)NO.30.2012 (CumulativetyNO.237)

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