摘要
无线传感器网络（WSN，Wireless Sensor Network）是近年来迅速发展并受到普遍重视的新型网络技术，它的出现和发展给人类的生活和生产的各个领域带来了深远的影响。无线传感器网络节点定位技术是无线传感器网络应用研究的基础。目前，已有多种定位技术被应用于室内定位中，尤其是基于接收信号强度（RSSI，Received Signal Strength Indication）的定位技术以其低功耗、低成本、易于实现等优点，得到了无线传感器网络研究学者们的青睐。
本文重点研究了基于RSSI的室内定位的关键技术，主要包括定位模型分析和定位算法设计。首先，为了获得较为精确的定位，根据RSSI测距原理和无线信号传播衰减模型在设定的室内环境进行多次实验，通过计算及均值处理等方法反复调整以获得标准的定位模型参数，得到高精度的等效距离。接着，根据三边定位算法原理简化定位算法，建立更为简单的定位模型，采用双边定位得到两个可能的定位点，再利用RSSI测距原理对两个定位点进行择优选择确定定位点。最后，在Arduino开发平台上对参考节点与未知节点这两类iDuino节点的室内定位模型进行了软件开发设计和程序开发。在设定的室内环境部署iDuino节点，搭建实验定位模型，并实现了定位。
关键词：无线传感器网络，节点，室内定位，RSSI，Arduino
ABSTRACT
Wireless sensor network (WSN) is developed rapidly and universally emphasized as a new network technology in recent years, the advent and development of WSN have had a profound and lasting impact on the life and all areas of production of human beings. Wireless nodes localization technology is the basis in the application and studies of wireless sensor network. There are a variety of positioning technology have been used in indoor location at present, especially the based on RSSI (received signal strength) positioning technology gets a great preference from many scholars of studies of wireless sensor network with the advantages of low power consumption, low cost and easy to realize.
This paper mainly studies the key technology of indoor positioning based on RSSI, which mainly includes the positioning model analysis and positioning algorithm design. First, in order to obtain more accurate positioning, we perform several experiments according to the RSSI ranging principle and wireless signal propagation attenuation model in the setting of indoor environment, and get accurate positioning model parameters and equivalent distance by the methods of calculation and mean processing. Then, we simplify Trilateral Localization Algorithm to Bilateral Location Algorithm and establish a simpler positioning model, with which we can get two nodes of possible location, and determine the better node according to the RSSI ranging principle. At last, we make software designing and programming of these nodes that are anchor nodes and nodes of unknown on the Arduino development platform. Combined with the indoor environment we selected, we deploy the iDuino nodes and then build location model, with which we implement the location.
KEY WORDS：Wireless Sensor Network，Nodes，Indoor Location，RSSI，Arduino
目录
第一章绪论 (1)
1.1选题目的与意义 (1)
1.2研究背景 (2)
1.2.1 国内外研究状况 (2)
1.2.2 室内定位技术 (4)
1.2.3 无线传感器网络操作系统 (6)
1.3论文章节安排 (8)
第二章无线传感器网络定位技术 (8)
2.1无线传感器网络结构 (8)
2.1.1 无线传感器网络体系结构 (8)
2.1.2 无线传感器节点结构 (9)
2.1.3 无线传感器网络的协议栈 (10)
2.2无线传感器网络的定位机制 (11)
2.2.1 基于测距的定位技术 (11)
2.2.2 与距离无关的定位技术 (13)
2.3常用的室内节点定位算法 (13)
2.3.1 三边测量法 (13)
2.3.2 三角测量法 (15)
2.3.3 极大似然估计算法 (15)
2.3.4 DV-Hop定位算法 (16)
2.3.5 APIT定位算法 (16)
2.3.6 加权质心算法 (17)
2.4定位系统和算法的性能评价标准 (18)
第三章基于RSSI的室内定位模型分析及算法设计 (18)
3.1RSSI测距原理 (19)
3.1.1 无线信号传播损耗模型 (19)
3.1.2 RSSI测距模型[18] (20)
3.2RSSI测距实验 (21)
3.3基于RSSI的三边定位简化算法 (25)
第四章基于IDUINO节点的室内定位系统的实现 (29)
4.1I D UINO节点简介[19] (29)
4.2节点部署模型设计 (32)
4.3程序设计 (33)
4.3.1 节点逻辑设计[2,19] (33)
4.3.2 Arduino程序体系结构及程序语言基础[2,20] (34)
4.3.3 节点程序设计 (38)
4.4定位实验 (44)
第五章总结与展望 (46)
参考文献 (48)
致谢 (50)
毕业设计小结 (51)
附录 (52)
第一章绪论
1.1 选题目的与意义
从21世纪初开始，物联网（Internet of Things）的概念和技术在全球得到高度重视。物联网是互联网的应用拓展，它通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，把传感器、控制器、机器、人和物等通过新的方式联系在一起，形成物与物、人与物联系，实现信息化、远程管理控制和智能化网络，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮[1]。国内外各大企业和高效开始将目光由传统的通信行业转向了物联网行业[2]，而与物联网密切关联，基于大量具有通信功能的微型传感器构成的无线传感器网络也成为了国内外关注的热点。
WSN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被感知对象的信息，并发送给观察者。随着微电子和微系统(Micro-Electro-Mechanism System，MEMS) 、片上系统（System on Chip，SOC）、无线通信以及低功耗嵌入式技术的快速发展，无线传感器网络（WSN）在军事应用、目标追踪、环境监测、医疗保健、空间探索等领域都得到广泛的应用，为信息感知带来了一场新变革，使得物与物、人与物、人与人之间，甚至人身的交互感知更方便[2]。
传感器节点是无线传感器网络（WSN）的基本单位，节点的位置信息是WSN 应用的基础，不能确定位置信息的节点所得到的监测数据是没有任何意义的，因而节点定位技术在WSN中具有举足轻重的地位。
由美国国防部领导下的卫星导航联合计划局（JPO）主导研究的全球定位系统（Global Positioning System，GPS）是目前应用最广泛和成功的定位技术。GPS在许多嵌入式系统中被用于定位服务，如手机、导航系统或笔记本电脑等。虽然GPS能提供高精度的位置信息，但对于大多数的WSN应用并不适用。首先，现有的GPS部件非常昂贵。其次，GPS耗能高，将有可能对WSN生存期产生额外的约束。另外，WSN通常是静止的，定位协议可能只需要在网络初始化周期执行。因此，GPS可能不能实现有效的成本效益[3]。GPS主要应用于船舶、汽车、飞机等运动物体进行定位导航，只适合于在户外使用。在室内场合，由于建筑布局复杂、场景特定、再加上人员活动等不确定随机因素，存在着多径效应和非视距传输的影响，使得室内信道环境复杂，微波信号衰减厉害、测量误差大，GPS并不适用。而基于IEEE 802.11协议的无线局域网（Wireless Local Area Network，
WLAN ）的定位技术已经取得了巨大的研究成果，尤其是近年来基于多种简单定位机制和算法，技术相对简单，低成本、低功耗、自组织的WSN 定位技术得到了科研人员的重视和大量研究，具有很好的应用前景。
图1-1列举了WSN 的主要应用[3]。
图1-1 WSN 的应用类别和举例
现代社会人们对生产生活中的安防和智能化的需求越来越高，精确的定位技术在许多室内场景的实用性和必要性已经日趋显著[4]。在一些公共场所，例如购物超市、展览厅、办公室、图书馆、地下停车场、监狱等，人们都需要精确的定位信息[2]。精确的室内定位信息能够实现高效的空间利用，为人们的生活带来了诸多便利。例如在医院进行医护人员与患者监控管理，药品和医疗设备管理。如果有病人发生意外，定位系统就可以确定患者位置并通知最近的医护人员，进行紧急处理；在图书馆布置带有温度和烟雾浓度的感知系统，如果发生火灾系统能够及时向监控中心报告火灾的具体位置；在超市，可以通过对消费情况的监控来对商品优化摆放，减少消费者寻找时间以及减轻拥堵情况[4]等等。因此，室内定位技术应用前景广阔，具有极大的研究价值和市场需求。
1.2 研究背景
1.2.1 国内外研究状况
无线传感器网络的研究最初起源于美国军方，其研究的项目包括CEC 、REMBASS 、TRSS 、Sensor IT 、WINS 、Smart Dust 、SeaWeb 、μAMPS 、NEST
等[5]。美国国防部远景计划研究局已经投资几千万美元，帮助无线传感器网络技术的研发。美国国家自然基金委员会（NSF ）也开设了大量与其相关的项目，如：2003年制定了无线传感器网络研究计划，每年拨款3400
万美元支持相关研究项
目，并在加州大学洛杉矶分校成立了传感器网络研究中心；2005年对网络技术和系统的研究计划中，主要研究下一代高可靠、安全的可扩展的网络、可编程的无线及传感器系统的网络特性，资助金额达4000万美元。此外，美国交通部、能源部、美国国家航空航天局也相继启动了相关的研究项目。
美国所有著名的院校几乎都从事传感器网络相关技术的研究，如加州大学洛杉矶分校、康奈尔大学、麻省理工学院和加州伯克利分校等都先后开展了传感器网络方面的研究工作。加拿大、英国、德国、芬兰、日本和意大利等国家的研究机构都先后开始了无线传感器网络的研究。欧盟第6个框架计划将“信息社会技术”作为优先发展的领域之一，其中多处涉及对无线传感器网络的研究。日本总务省在2004年3月成立了“泛在传感器网络”调查研究会。韩国信息通信部制定了信息科技839战略，其中“3”是指IT产业的3大基础设施，即宽带融合网络、泛在传感器网络、下一代互联网协议。企业界中欧盟的Philips、Siemens、Ericsson、ZMD、France、Chipcon等公司，日本的NEC、OKI、Skyleynetworks、世康、欧姆龙等公司都开展了无线传感器网络的研究。
我国对无线传感器网络的研究起步较晚[6]，首次正式启动出现于1999年中国科学院《知识创新工程点领域方向研究》的“信息与自动化领域研究报告”中，无线传感器网络是该领域的五大重点项目之一。2001年，中国科学院依托上海微系统与信息技术研究所成立微系统研究与发展中心，旨在引领中国科学院无线传感器网络的相关工作。
在一份我国未来20年预见技术的调查报告中，信息领域157项技术课题中有7项与传感器网络直接相关[6]。2006年初发布的《国家中长期科学与技术发展规划纲要》为信息技术定义了三个前沿方向，其中两个与无线传感器网络的研究直接相关，即智能感知技术和自组织网络技术。我国2010年远景规划和“十五”计划中，就已经将无线传感器网络列为重点发展产业之一[2,7]。2012年教育部也将无线传感器网络纳入科研重点项目[7]。近年来，国家自然科学基金委员会对无线传感器网络相关的研究课题给予了大力资助，大量关于无线传感器网络的国家自然科学基金研究项目赫然在列。国家863高技术发展也设立了专项基金，以资助无线传感器网络技术的研究工作。
从20世纪90年代起，国内外许多高校和研究机构开始了室内定位技术的研究，也出现了一些成熟的室内定位系统。例如Active Badges[11]、Active Bats、Cricket[12]、RADAR[13]等。Active Badges与Active Bats定位系统都是由AT&T 研发的。Active Badges定位系统采用红外通信技术来定位，但红外信号存在直线视距和传输距离较短等缺点，另外系统需要布置多个基站，这提高了系统的复杂度和维护成本，降低了系统的可扩展性。而Active Bats定位系统使用超声波（time of flight，TOF）技术来实现定位，相对于Active Badges定位系统其精度更高，可扩展性较好，且易于部署，但成本较高。由MIT提出的Cricket
系统采用了超声波技术并根据TDOA（Time Difference Of Arrival）原理来实现定位，其定位精度高，但需要昂贵的硬件设备来支持，并且系统功耗大。RADAR 系统是由Microsoft公司开发的，它是基于IEEE 802.11 WLAN的室内无线射频定位系统，采用经验测试和信号传播模型相结合的定位系统。RADAR系统易于安装，基站少，但定位系统必须处于无线局域网中，这样，在网络的规模和电源功能方面将是一大限制[2]。
1.2.2 室内定位技术
因此，红外线只适合短距离传播，而且容易被荧光灯或者房间内的灯光干扰，在精确定位上有局限性。
（二）无线射频识别技术（RFID）[9]
RFID，又称为电子标签，是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预，作为条形码的无线版本存在。RFID的主要核心部件是读写器（reader）和电子标签(tag)，通过相距几厘米到几米距离的读写器发射的无线电波来读取电子标签内存储的信息，识别电子标签代表的物品、人和器具的身份。 RFID电子标签分为无源标签（Passive Tag）和有源标签（Active Tag）两种，无源标签由感应到的电磁波反馈电能，有源标签需要电池供电，用来存储被识别对象的数据信息。RFID读写器通过天线与RFID电子标签进行无线通信。目前RFID已经被广泛用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。
（三）无线蓝牙技术（Wireless Bluetooth）[10]
蓝牙（Bluetooth）技术是由爱立信、诺基亚、Intel、IBM和东芝五家公司于1998年5月共同提出开发的。蓝牙技术的本质是设备间的无线连接，主要用于通信与信息设备。近年来，在电声行业中也开始使用蓝牙技术。一般情况下，蓝牙的工作范围在10m半径之内，在此范围内，可进行多台设备间的互联。
蓝牙技术的特点主要有：
?采用调频技术，数据包短，抗信号衰减能力强；
?用快速跳频和前向纠错方案以保证链路稳定，减少同频干扰和远程传输噪声；
?使用2.4GHz ISM频段，无需申请许可证；
?可同时支持数据、音频、视频信号；
?采用FM调制方式，降低了设备的复杂性。
蓝牙技术最大的优点是设备小[2]，易于集成在PDA、电脑和手机中，所以它很受欢迎。但是由于蓝牙传感器不能在10s的循环工作模式中保持5s的查询模式，所以非专门设计的蓝牙设备不适合实时定位。并且蓝牙器材和设备比较昂贵，对于复杂的室内环境，蓝牙系统的稳定性稍差，受噪声干扰大。
（四）ZigBee[8]
ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，它介于无线射频识别技术和无线蓝牙技术之间，也可以用于室内定位。应用ZigBee技术的室内定位系统是通过在传感器网络中布置参考节点和移动节点。参考节点为静态节点，他们发送位置信息和RSSI给移动待测节点，该节点将数据写入定位模板，分析计算得到自身位置。该系统常采用分布式节点设置，可以减少网络数据的工作量和通信延迟的问题。ZigBee最显著的技术特点是它的低功耗和低成本。
（五）超宽带技术（Ultra Wideband，UWB）[2]
超宽带技术是一种全新的、与传统通信技术有极大差异的通信新技术。它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或以下的极窄脉冲来传输数据，从而具有GHz级的宽带。超宽带可用于精确定位，例如战场士兵位置发现、机器人轨迹追踪等。
超宽带系统与传统的窄带系统相比，具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。因此，超宽带技术可以应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航，且能提供十分精确的定位精度。
（六）超声波技术（Ultrasound）[8]
超声波定位目前大多数采用反射式测距法。系统由一个主测距器和若干个小电子标签组成，主测距器可放置于移动机器人本体上，各个电子标签放置于室内空间的固定位置。定位过程如下：光由上位机发送同频率的信号给各个电子标签，电子标签接收到后又发射传输给主测距器，从而可以确定各个电子标签到主测距器之间的距离，并得到定位坐标。超声波定位的精度比较高，但由于多径效应和非视距传播的影响，超声波在传输过程中衰减较大。为避免此情况则需要大量底层硬件基础设施投资，这大大地提高了成本。
（七）WLAN/Wi-Fi[10]
Wi-Fi是一种可以将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。Wi-Fi无线网络是由AP（Access Point）和无线网卡组成的无线网络。在开放性区域，其通信距离可达305m；在封闭性区域，其通信距离为
76~122m。Wi-Fi方便与现有的有线以太网络整合，组网的成本更低。它具有无线电波覆盖范围广、速度快、可靠性高、无需布线、健康安全等优点。
1.2.3 无线传感器网络操作系统
随着无线传感器网络的深入发展，目前已经出现了多种适合于无线传感器网络应用的操作系统[9]，如Tiny OS[21,22,26]、Mantis OS[22,30,31]、Contiki OS[23,32]等。
Tiny OS是一个典型的无线传感器网络操作系统。它采用一种基于组件（component-based）的开发方式，能够快速实现各种应用。 Tiny OS系统、库程序和应用服务均由nesC语言编写。Tiny OS的很多特性，如并发模型、组件结构等都是由nesC语言体现的。nesC是一种开发组件式结构程序的语言，采用C语言风格的语言，其语法是对标准C语法的扩展。nesC除了支持Tiny OS的并发模型，也使得组织、命名和连接组件称为健壮的嵌入式网络系统的机制[9,15]。
Mantis OS是一种无线传感器网络系统，它的内核和API采用标准C语言，提供Linux和Windows开发环境，易于用户使用。Mantis OS提供抢占式任务调度器，采用节点循环休眠策略来提高能量利用率。它提供集成的硬件和软件平台，适用于
广泛的传感器网络应用程序，是一个多模型系统，可以进行频率通信，适合多任务传感器节点，可以动态地重新编程[9,25]。
Contiki OS是一个开源的、高度可移植的多任务操作系统，适用于联网嵌入式系统和无线传感器网络，是由瑞典计算机科学学院研究开发出来的。它支持IPv6，可以很方便地和已有网络互联，并且支持的架构广泛，功能强大，可以满足复杂应用的需求[19]。Contiki OS完全采用C语言开放，可移植性非常好，对硬件的要求极地，能够运行在各种类型的微处理器及电脑上。
近年来，作为物联网开发领域三大开源软件平台之一的Arduino被广泛地运用于传感器节点的设计中。Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型台，它包含硬件（各种类型的Arduino板）和软件（Arduino IDE）。Arduino不仅仅是全球流行的开源硬件，也是一个优秀的硬件开发平台，更是硬件开发的趋势。Arduino简单的开发方式使得开发者更关注创意与实现，更快的完成自己的项目开发，大大节省了学习的成本，缩短了开发的周期。并且Arduino有着众多的开者和用户，你可以找到他们提供的众多开源的示例代码、硬件设计。因为Arduino的种种优势，越来越多的专业硬件开发者已经或者开始使用Arduino来开发他们的项目、产品；越来越多的软件开发者使用Arduino进入硬件、物联网等开发领域。
本文采用Smeshlink公司的集成Elipse来开发Arduino的程序。Eclipse是当前最强大的开源IDE编程环境，并已经有了对应的Arduino for Eclipse插件，开发比较简单。Smeshlink公司集成Eclipse的开发平台SMeshStudio，如图1-3所示。
图1-3 集成开发平台SMeshStudio
1.3论文章节安排
本文共分为五个章节，各章主要内容如下：
第一章：绪论。主要阐述了本课题的背景及研究目的与意义，简单介绍了该课题研究的国内外情况，从而引出无线传感器网络在室内定位中的重要价值，以及本文研究要用到的Arduino开发平台。
第二章：无线传感器网络定位技术。从基本结构开始，对网络体系结构，节点构成和网络协议栈进行了简单的介绍。然后，较为充分地阐述了已有传统的测距技术和室内节点定位算法的原理。最后简单分析了定位算法的评价标准。
第三章：基于RSSI的室内定位模型分析及算法设计。本章节着重分析了无线传感器网络中无线信号传播衰减模型理论，并在设定的监测室内环境进行多次实验，通过计算及均值处理德国方法确定模型参数，建立合适的所选室内环境的数学模型。然后根据基于RSSI的三边定位算法原理简化定位算法，并深入分析了双边定位算法的理论原理。
第四章：基于iDuino节点的室内定位系统实现。本章主要任务是在Arduino 开发平台上实现第三章简化的定位算法，并利用iDuino传感器节点在设定的环境中进行定位实验。首先简要说明了iDuino传感器节点的结构及其功能特点。接着在实验监测环境进行适当的iDuino传感器节点，根据对算法的程序设计，最终在开发平台上通过电脑串口展示实验结果，并对定位结果根据第二章定位算法评价标准进行评测分析。
第五章：总结与展望。主要总结了本论文完成的工作项目，并对研究中不够详细的方面进行了展望。
第二章无线传感器网络定位技术
2.1 无线传感器网络结构
2.1.1无线传感器网络体系结构
一个典型的无线传感器网络结构如图2-1所示，其中包括传感器节点、汇聚节点、互联网或通信卫星和管理节点等[5,9]。
图2-1 典型的无线传感器网络结构
在图2-1中，大量传感器节点随机部署在被监测区域中，通过自组织方式构成网络。传感器节点通过多跳中继方式将所探测到的数据传到汇聚节点，然后经卫星、互联网或是移动通信网络等途径到达最终用户所在的任务管理节点。
2.1.2 无线传感器节点结构
传感器节点是无线传感器网络的基本单位，典型的传感器节点由传感单元、
处理单元、无线通信单元和电源单元组成，结构如图2-2所示[2,4,5]。
图2-2 无线传感器网络节点结构
各个单元的基本功能：
●传感单元：由传感器和模数转换器组成，用于感知、获取监测区域内的信息；
●处理单元：由嵌入式系统构成，包括处理器、存储器等。负责控制和协
调节点各部分工作，存储和处理自身采集的数据以及其他节点发来的数据；
●无线通信单元：由支持相应无线通信协议的无线数据收发器组成，负责传感器节点之间的通信，交换控制信息和收发采集数据；
●电源单元：通常采用微型电池，负责为传感器节点提供正常所必需的能源。本论文研究中采用的是移动电源。
2.1.3 无线传感器网络的协议栈
随着人们对传感器网络研究的不断深入，研究人员提出了多个传感器节点上的协议栈[9,14]。图2-3所示的是研究人员早期提出的一个协议栈，该协议栈包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。另外，该协议栈还包括能量管理平台、移动管理平台和任务管理平台。这些管理平台使得传感器节点能够按照能源高效的方式协同工作，在节点移动的无线传感器网络中转发数据，并支持多任务和资源共享。
图2-3 无线传感器网络协议栈
各层的功能如下[9]：
◆物理层：实现信道选择、无线信号监测、信号发送与接收等功能，设计目标是以尽可能少的能量损耗获得较的链路容量；
◆数据链路层：负责数据成帧、帧检测、媒体访问和差错控制。该层又可以细分为媒体访问控制（medium access control，MAC）子层和逻辑链路控制（logical link control，LLC）子层，其中媒体访问控制子层规定了不同的用户如何共享可用的信道资源，逻辑链路控制子层负责向网络提供统一的服务接口；
◆网络层：主要负责路由生成与路由选择，主要功能包括分组路由、网络互联、拥塞控制等。路由协议的功能是在传感器节点和汇聚节点之间建立路由，可靠地传递数据；
◆传输层：负责数据流的传输控制，现阶段对传输控制的研究主要集中于
错误恢复机制，但是目前还没有专门适合无线传感器网络的协议提出；
◆应用层：主要负责获取数据并进行初步处理，包括一系列基于检测任务的应用软件。
2.2 无线传感器网络的定位机制
在无线传感器网络中确定传感器节点自身位置是确定事件发生位置的前提，只有在传感器节点自身位置得到正确的估计后，才能确定事件发生的具体位置[4]。无线传感器网络中节点分为两种类型，已知自身位置的信标节点和待定位的未知节点。节点定位就是根据网络中少数的信标节点，按照某种方法来推算出未知节点的位置。信标节点的位置可以通过携带GPS等定位装备来确定或者是人工布设在已知位置。信标节点在很多的书中又被称为参考节点，一般在网络中数量很少，下文统一称为参考节点。
一般来说，无线传感器网络节点定位算法应具备以下特点[6]：
自组织能力不依靠外部的基础设施；
鲁棒性，即能容忍一定的物理测量误差及单个节点的实效，能快速适应网络的拓扑变化；
资源节省要求较少的通信开销、计算处理和存储能力。
目前对无线传感器网络节点定位技术的研究主要集中在以下两个方面[6]：一是算法精度，设计具有足够精度的定位算法，需要多大的精度依赖于不同的应用需求；二是误差分析，分析无线传感器网络定位的误差特征。无线传感器网络的节点定位算法大致分为两大类：基于测距（range-based）的定位机制和与距离无关（range-free）的定位机制。前者需要测量节点间距离或方位角度信息。而后者不需要。
2.2.1 基于测距的定位技术
基于测距的定位技术要求待定位节点与参考节点间具有直接或者间接测量相互距离或者角度的能力。一般来说，基于测距的定位技术实现主要有以下步骤[5,6]：
◆测距/测角：测量估计两节点间的距离或者角度信息；
◆定位估计：采用定位方法来获取节点的相对位置或绝对位置；
◆位置校正：利用与相邻节点间的连通信息及其位置信息来校正待定位节点的位置。
无线传感器网络结课论文 学号： 姓名： 学院：
目录 一.无线传感器网时间同步技术综述 (1) <一>引言 (1) <二>同步技术研究现状 (1) <三>时间同步算法 (2) 3.1泛洪时间同步协议 (2) 3.2 RBS 协议 (2) 3.3LTS协议 (3) <四>小结 (3) 二.基于无线传感器网络的环境监测系统 (3) <一>网络系统简介 (3) <二>网络系统结构 (3) 2.1总体结构 (3) 2.2传感器节点结构 (4) 2.3汇聚节点结构 (5) <三>应用无线传感器网络的意义 (6) 三．学习心得 (7) 四. 参考文献 (8)
一.无线传感器网时间同步技术综述 <一>引言 无线传感器网络( Wireless Sensors Network，WSN) 是一种在一定区域内投放大量的传感器节点，通过无线通信形成的一个单跳或多跳的自组织式的网络系统，它通常采集和处理监测区域中被感知目标的信息，并通过网络发送给主机端以提高人类对物理环境的远端监视和控制能力。无线传感网络技术在交通、国防、医学、农业等方面有着重要的运用。无线传感器网络由大量的节点构成，通常包括传感器节点、汇聚节点和任务管理节点。大量体积小、精度高的传感器节点随机部署在监测区域内，通过自组织的方式构成网络。传感器节点将监测到的数据传输给其它传感器节点，经过多跳后路由到汇聚节点，最后通过互联网或卫星到达任务管理节点。用户则通过任务管理节点发布监测任务以及收集监测数据，对无线传感器网络进行管理。 无线传感器网络是许多领域里的关键技术之一，而时间同步则是无线传感器网络中的关键技术之一。简而言之，在检测与监视某对象的过程中，目标定位和追踪、协同数据处理、能量管理等都对物理时间的精确度都有着敏感的需求。因此，无线传感器网络的应用通常需要一个适应性比较好的时间同步服务，以保证数据的一致性和协调性。此外，数据融合、通信信道复用等也都需要时间同步的保障。所以，如何根据无线传感器网络的特点对物理时间进行同步是一个重要的问题。 目前，学术界和业界对无线传感器网络的时间同步技术进行了一定的研究，本章节描述了无线传感器网络时间同步技术的研究现状，对3种不同时间同步机制的经典算法进行分析和比较。 <二>同步技术研究现状 时间同步技术相对于计算机网络的相关技术而言尚为年轻，自从2002年学术会议Hot Nets上首次提出了时间同步这一研究课题后，到目前为止，无线传感器网络的时间同步技术也取得了一定进展，同时也开发出了多种极其有价值时间同步的算法。 目前，对于单跳网络的同步研究已趋于成熟，但由于同步误差的累积，导致单跳网络的同步技术难以扩展到多跳网络，使得多跳网络的同步技术研究较为薄弱。若再考虑节点的移动性，则会极大增加同步技术的研究难度。因此，无线传感器网络的时间同步技术还有很大的研究空间。
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
无线传感器网络面临的安全隐患及安全定位机制 随着通信技术的发展，安全问题显得越来越重要。在现实生活中，有线网络已经深入到千家万户：互联网、有线电视网络、有线电话网络等与人们生活的联系越来越紧密，已经成为必不可少的一部分，有线网络的安全问题已经能够得到有效的解决。在日常生活中，人们可以放心的使用这些网络，利用它来更好的生活和学习。然而随着无线通信技术的不断发展，无线网络在日常生活中已占据重要的地位，如无线LAN技术、3G技术、4G技术等，同时也有许多新兴的无线网络技术如无线传感器网络， Ad-hoc 等有待进一步发展。随着人们对无线通信的依赖越来越强烈，无线通信的安全问题也面临着重要的考验。本章首先介绍普通网络安全定位研究方法，随后介绍无线传感器网络存在的安全隐患以及常见的网络攻击模型，分析比较这些攻击模型对定位的影响，最后介绍已有的一些安全定位算法，为后续章节的相关研究工作打下基础。 3.1 安全定位研究方法 不同的定位算法会面临着不同的安全方面的问题，安全定位的研究方法可以 采用图 3-1 所示的流程来进行。
图3-1安全定位方法研究流程图 Figure 3-1 Flowchart of security positi oning research method 在研究中首先要找出针对不同定位算法的攻击模型，分析这些攻击对定位精 度所造成的影响，然后从两方面入手来解决这个安全问题或隐患：一方面改进定 位算法使得该定位算法不易受到来自外界的攻击，另一方面可以设计进行攻击检 测判断及剔除掉受到攻击的节点的安全定位算法或者把已有的安全算法进行改进使之能够应用于无线传感器网络定位，还可以从理论上建立安全定位算法的数学模型，分析各种参数对系统性能的影响，最后根据这个数学模型对算法进行仿真，并把仿真结果作为反馈信息，对安全定位算法进一步优化和改进，直到达到最优为止。 3.2安全隐患 由于无线传感器网络随机部署、网络拓扑易变、自组织成网络和无线链路等特点，使其面临着更为严峻的安全隐患。在传感器网络不同的定位算法中具有不同的定位思想，所面临的安全问题也不尽相同。攻击者会利用定位技术的弱点设计不同的攻击手段，因此了解各定位系统自身存在的安全隐患和常见的攻击模型对安全定位至
中英文资料对照外文翻译 基于网络共享的无线传感网络设计 摘要：无线传感器网络是近年来的一种新兴发展技术，它在环境监测、农业和公众健康等方面有着广泛的应用。在发展中国家，无线传感器网络技术是一种常用的技术模型。由于无线传感网络的在线监测和高效率的网络传送，使其具有很大的发展前景，然而无线传感网络的发展仍然面临着很大的挑战。其主要挑战包括传感器的可携性、快速性。我们首先讨论了传感器网络的可行性然后描述在解决各种技术性挑战时传感器应产生的便携性。我们还讨论了关于孟加拉国和加利 尼亚州基于无线传感网络的水质的开发和监测。 关键词：无线传感网络、在线监测 1.简介 无线传感器网络，是计算机设备和传感器之间的桥梁，在公共卫生、环境和农业等领域发挥着巨大的作用。一个单一的设备应该有一个处理器，一个无线电和多个传感器。当这些设备在一个领域部署时，传感装置测量这一领域的特殊环境。然后将监测到的数据通过无线电进行传输，再由计算机进行数据分析。这样，无线传感器网络可以对环境中各种变化进行详细的观察。无线传感器网络是能够测量各种现象如在水中的污染物含量，水灌溉流量。比如，最近发生的污染涌流进中国松花江，而松花江又是饮用水的主要来源。通过测定水流量和速度，通过传感器对江水进行实时监测，就能够确定污染桶的数量和流动方向。 不幸的是，人们只是在资源相对丰富这个条件下做文章，无线传感器网络的潜力在很大程度上仍未开发，费用对无线传感器网络是几个主要障碍之一，阻止了其更广阔的发展前景。许多无线传感器网络组件正在趋于便宜化（例如有关计算能力的组件），而传感器本身仍是最昂贵的。正如在在文献[5]中所指出的，成功的技术依赖于
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
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：
第36卷 增刊Ⅰ2008年 10月 华 中 科 技 大 学 学 报(自然科学版) J.Huazhong Univ.of Sci.&Tech.(Natural Science Edition )Vol.36Sup.Ⅰ Oct. 2008 收稿日期:2008207215. 作者简介:郝志凯(19832),男,博士研究生,E 2mail :zk -hao @https://www.doczj.com/doc/0d13981609.html,. 基金项目:国家高技术研究发展计划资助项目(2006AA11Z225);国家自然科学基金资助项目(60635010, 60605026). 无线传感器网络定位方法综述 郝志凯 王 硕 (中国科学院自动化研究所复杂系统与智能科学实验室,北京100190) 摘要:介绍了国内外研究机构在无线传感器网络定位方法方面开展的研究工作,并对这些研究工作进行了归纳和总结.定位的基本方法分为距离式定位和非距离式定位.距离式定位是通过测量距离或角度进行位置估计,测量数据的精度对定位精度有很大影响.非距离式定位是通过节点间的hop 数或估计距离计算节点的坐标,这种方法不需要测量距离或角度,利用估计距离代替真实距离,算法简单但精度不高.无线传感器网络中定位方法的应用需要针对不同的应用场合,综合考虑节点的规模、成本及系统对定位精度等要求来进行设计和选择. 关 键 词:无线传感器网络;定位方法;距离式定位;非距离式定位;相对定位 中图分类号:TN919.2;TP732 文献标识码:A 文章编号:167124512(2008)S120224204 Survey on localization algorithms for wireless sensor net w orks H ao Zhi k ai W ang S huo (Laboratory of Complex Systems and Intelligence Science ,Institute of Automation , Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100190) Abstract :Current researches in wireless sensor networks (WSNs ′ )localization algorit hms are int ro 2duced ,and t hese researches are analyzed and concluded.The p recision of t he nodes ′locations are im 2portant for t he data ′s effectiveness in WSNs ′.The localization algorit hms are divided into range 2based and range 2free.Range 2based algorit hms use t he measured distance and angle to calculate t he nodes ′coordinates.However ,t he range 2f ree researches use hop s or evaluated distance to localization ,which are simple but low 2precision.In different occasions ,t he algorit hm should be taken account in t he net 2work ′s size ,co st ,p recision and so on. K ey w ords :wireless sensor networks (WSNs ′ );localization ;range 2based ;range 2f ree ;relative po sitio 2ning 目前广泛使用的全球卫星导航定位系统GPS 可用来确定携带者的绝对位置,但不适合在 无线传感器网络中大量使用.主要有以下原因[1]:a .成本高.无线传感器网络中的节点数量多、分 布密集,如果各节点都配备GPS 接收器成本很高;b .能源限制.网络中的节点通常是通过内部电池进行供电,由于其工作环境有时在森林、山地等人迹罕至的地方,对其进行电源更换困难;c .工作环境限制.节点有时会分布在室内等电磁 波较难到达的环境中,这种工作环境下GPS 无法完成定位任务;d .尺寸较大.由于上述种种原因使得GPS 不能广泛用在无线传感器网络系统的节点上,这就需要发展适合于无线传感器网络应用的节点定位方法. 鉴于无线传感器网络节点在能耗、计算能力、通信能力等方面的限制,其节点的定位方法应该具有分布式、低复杂性、精度较高、通用性较好等特点,国内外的研究机构已开展了大量工作[2～9].
【参考】无线传感器网络论文 引言：无线传感网络（Wireless Sensor Network，WSN）是近年来得到迅速发展和普遍重视的新型网络技术，它的出现和发展对现代科学技术产生了极其深刻的影响，与传统的网络技术不同，无线传感器网络技术将是现代无线通信技术、微型传感器技术和网络技术有机的融为一体，已经是近几年来国内外研究的热点，引起了世界上许多国家军界、学术界和工业界的高度重视，其引用前景十分广阔 无线传感器网络的研究背景 传感器的定义根据国家标准GB7665-87是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律装换成可用信号期间或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示和控制等要求。它实现自动检测盒自动控制的首要环节。而近年来对传感器的要求越来越复杂，单个传感器已经基本不能满足日益增长的复杂要求。所以将多种传感器构建成网络已经成为研究的热点。传感器网络通常是由许多空间分布的装置组成的一种计算机网络，这些装置使用传感器监控不同位置的条件（比如温度、声音、振动、压力、运动或污染物）。通常这些装置很小很便宜，以便可以大量制造和部署，因此它们的资源（能源、存储、计算速度和带宽）严重受限。每个装置都具备一个无线电收发器、一个很小的微控制器和一个能源（通常为电池）。这些装置互相帮助，将数据传输到一台监控计算机
传感器网络是由一组传感器以AdHoc方式构成的有线或无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并发布给观察者。对于传统网络，大部分是以有限方式构建，这是因为有限方式的传输带宽，传输速度快，误码率低，购进啊简单等优点。但是这些优点对于传感器来说并不重要，这是因为传感器的数据传输率低，要求带宽窄，而误码率问题可以通过纠错与编码方式降低。所以，在无线传感器网络方面采用有限传感模式并不是最好的选择，我们注意到传感器是为了监控不同位置条件，比如温度、声音、振动、压力、运动的信息，所以其安装位置一般来说都是具有典型代表性的。特别对于一些特定环境中，例如古建筑，恶劣的污染环境，布线困难或者无法布线的情况，采用无线传感器网络较为合适。 由于传感器种类繁多，其数据特性也各不相同。所以构造一个万能的传感器网络技术上非常复杂，代价也很高。因此够哦早一些小的，灵活的子网络，再由这些子网络构造一个大的网络成为较为通用的做法。当前无线传输设备小型化，低功耗化，使得无线传感网络的构建成为可能
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 摘要 无线传感器网络（WSN，Wireless Sensor Network）是近年来迅速发展并受到普遍重视的新型网络技术，它的出现和发展给人类的生活和生产的各个领域带来了深远的影响。无线传感器网络节点定位技术是无线传感器网络应用研究的基础。目前，已有多种定位技术被应用于室内定位中，尤其是基于接收信号强度（RSSI，Received Signal Strength Indication）的定位技术以其低功耗、低成本、易于实现等优点，得到了无线传感器网络研究学者们的青睐。 本文重点研究了基于RSSI的室内定位的关键技术，主要包括定位模型分析和定位算法设计。首先，为了获得较为精确的定位，根据RSSI测距原理和无线信号传播衰减模型在设定的室内环境进行多次实验，通过计算及均值处理等方法反复调整以获得标准的定位模型参数，得到高精度的等效距离。接着，根据三边定位算法原理简化定位算法，建立更为简单的定位模型，采用双边定位得到两个可能的定位点，再利用RSSI测距原理对两个定位点进行择优选择确定定位点。最后，在Arduino开发平台上对参考节点与未知节点这两类iDuino节点的室内定位模型进行了软件开发设计和程序开发。在设定的室内环境部署iDuino节点，搭建实验定位模型，并实现了定位。 关键词：无线传感器网络，节点，室内定位，RSSI，Arduino ABSTRACT Wireless sensor network (WSN) is developed rapidly and universally emphasized as a new network technology in recent years, the advent and development of WSN have had a profound and lasting impact on the life and all areas of production of human beings. Wireless nodes localization technology is the basis in the application and studies of wireless sensor network. There are a variety of positioning technology have been used in indoor location at present, especially the based on RSSI (received signal strength) positioning technology gets a great preference from many scholars of studies of wireless sensor network with the advantages of low power consumption, low cost and easy to realize. This paper mainly studies the key technology of indoor positioning based on RSSI, which mainly includes the positioning model analysis and positioning algorithm design. First, in order to obtain more accurate positioning, we perform several experiments according to the RSSI ranging principle and wireless signal propagation attenuation model in the setting of indoor environment, and get accurate positioning model parameters and equivalent distance by the methods of calculation and mean processing. Then, we simplify Trilateral Localization Algorithm to Bilateral Location Algorithm and establish a simpler positioning model, with which we can get two nodes of possible location, and determine the better node according to the RSSI ranging principle. At last, we make software designing and programming of these nodes that are anchor nodes and nodes of unknown on the Arduino development platform. Combined with the indoor environment we selected, we deploy the iDuino nodes and then build location model, with which we implement the location. KEY WORDS：Wireless Sensor Network，Nodes，Indoor Location，RSSI，Arduino 无线传感器网络在各行各业广泛的应用价值论文 摘要:本文简述了无线传感器网络的定义、组成及特点，并结合其特点介绍了无线传感器网络在各行各业广泛的应用价值和未来发展前景以及目前存在的技术问题。 关键词:无线传感器网络；组成；应用；发展 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（WSN，wirelesssensornetworks）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。 由于WSN的巨大应用价值，它已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的广泛关注，被广泛地应用于军事，工业过程控制、国家安全、环境监测等领域。 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、分布式信息处理技术等多种领域，是当前计算机网络研究的热点。 一、发展概述 早在上世纪70年代，就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感器网络雏形，我们把它归之为第一代传感器网络。随着相关学科的不断发展和进步，传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力，并通过与传感控制器的相联，组成了有信息综合和处理能力的传感器网络，这是第二代传感器网络。而从上世纪末开始，现场总线技术开始应用于传感器网络，人们用其组建智能化传感器网络，大量多功能传感器被运用，并使用无线技术连接，无线传感器网络逐渐形成。 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。发达国家如美国， 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基于arduino的无线传感器网络室内定位方法的研究大学论文
无线传感器网络在各行各业广泛的应用价值论文
基于无线传感网络的大型结构健康监测系统_尚盈
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