文章编号:1005-7854(2003)03-0005-04
边坡无线监测系统的应用
张会林1,李军才1,刘贤信2
(11北京科技大学,北京100083;21山东黄金公司计划部,济南250000)
摘 要:介绍边坡无线监测系统在国外的应用及国内边坡监测的现状。结合鞍钢眼前山铁矿加陡最
终边坡角的实际情况,确定了该矿北帮的不稳定部位,并首次建立了边坡无线监测系统。概述了该系统的原理、功能和安装,同时讨论了测点的布置和探头的选取。根据监测结果,对该系统进行了评价。现场工业试验表明,该系统在眼前山铁矿的应用是成功的。
关键词:露天矿;边坡稳定;无线监测系统;矿山安全中图分类号:TD85416;TD82417+3 文献标识码:A
APPL ICA TION OF SLOPE WIREL ESS MON ITORIN G SYSTEM
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(11U niversity of Science and Technology Beiji ng ,Beiji ng 100083,Chi na ;
21Project Division ,S handong Gol d Com pany ,Ji nan 250000,Chi na )
ABSTRACT :The application of slope wireless monitoring system abroad and the present situation of slope moni 2toring research at home are introduced in this paper 1In light of actual condition of steepening ultimate slope in Yanqianshan Iron Openpit ,Anshan Iron &Steel Co 1,the unstable zones in northern slope wall are determined and a slope wireless monitoring system is set up for the first time 1The principle ,function and installation of the system are outlined 1At the same time ,the arrangement of measuring points and the selection of sensors are dis 2cussed 1On the basis of monitoring results ,the system is evaluated 1The commercial scale tests show that applica 2tion of the slope wireless monitoring system is successful in Yanqianshan Iron Openpit 1KE Y WOR DS :Openpit ;Slope stability ;Wireless monitoring system ;Mine safety
收稿日期:2003-03-21
作者简介:张会林,土木与环境工程学院讲师。
1 引 言
我国露天矿边坡越来越高。特别是近几年来,某些大型深凹露天矿山采用三并段或多并段靠帮工艺来提高矿山的最终边坡角,如大冶铁矿、大孤山铁矿和眼前山铁矿等,导致矿山边坡稳定性的控制和维护难度加大。若不及时采取监测和加固措施,将严重地威胁矿山的生存和发展。眼前山铁矿自1964年从山坡露天转入深凹露天开采,现已形成高达228m 的高陡边坡,是我国典型的深凹露天开采矿山之一。虽然对该矿做过稳定性评价,边坡地质
灾害基本清楚,但是矿山边坡不稳定区依然存在。特别是该矿正在实施固定帮三并段靠帮工艺,实现115亿元的经济效益,要做到矿山安全生产,必须通过监测来控制局部不稳定边坡。
2 边坡无线监测系统在国内外的应用
211 边坡无线监测系统在国外的应用
20世纪80年代末期,全球各矿业大国都以很
大的精力研究边坡变形的监测方法和手段,例如原苏联有色科学研究所对大爆破作用下岩体状态和边坡变形的监测方法、手段等进行系统研究;与莫斯科矿业学院和斯维尔德洛夫斯克矿业学院合作,研究边坡变形的全自动监测系统;与中亚有色金属科
第12卷 第3期2003年9月 矿 冶MININ G &METALLURGY
Vol.12,No.3
September 2003
学研究所合作,研究测量岩体应力的方法和仪器。又如,1986年欧洲最大的露天矿———瑞典艾蒂克矿研制了G eodimeter140边坡监测系统;1989年美国Sinco公司研制了IDA自动数据采集系统;加拿大布伦达铜钼矿研制了边坡无线监测系统。
(1)瑞典G eodimeter140边坡监测系统。该系统采用带微处理器和测量控制系统的G eodimeter 型机动电子总测站。工作时,这套装置能按程序以预定的时间间隔,读取固定在边帮上棱镜目标的观测数据,包括距离、水平角和垂直角。电子总站可设置在一个安全的遮蔽所内,并能在稳定的基础上精确调平。控制计算机一般设在矿山办公室,用导线或无线电遥测通讯线路与测量仪器联系。设站时,要输入每个监测点的标志数据,按专门的初始程序由操作人员把测量仪器对准目标,建立一个初始坐标,然后根据不同的监测点选择不同的测量时间间隔。该系统由计算机控制,采用滤波技术或回归分析,可计算所测目标的位置及其位移速率,并在各种坐标纸上打印出各种图形。在边坡位移达到预定值时,系统将发出报警。
(2)美国自动数据采集系统(IDA)。该系统是1989年美国Sinco公司推出的,其功能如下:①每小时获得读数;②能在电话线上检索数据文件;③如发生滑坡,能触发警报器,向有关部门报警。
(3)加拿大布伦达铜钼矿全自动无线监测系统。该系统采用无线电遥控方式进行数据通讯,能同时远距离监控几个地点的若干个传感器,并把数据直接传到矿山工程计算机中,用于位移和安全分析。该矿采用主机TJ990010集中控制、无线电数据通讯。
212 我国矿山边坡监测现状
我国露天矿山边坡监测大都使用传统的大地测量设备,如攀钢石灰石矿是在松散的滑体上进行采矿作业的,这方面的先例很少,缺乏经验。为在整个矿山开采过程中保障设备和人身的安全,采用经纬仪、电子测距仪、钻孔伸长计及水压计对地表位移、地下滑动面位移和水压力进行监测。在“八五”期间,长沙矿冶研究院和中国科学院武汉岩土力学研究所结合大冶铁矿的实际情况,采用日本产SET2测距仪和蔡司007自动安平水准仪,对尖F9断层上盘及滑体加固效果进行边坡地表位移监测;采用多点伸长计及钻孔倾斜仪对其岩体深部进行位移监测,对东采边坡采用了地面立体摄影测量进行监测,同时对东采边坡数据采用HX220电子簿传入室内微机进行分析处理。
国外露天矿山生产实践表明,边坡无线监测系统运行情况良好,测量精度高,大幅度地提高了劳动生产率和矿山的自动化管理水平,使矿山能及时掌握边坡变形的情况,确保矿山安全生产。所以本次研究采用边坡无线监测系统对不稳定区进行监测。
3 眼前山铁矿工程地质及水文地质特征在1986年边坡稳定性评价和多年生产实践的基础上,对整个采场进行了踏勘,对采场的西端帮、北帮和东端帮进行了补充工程地质、水文地质填图,分析并确定了不稳定区段的位置。
311 工程地质特征
眼前山铁矿位于鞍山复向斜北部的胡家庙子向斜东南翼,区域出露地层以震旦系变质岩系为主,并有震旦系、寒武系及第四系,同时还有不同时期的火成岩侵入。根据岩石成因类型、物质成分和工程地质特征,将采场所暴露的边坡岩体划分为五个岩组。片麻状混合岩分布在矿体下盘,形成了整个采场南帮和东帮;千枚岩夹薄层含铁石英岩组分布在采场北帮和东西帮,主要由绿泥千枚岩、碳质千枚岩和薄层含铁石英夹层组成,该岩组大部分岩性较软,受多次构造运动的作用,小褶皱很发育,是影响边坡稳定性的主导因素,采场的变形和滑落主要集中在此岩种中;火成岩岩组主要是闪长岩、碱性正长斑岩、闪长玢岩、辉绿岩和石英岩脉等;第四系坡残积、冲洪积和人工堆积岩组分布在采场周围山坡和采场地表几个台阶。矿区断裂构造发育,Ⅱ级断裂构造有两条,即F20、Fml断层。
312 水文地质特征
眼前山铁矿边坡水文地质特征详见1986年“鞍钢眼前山铁矿边坡地质调查及稳定性评价报告”及前人提交的有关矿区水文地质报告等资料。本次研究仅对采场上盘(21-105m平台)及东、西端帮的北侧部分出水点进行调查。
4 眼前山铁矿边坡监测区的确定
411 滑坡区概况
从1994年到1996年,眼前山铁矿采场边坡不稳定区即滑坡区共有10处。这些滑坡区位于采场的北帮及东端帮绿泥千枚岩及碳质千枚岩中。1、2、3号滑坡区位于采场的西端帮,6号滑体位于采场的东端帮,上述滑体都位于绿泥千枚岩中。
总体上讲,滑坡区岩性较硬,结构面与边坡面斜
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交呈50°,且反倾,台阶坡面角达65°,该区不宜出现大规模滑坡。F20断层破碎带中的碳质千枚岩的岩性较软,可能发生单台阶或局部多台阶倾倒滑坡。1号滑体的高为35m、宽20m、长50m,破坏类型为倾倒滑坡。2、3号滑体发生在105m水平绿泥千枚岩之中,出现张裂缝,宽度为10～20cm,2号滑体长148m,3号滑体长172m。6号滑体处于采场东端帮的绿泥千枚岩中,滑体长约30m。4、5、7、8、9及10号滑体位于采场北帮及东端帮的碳质千枚岩中。碳质千枚岩为鳞片状,岩性较软,小褶皱极发育,几乎成散体。最大的滑体为10号,长约200m、最大宽度为25m、高20m。其次为9号滑体,长210m、最大宽度14m、高24m。
412 监测区的确定
9号滑体位于采场北帮81～69m水平之间的碳质千枚岩中,滑体的下水平即69m水平设有铁路运输干线和运转室,一旦发生滑落,这些设施会被摧毁,严重地威胁人身及设备的安全。根据该矿滑体的规模及所在位置的重要性等情况,对不稳定的北帮9号滑体采用全自动边坡无线监测系统进行监测,为此进行了监测方案设计、实际施工和实时监测,并进行了边坡滑坡预报方法的研究工作。
5 眼前山铁矿边坡无线监测系统的建立
511 监测点的布置
(1)监测点疏密程度的确定:根据滑坡规模的大小及重要性确定监测点的数量和疏密程度,本次研究共布置5个探头。
(2)测点位置的确定:本着抓住重点、照顾全面的原则,根据各滑坡体的性质、宽窄、长短、下滑或塌陷的距离、裂缝发育的程度、直接威胁工矿企业和铁路运输的严重性来布置。
512 施工安装
(1)探头基桩坑的开挖:一个监测点需挖两个长方体基坑,其位置是在裂缝的两侧,规格为长×宽×高=400mm×300mm×400mm。若遇基岩,则开挖至较新鲜的基岩面,并将面上的泥土打扫干净,两坑中心连线垂直于裂缝走向,坑的各相应边互相平行或在一条直线上。
(2)浇筑基桩:用200号水泥沙浆,在上述基坑中直接浇筑混凝土,使桩下部与周围岩土结合为一体,上部露出地表,规格为长×宽×高=400mm×300mm×30mm的矩形桩,在浇筑时需预埋探头钢丝桩和为安装探头盖的螺丝杆。其作用为固定探头、钢丝和保护盖。
(3)立电杆:采用杉木杆,长8m,小头直径大于8cm。每个监测点立1根,其位置在裂缝相对稳定的一侧(即安装在探头一侧),距离基桩2～3m,埋深不小于016m,埋直、夯实。电杆用于支撑铁丝、分线或总线,间距约50m。
(4)放线:沿预定的线路放三种线,即铁丝、总线、分线。总线从野外机房至分线器采用10芯的胶质线,用铁丝挂钩挂在铁丝上。分线是每个探头至分线器之间的线,使用三芯胶质线,并用红、绿、黄三色分别表示电源线、地线和信号线,使之与探头引出线的颜色相吻合。若有两个以上探头在一个方向上,可共用一根地线(绿线),其余两根线不能共用。
(5)安分线器:将分线器用铁丝捆于电杆上即可,应为调整探头时增加监测点留有余地。
513 探头的选取
该系统可提供自动温度补偿伸缩计、高精度变形计、沉降仪、滑体内蠕动内位移测试探头、地下水位计、温度计、限位报警器等探头。
结合眼前山铁矿的实际情况,本次研究仅采用伸缩计、限位报警器对地表位移进行监测和报警。伸缩计主要用于监测张裂缝宽度及上下盘的相对变形量。视安装方式的不同,它既可以反映水平变形量,也可以反映垂直变形量或者沿滑面的变形量。安装时,不锈钢丝牵引在裂缝的两侧。探头精度为2mm,测程为40～1000mm,当测程用完以后,可以重新调整测程范围,重复使用。超限报警探头根据工程设施允许达到的位移、变形量设计警戒限,当位移、变形量达到这个警戒限时,相应的设备会自动报警。
514 安装探头保护盖
为使安装好的探头不被人、牲畜或野兽破坏,不被雨水淋坏和冰雪冻坏,每个探头都要用保护盖加以保护。保护盖系用厚1mm的镀锌铁皮做成,顶宽014m,长1m和2m,两壁高013m。将做好的探头盖用螺帽固定在安置探头的水泥基墩上即完成了探头的保护。
515 安装避雷线
为了防止雷电对仪器、探头和线路的破坏,需要在仪器房后以及每根电杆上安装避雷线,线端应高出房顶或电杆顶约1m。
在野外机房内采取在地线和信号线上安闸刀的方法避雷。也就是说,仪器工作时关闸刀,线路畅通;不工作时,尤其雷雨天,拉开闸刀,断开线路,达
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张会林等:边坡无线监测系统的应用
到避雷目的。
6 边坡无线监测系统组成原理及功能采用了DWC全自动无线边坡监测系统,它包括野外采样机、中心控制机、电台、稳压电源。在任一时刻,如果工作人员需要了解野外工作情况,可以在中心控制室打开电源,并发一密码脉冲,野外采样、编码、电台控制机接收到这个脉冲后,立即打开设备电源,并将电台由接收状态转换为发射状态,仪器将自动对野外每个探头进行采样,并同步地把它改编为二进制串行密码,由电台发回控制中心。控制中心接收到这个信号后,立即分选译出,并同步地由接口送入计算机,按你的需要计算数据。
DWC系统通讯机配置12V、12A的稳压电源;电台型号为日本产ST ANDARD,频率为1561725MHz;天线的频率为155MHz。该系统的主要功能如下:
(1)野外采样机。任一时刻,如果想了解被监测边坡的稳定情况,只需在中心控制室拨动一个按扭,中心控制机立即通过电台发出指令,命令野外采样控制机自动完成一系列工作,其程序为:①自动打开野外机电源;②自动让电台由接收状态转变为发射状态;③自动对野外各探头轮流供电;④自动对各探头轮流采样;⑤自动把各探头数据转换成二进制密码;⑥自动同步地把数据交电台发射;⑦自动对各探头进行质量检查。如果任意一个探头损坏,它将自动告诉中心机,哪一探头哪一根线或哪一部位出现问题,请你检修;当各探头测试完毕后,它将自动切断电源,待下一次指令到达,再开始工作。
(2)中心控制机。①自动让野外发回的数据进入“中心控制机”;②自动把二进制密码译成二进制“0”、
“1”码;③自动通过一个万用接口把数据送入计算机;④当野外数据输送完毕之后,计算机自动按编写程序计算,并打印出各探头的物理量,如位移量、水位值、泉流量及地温等;如果被监测体的变形量超过一定限度,整个系统将根据你事先输入的数据,自动打开机器,自动向中心控制台报警,以便立即采取防御措施。一台中心控制机可监测多个变形体和建筑物,可根据用户需要进行扩充。
(3)信号无线传输。中心控制机与野外采样机之间,可用有线通讯,也可通过无线电传输信号,其控制距离主要取决于无线电台的功率和频率。只要两地间能清晰地通话,就可实现数据传输。
7 边坡无线监测系统评价
眼前山铁矿边坡无线监测系统于1997年4月投入使用,至今系统运行良好、可靠。根据监测结果,对该系统的评价如下:
(1)测试参数多。它除了能测量变形体上张裂隙的变形外,还能自动测试雨量、泉水量、地下水位、地下温度场、滑面位置及变形量、岩体内部破裂位置、范围,同时能确定滑体活动方向等参数,是研究矿山边坡和建筑物稳定性及活动规律的有力工具。
(2)控制范围广。它能同时监测几十、上百公里范围内若干个边坡和建筑物的活动。
(3)探头控制精度高,测程范围大,具有变测程、可重复使用的能力。
(4)自动化程度高。监测站建立起来以后,设备使用操作和现场维修特别简单,有利于矿山的现代化管理。
(5)监测工作省时、省力,监测数据准确、及时,大幅度降低劳动强度,提高劳动效率。
(6)设备功能的扩展非常容易。
(7)抗干扰能力强。
现场工业试验表明,无线边坡监测系统的应用是成功的,该系统监测数据的误差≤±2mm;实现监测数据无线传输。根据监测结果,可延缓对边坡的加固,或不加固,使工程费用降低到最低程度。为加陡矿山的最终边坡角,对不稳定边坡或对已加固工程进行监测,可实现矿山安全生产。
参考文献:
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邮电大学工程硕士研究生堂下考试答卷 2016学年第二学期 考试科目无线网络技术及应用 姓名 年级 专业 2016年 6月28日
D2D终端直通技术研究 摘要：D2D(device-to-device)通信是一种在蜂窝系统的控制下，允许终端用户通过共享小区资源进行直接通信的新技术，通过提高空间利用率从而提高频谱利用率，在某些场景下使移动通信变得更加直接和高效，缓解基站压力，提高用户体验。本文首先给出了D2D通信系统的基本概念、技术特点，重点关注干扰管理、模式选择、资源分配和功率控制。最后对D2D通信技术在下一代网络中的应用提出了一些构想。 关键词：D2D通信技术；蜂窝网络；资源分配；下一代网络 一、D2D的概念及技术特点 D2D（Device-to-Device）通信，也称为邻近服务（Proximity Service，Pro Se），是由3GPP组织提出的一种点到点的无线通信技术，它可以在蜂窝通信系统的控制下允许LTE终端之间利用小区无线资源直接进行通信，而不经过蜂窝网络中转。作为面向5G的关键候选技术，D2D技术能够提升通信系统的频谱效率，减轻系统负荷，在一定程度上解决无线通信系统频谱资源匮乏的问题。同时，由于降低了通信距离，D2D技术还可以降低移动终端发射功率，减少电池消耗，提高终端续航时间。LTE-D2D 有以下几个技术特点。 (1)工作在许可频段 基于LTE技术的D2D工作在许可频段，作为LTE通信技术的一种补充，它使用的是蜂窝系统的频段，通过基站对无线资源的控制使得对小区其他用户的干扰控制在可接受围，因此可以给用户提供干扰可控的环境和较高质量的通信服务。并且利用网络中广泛分布的用户终端以及D2D通信链路短距离的特点，可以实现频谱资源的有效利用，获得资源空分复用增益。而蓝牙、Wi-Fi Direct、Flash Lin Q等技术，工作在免许可频段，存在严重干扰，通信QoS无法得到保障。 (2)网络参与D2D通信流程
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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
无线传感网络关键技术及应用探析 1概述1.1无线传感网简介无线传感网络是集数据采集，信息传输，信息处理等多个技术为一体的综合智能信息系统。它融合了电子技术，计算机技术，无线通信技术，分布式信息处理等理论，能够实时监测并感知其覆盖区域中的环境以及各被监控对象的状态，而后将数据信息通过无线传输方式发送到到控制中心，供观察者进行处理。1.2无线传感网络的特点和传统网络通用的模式不同，WSN可以针对不同的应用，需要调整自身的配置，如节点密度，通信协议等，其主要特点如下。（1）节点能量受限。WSN 中的节点通常由电池供电，由于电池的容量一般不能维持节点正常工作时间过长，并且无线传感节点往往部署于野外环境中，无法及时充电或更换电池，当电池电量耗尽，节点也就随之失效。（2）节点处理能力受限。无线传感网络中的节点受体积和成本的影响，内存和处理器均不能和普通计算机相比，其处理程序和运算数据的能力也有限，这决定了无线传感网络的节点设计不能过于复杂。（3）WSN是一种自组织网络。传感器节点通过自组织分布形成WSN，网络大多数采用Adhoc方式进行配置，网络中的每个节点中同时充当主机和路由器的角色，具有路径寻址和维护功能。由于传感器节点自身的特点，网络拓扑结构经常发生变化，因此要求节点需要有维护动态路由的功能，以保证网络正常工作。（4）以数据为中心。在无线传感网络中，为了节省能量的消耗，要求在保证通信质量的前提下，尽可能的减少信息传输量，只需将用户关心的信息数据进行搜集传输，即WSN 是一种以数据为中心的网络。 2无线传感网络的关键技术2.1网络的自组织和自我管理WSN采用无线自组织方式进行组网，节点放入检测区域后，搜集被检测信息，并把这些信息发于邻接节点，并将其周围的链路连接信息发回给sink节点，sink节点把从所有信息进行汇总分析后，可得到网络的拓扑结构和传输路由等信息。 WSN的拓扑形式一般有三种：簇方式、平面结构、栈结构。三种结构各有利弊，需在具体的应用中灵活选取，当节点失效或加入新节点而导致网络拓扑变化较大时，需要能很快的适应这种变化，快速的使网络正常工作，即WSN需要良好的自适应性。
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。
《电子技术应用》２００５年第６期欢迎网上投稿ｗｗｗ．ａｅｔｎｅｔ．ｃｎｗｗｗ．ａｅｔｎｅｔ．ｃｏｍ．ｃｎＺｉｇＢｅｅＰｒｏｆｉｌｅｓ 网络应用层数据链路层 ＩＥＥＥ８０２．１５．４ＬＬＣ ８０２．２ＬＬＣＩＥＥＥ８０２．１５．４ＭＡＣ ８６８／９１５ＰＨＹ ２４００ＰＨＹ 图１ＩＥＥＥ８０２．１５．４协议架构 表１ＩＥＥＥ８０２．１５．４的ＬＬＣ层和ＭＡＣ层主要功能 ＬＬＣ子层的主要功能：ＩＥＥＥ８０２．１５．４的ＭＡＣ协议主要功能：传输可靠性保障和控制设备间无线链路的建立、维护和结束数据包的分段与重组确认模式的帧传送与接收数据包的顺序传输 信道接入控制帧校验预留时隙管理广播信息管理 长期以来，低价、低传输率、短距离、低功率的无线通讯市场一直存在着。自从Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ出现以后，曾让工业控制、家用自动控制、玩具制造商等业者雀跃不已，但是Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ的售价一直居高不下，严重影响了这些厂商的使用意愿。如今，这些业者都参加了ＩＥＥＥ８０２．１５．４小组，负责制定ＺｉｇＢｅｅ的物理层和媒体介入控制层。ＩＥＥＥ８０２．１５．４规范是一种经济、 高效、低数据速率（＜２５０ｋｂｐｓ）、工作在２．４ＧＨｚ和８６８／９２８ＭＨｚ的无线技术，用于个人区域网和对等网状网络。它是ＺｉｇＢｅｅ应用层和网络层协议的基础。ＺｉｇＢｅｅ是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。主要用于近距离无线连接。它依据８０２．１５．４标准， 在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。 一般而言，随着通信距离的增大，设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增加。相对于现有的各种无线通信技术，ＺｉｇＢｅｅ技术将是最低功耗和成本的技术。同时由于 ＺｉｇＢｅｅ技术的低数据速率和通信范围较小的特点，也决 定了ＺｉｇＢｅｅ技术适合于承载数据流量较小的业务。所以 ＺｉｇＢｅｅ联盟预测的主要应用领域包括工业控制、消费性 电子设备、汽车自动化、农业自动化和医用设备控制等。 １ＩＥＥＥ８０２．１５．４和ＺｉｇＢｅｅ介绍 ＩＥＥＥ无线个人区域网（ＰＡＮ）工作组的ＩＥＥＥ８０２．１５．４技 术标准是ＺｉｇＢｅｅ技术的基础。８０２．１５．４标准旨在为低能耗的简单设备提供有效覆盖范围在１０米左右的低速连接，可广泛用于交互玩具、库存跟踪监测等消费与商业应用领域。传感器网络是其主要市场对象。 １．１８０２．１５．４协议架构及其技术特点 ＩＥＥＥ８０２．１５．４满足国际标准组织（ＩＳＯ）开放系统互 连（ＯＳＩ）参考模式。它定义了单一的ＭＡＣ层和多样的物 理层（如图１所示）。 ＩＥＥＥ８０２．１５．４的ＭＡＣ层能支持多种ＬＬＣ标准，通过ＳＳＣＳ （Ｓｅｒｖｉｃｅ－ＳｐｅｃｉｆｉｃＣｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅＳｕｂｌａｙｅｒ，业务相关的会聚子层）协议承载ＩＥＥＥ８０２．２类型一的ＬＬＣ标准，同时允许其他ＬＬＣ标准直接使用ＩＥＥＥ８０２．１５．４的ＭＡＣ层服务。表１列出了ＩＥＥＥ８０２．１５．４的ＬＬＣ层和ＭＡＣ层主要功能。 ＩＥＥＥ８０２．１５．４定义了两个物理层标准，分别是２．４ＧＨｚ 物理层和８６８／９１５ＭＨｚ物理层。它们都基于ＤＳＳＳ（ＤｉｒｅｃｔＳｅｑｕｅｎｃｅＳｐｒｅａｄＳｐｅｃｔｒｕｍ， 直接序列扩频），使用相同的物理层数据包格式，区别在于工作频率、调制技术、扩频码片长度和传输速率。２．４ＧＨｚ波段为全球统一的无需申请的ＩＳＭ频段， 有助于ＺｉｇＢｅｅ设备的推广和生产成本的降低。２．４ＧＨｚ的物理层通过采用高阶调制技术能够提供２５０ｋｂｐｓ的传输速率，有助于获得更高的吞吐量、更小的通信时延和更短的工作周期，从而更加省电。 ８６８ＭＨｚ是欧洲的ＩＳＭ频段，９１５ＭＨｚ是美国的ＩＳＭ频 段，这两个频段的引入避免了２．４ＧＨｚ附近各种无线通 基于ＺｉｇＢｅｅ的无线网络技术及其应用 顾瑞红，张宏科 （北京交通大学电子信息工程学院，北京１０００４４） 摘要：ＺｉｇＢｅｅ是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，本文详细分析了ＺｉｇＢｅｅ技术， ＩＥＥＥ８０２．１５．４标准及相关应用， 讨论了它们的关系和相对其它技术的特点，并对其在家庭无线通信网中的应用前景进行了分析和展望。本文还针对无线网络与ＮＧＮ（ＩＰＶ６）的结合做了分析。 关键词：ＩＥＥＥ８０２．１５．４ＺｉｇＢｅｅ短距离无线网络ＩＰＶ６ １
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
无线传感器研究背景目的意义及现状与发展趋势 1 研究背景 随着无线技术的快速发展和日趋成熟，无线通信也发展到一定的阶段，其发展的技术越来越成熟，方向也越来越多，越来越重要，大量的应用方案开始采用无线技术进行数据采集和通信。 微机电系统和低功耗高集成数字设备的发展，使得低成本、低功耗、小体积的传感器节点得以实现。这样的节点配合各类型的传感器，可组成无线传感器网络（WSN）。无线传感网络是一种开创了新的应用领域的新兴概念和技术。广泛应用于战场监视、大规模环境监测和大区域内的目标追踪等领域。传感技术、传感网络已经被认定为最重要的研究之一。因为无线传感器网络节点一般采用电池供电，工作环境通常比较恶劣，而且数量大、更换非常困难，所以低功耗是无线传感器网络最重要的设计准则之一，因此，它迫切需要对传统的嵌入式应用开发进行更新和改进，需要精心设计的软硬件系统，以使其可靠而耐用。 2003年,美国《技术评论》杂志论述未来新兴十大技术时,WSN被列为第一;美国《今日防务》杂志更认为WSN的应用和发展将引起一场划时代的军事技术革命和未来战争的变革。可以预测,WSN是信息感知和采集的一场革命,是21世纪最重要的技术之一[2]。低功耗无线传感模块，便是组成无线传感网络的节点。此方面的研究由来已久，是计算机应用的扩展，采用了大规模集成电路和嵌入式技术，使用智能微处理器对采集到的信息进行处理和加工。现已广泛应用于社会建设的各个层面和人们的日常生活当中。但过去的研究有的只考虑低功耗而性能不高，有的性能高但是功耗太大。 因此，在无线传感技术应用如此广泛的今天，在保证无线传感模块性能的同时又能实现其低功耗具有一定的理论和现实意义。 2 研究目的及意义 2.1 研究目的 当前对于无线传感技术的研究仍然处在一个高速发展的阶段，低功耗就是其发展方向之一，而低功耗与高性能的结合实现还不完全。因此，为了更好的实现无线传感模块的功能，增加模块的可靠性和使用寿命，通过对无线传感节点的硬件功耗的分析，确定无线传感模块各单元的基本功率消耗，并进行相应比较，确定需重点降耗的单元，在此基础上结合当前对低功耗无线传感模块的研究，通过对比分析选择合适的芯片完成对低功耗无线传输模块的自主设计和制作。并辅助软件开发人员完成各子模块的驱动编写，实现低功耗无线传感模块的整体通信功能。
感应无线技术简介 一、概述 <一>、感应无线技术国内外发展状况 感应无线技术是七十年代末在日本开始发展起来的一项新的工业应用技术。 在国际上，目前仅日本古河、住友等几个公司掌握该技术。 在国内，岳阳电子研究所是唯一掌握该技术的单位，其研究成果已达到国际先进水平，并成功地将该技术应用于焦炉炼焦自动化。其产品已应用在武汉钢铁公司、太原钢铁公司、新疆八一钢铁公司、邯郸钢铁公司、临汾钢铁公司等。 <二>、感应无线技术主要解决的问题 在现代工业中，若干台大型移动机车（有轨）在中央控制室主计算机统一指挥下，有序地、协调地工作（甚至是全自动的工作），必须解决以下两个问题： 1、移动机车与中央控制室之间、一台移动机车与另一台移动机车之间的 可靠的信息交换————数据通信问题； 2、中央控制室随时都要了解各机车目前所处在的位置————位置检测 问题。 感应无线技术采用独特的编码电缆技术，十分成功地同时解决了这两个问题。 二、感应无线技术的基本原理 <一>、基本原理 1、编码电缆 编码电缆的外形为扁平状态（故又称扁平电缆），内部有若干对电线，按照人们所制定的编码规则，各对线在不同的地方交叉（也有不交叉对线），如图1所示（此图按照格雷码规则交叉）。将各对线重叠在一起，封装在氯丁橡胶压制的护套内，就构成了编码电缆。 ① ② ③ 图1
扁平电缆安装在移动机车的轨道旁，移动机车的轨道有多长，则需要等长的扁平电缆。 2、天线 天线即一组线圈，当天线线圈中加入信号电流时，在附近空间产生变化规律相同的磁场。 天线安装在移动机车上，随着移动机车的移动而移动。 3、电磁感应 扁平电缆中任何一对线，当在终端加一个匹配电阻后，都可以看成一个单圈的线圈，如图2所示。 R 图2 当天线与扁平电缆靠近时，就相当于两个耦合的线圈： ①、在天线中加入信号电流时，在扁平电缆每一对线上，都会产生相应的 感生电动势；在扁平电缆任何一对线上加入信号电流时，在天线中也 会产生相应的感生电动势。于是，天线与扁平电缆之间，形成了一个 通信信号通道。 ②、在天线中加入信号电流时，在扁平电缆每一对线上，都会产生相应的 感生电动势，由于扁平电缆内部若干对电线按照一定的编码规则交叉， 以及特殊结构，能够从扁平电缆各对线上产生相应的感生电动势的相 位、大小中得到反映天线所在位置的信息。 <二>、应用模型 在实际应用中，扁平电缆安装在移动机车的轨道旁，天线安装在移动机车上，当移动机车沿着轨道行走时，天线与扁平电缆之间始终保持固定的距离。图3所示为一应用模型 A车1 A车2 A车3 圆电缆 中扁平电缆A 央圆电缆 扁平电缆B 控 B车1 B车2 制 室圆电缆 扁平电缆C C车1 C车1 图3
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
浅谈无线技术及其应用(一) 【摘要】文章阐述了无线局域网技术的基本概念，从各个角度全面探讨了无线技术与传统有线网络的区别，并通过无线技术在悉尼机场的具体实施来深入分析无线技术所带来的效益。【关键词】无线技术；优势；互联网；应用 在信息化时代，计算机和网络已成为人们生活中的不可缺少部分。但传统有线网络在某些应用场合受到一定程度的限制：布线、改线以及调试的工程量大；线路容易损坏；网中的各节点不可移动等。从而使迅速增加的网络需求形成了严重的技术瓶颈。因此，以高效快捷、组网灵活为优势的无线局域网应运而生。 一、无线技术与传统有线网络的区别 无线互联网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它采用无线传送方式提供传统有线互联网的所有功能，但不会受到线缆的限制。网络系统的基础设备不再需要埋在地下或藏在墙里，它可以是移动性的，也可以随组织的成长发生变化。在无线网络中，终端不像在有线网络中那样，必须保持固定在网络中的某个节点上，而是可以在任意的时间做任意的移动，同时要求能自如的访问网络中的资料。大体来讲，无线网络和传统的有线互联网相比，具有如下不同点。 （一）组网灵活性差异 由安装上无线网卡的几台PC机互通信息就可以组成一个纯无线网络系统，当然也可以与原有的有线网络相结合，对原有网络进行扩展。因此，无线网络组网方便、快捷，安装和拆除都很简单，有很好的灵活性，特别适合展馆的临时组网。相对而言，有线网络的组建就需要考虑网络设备以及线缆的选择，铺设线缆的场地的选择。如果对原有网络进行扩展，还要进行网络兼容性等问题的考虑和解决。 （二）网络部署方式不同 有线网络的建立必须依赖于一定的线缆，并且网络节点是固定的，只有确定了目的地点，才能进行访问。而无线网络不受网线限制，可以随时建立和拆除，它允许用户在一定范围内任何时候都可以访问网络数据，不需要指定明确的访问地点，用户可在网络中漫游，这是无线网络与有线网络的本质区别。 （三）网络各层的功能不同 为了达到网络的透明，无线网络希望在逻辑链路层就能和别的网络相通，这就使得无线网络必须将处理移动工作站以及保持数据传送可靠性的能力全做在介质访问控制层。这和有线网络在介质访问控制层的功能是不同的。 （四）抗干扰性差异 有线网络有一个很明显但又难以避免的弱点，就是线路本身容易遭到破坏，因此抗毁性较差。无线网络采用直接序列技术和跳频技术，因此，无线系统具有很强的抗干扰能力。 （五）长期投资费用不同 有线网络的安装，需要高成本费用的线缆，租用线缆的费用也较高，尤其是那些网络覆盖面比较广的大型网络系统。从长远来看，无线网络从安装到日后维护，以及网络的扩展都有很大的经济优势。 二、悉尼机场的无线技术实施背景 悉尼机场是澳大利亚历史最悠久、持续经营最长的商业机场之一，同时也是澳大利亚乃至全球最繁忙、规模最大的国际机场之一，每年至少有将近2500万名来自世界各地的旅客经由悉尼机场而出入澳大利亚，因此悉尼机场所要承受的旅客对高质量服务要求的压力也是显而易见的。 随着全球经济的高速发展，不管是到国内外旅游的旅客，还是商务出差的从职人员不断地增加，显然这势必给悉尼机场的经营者带来了丰厚的利润，但同时也给悉尼机场的各方面基础
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。
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
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：
第一章 名词解释 1、无线体域网：无线局域网是由依附于身体的各种传感器构成的网络。 2、无线穿戴网：是指基于短距离无线通信技术与可穿戴式计算机技术、穿戴在人体上、具有智能收集人体和周围环境信息的一种新型个域网。 3、TCP/IP:P12,即传输控制协议/因特网互联协议，又名网络通讯协议，是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。 4、OSI RM:即开放系统互连参考模型。 第一章简答 1、简述计算机网络发展的过程。 答：计算机网络发展过程可分为四个阶段。 第一阶段：诞生阶段；第二阶段：形成阶段；第三阶段：互联互通阶段；第四阶段：高速网络技术阶段。（如果想加具体事例查p1-2） 2、无线网络从覆盖范围可以分成哪些类？请适当举例说明。 答：无线网络从覆盖范围可分为如下三类。第一类：系统内部互连/无线个域网，比如： 蓝牙技术，红外无线传输技术；第二类：无线局域网，比如：基本服务区BSA，移动Ad Hoc网络；第三类：无线城域网/广域网，比如：蜂窝系统等。 3、从应用的角度看，无线网络有哪些？要求举例说明。 答：从无线网络的应用角度看，可以划分出： ①无线传感器网络，例如能实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息并通过无线方式发送到用户终端； ②无线Mesh网络，例如Internet中发送E-mail； ③无线穿戴网络，例如能穿戴在人体上并能智能收集人体和周围环境信息； ④无线体域网，例如远程健康监护中有效地收集信息。 4、现在主流的无线网络种类有哪些？ 答：P5（不确定）WLAN,GPRS,CDMA ，wifi 5、什么是协议？请举例说明。 答：P9第一段第三句；协议是指通信双方关于如何进行通信的一种约定。举例：准确地说，它是在同等层之间的实体通信时，有关通信规则和约定的集合就是该层协议，例如物理层协议、传输层协议、应用层协议。 6、与网络相关的标准化有哪些？ 答：主要有：国际电信标准，国际ISO标准，Internet标准 1.美国国际标准化协会（ANSI） 2.电气电子工程师协会(IEEE) 3.国际通信联盟（ITU） 4.国际标准化组织（ISO） 5.Ineter协会(ISOC)和相关的Internt工程任务组（IETF） 6.电子工业联合会(EIA)和相关的通信工业联合会（TIA） 7、无线网络的协议模型有哪些特点？ 答：（p13）无线网络的协议模型显然也是基于分层体系结构的，但是对于不同类型的无线网络说
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