无线传感器网络简明教程
作业题
第一章
? 2.什么事无线传感器网络？
答：传感器网络的标准定义是这样的：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，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。它的英文是Wireless Sensor Network, 简称WSN。
? 5.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？
答：由传感模块、计算模块、通信模块、存储模块、电源模块和嵌入式软件系统组成。这里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，存贮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，电源模块负责节点供电，节点由嵌入式软件系统支撑，运行网络的五层协议。
?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？
答：无线传感器网络体系结构包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层和能量管理平台、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，在节点移动的传感器网络中转发数据，并支持多任务和资源共享。
第二章
? 2.传感器由哪些部分组成？各部分的功能是什么？
答：传感器一般由敏感元件、转换元件和基本转换电路组成。敏感元件是传感器中能感受或响应被测量的部分。转换元件是将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的信号（一般指电信号）部分。基本转换电路可以对获得的微弱电信号进行放大、运算调制等。另外，基本转换电路工作时必须有辅助电源。
?7.传感器的一般特性包括哪些指标？
答：传感器的一般特性包括：灵敏度、响应特性、线性范围、稳定性、重复性、漂移、精度、分辨率（力）、迟滞。
?8.什么是传感器的灵敏度？
答：传感器的灵敏度指传感器达到稳定工作状态时，输出变化量与引起变化的输入变化量之比，即K=输出变化量/输入变化量=△Y/△X=dy/dx
? 9.什么是传感器的线性度？
答：线性度是指传感器的实际输入-输出曲线（校准曲线）与拟合直线之间的吻合（偏离）程度。选定拟合直线的过程，就是传感器的线性化过程。实际曲线与它的两个端尖连线（称为理论直线）之间的偏差称为传感器的非线性误差。取其中最大值与输出满度值之比作为评价线性度（或非线性误差）的指标。
式中e L 为线性度(非线性误差)，△L max 为校准曲线与拟合直线间的最大差值，y fs 为满量程输出值。
第三章
? 1.目前无线传感器网络的通信传输介质有哪些类型？它们各有什么特点？
答：无线通信的介质包括电磁波和声波。 电磁波是最主要的无线通信介质，而声波一般仅用于水下的无线通信。根据波长的不同，电磁波分为无线电波、微波、红外线、毫米波和光波等，其中无线电波在无线网络中使用最广泛。无线电波是容易产生，可以传播很远，可以穿过建筑物，因而被广泛地用于室内或室外的无线通信。无线电波是全方向传播信号的，它能向任意方向发送无线信号，所以发射方和接收方的装置在位置上不必要求很精确的对准。无线电波易受发动机和其它电子设备的干扰。
? 5.当前传感器网络的无线通信主要选择哪些频段？
答：针对无线传感器网络的特点，现有的物理层设计基本采用结构简单的调制方式，在频段选择上主要集中在433～464MHz 、902～928MHz 和2.4～2.5GHz 的ISM 波段。
? 7.设计基于竞争的MAC 协议的基本思想是什么？
答：基于竞争的MAC 协议采用按需使用信道的方式，它的基本思想是当节点需要发送数据时，通过竞争方式使用无线信道，如果发送的数据产生了碰撞，就按照某种策略重发数据，直到数据发送成功或放弃发送。
? 8.试写（画）出CSMA/CA 的基本访问机制，并说明随机退避时间的计算方法。
答：所谓的CSMA/CA 机制是指在信号传输之前，发射机先侦听介质中是否有同信道载波，若不存在，意味着信道空闲，将直接进入数据传输状态；若存在载波，则在随机退避一段时间后重新检测信道。这种介质访问控制层的方案简化了实现自组织网络应用的过程。
随机退避时间按下面公式进行计算：
退避时间=Random()×aSlottime
其中，Random()是在竞争窗口[0，CW]内均匀分布的伪随机整数；CW 是整数随机数，它的数值位于标准规定的aCWmin 和aCWmax 之间；aSlottime 是一个时槽时间，包括发射启动时间、介质传播时延、检测信道的响应时间等。
max 100%L FS
L e y
?=?
?11.叙述无线传感器网络S-MAC协议的主要特点和实现机制。
答：主要特点：a.适用该协议的传感器网络的数据传输量不大b. 适用该协议的网络内部能够进行数据的处理和融合以减少数据通信量 c. 适用该协议的网络能容忍一定程度的通信延迟 d.提供的良好的扩展性，减少节点能耗。
实现机制：周期性侦听/睡眠的低占空比工作方式，控制节点尽可能处于睡眠状态来降低节点能量的消耗；邻居结点通过协商的一致性睡眠调度机制形成虚拟簇，减少借点的空闲侦听时间；通过流量自适应的侦听机制，减少消息在网络中的传输延迟；采用带内信令来减少重传和避免侦听不必要的数据；通过消息分割和突发传递机制来减少控制消息的开销和消息的传递延迟。
?12.简述路由选择的主要功能。
答：路由选择(routing)是指选择互连网络从源节点向目的节点传输信息的行为，并且信息至少通过一个中间节点。
路由协议负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点，它包括两个功能：
①寻找源节点和目的节点间的优化路径；
②将数据分组沿着优化路径正确转发。
?13.无限传感器网络的路由协议具有哪些特点？
答：（1）能量优先（2）基于局部拓扑信息（3）以数据为中心（4）应用相关
?14.常见的传感器网络路由协议有哪些类型？并说明各种类型路由协议的主要特点。
答：（1）能量感知路由协议：高效利用网络能量是传感器网络路由协议的一个显著特征。为了强调高效利用能量的重要性，这里将它们划分为能量感知路由协议。能量感知的路由协议从数据传输的能量消耗出发，讨论最少能量消耗和最长网络生存期等问题。
（2）基于查询的路由协议：在诸如环境检测、战场评估等应用中，需要不断查询传感器节点采集的数据。在汇聚节点（查询节点）发出任务查询命令，传感器网络的终端探测节点向监控中心报告采集的数据。在这类监控和检测的应用问题中，通信流量主要是查询节点和传感器探测节点之间的命令和数据传输，同时传感器探测节点的采集信息通常要进行数据融合，通过减少通信流量来节省能量，即数据融合技术与路由协议的设计相结合。
（3）地理位置路由协议：在诸如目标跟踪的应用问题中，往往需要唤醒距离被跟踪目标最近的传感器节点，以便得到关于目标的更精确位置等相关信息。在这类与坐标位置有关的应用问题中，通常需要知道目的节点的精确或者大致地理位置。把节点的位置信息作为路由选择的依据，不仅能够完成节点的路由选择功能，还可以降低系统专门维护路由协议的能耗。
（4）可靠的路由协议：传感器网络的某些应用对通信的服务质量有较高要求，可能在可靠性和实时性等方面有特别要求。例如，采用视频传感器进行战场环境监测时，希望传输的视频图像能够尽可能的流畅些。但传感器网络的无线链路稳定性一般难以保证，通信信道质量比较低，网络拓扑变化频繁，要满足用户的某些方面的服务质量指标，需要考虑可靠的路由协议设计技术。
?15.如何设计传感器网络的定向扩散路由协议？
答：定向扩散（Directed Diffusion，DD）路由协议是一种基于查询的路由机制。
扩散节点通过兴趣信息发出查询任务，采用洪泛方式传播兴趣信息到整个区域或部分区域内的所有传感器节点。兴趣信息用来表示查询的任务，表达了网络用户对监测区域内感兴趣的具体内容，例如监测区域内的温度、湿度和光照等数据。
在兴趣信息的传播过程中，协议将逐跳地在每个传感器节点上建立反向的从数据源到汇聚节点的数据传输梯度，传感器探测节点将采集到的数据沿着梯度方向传送给汇聚节点。
第四章
? 1.传感器网络实现时间同步的作用是什么？
答：无线传感器网络时间同步机制的意义和作用主要体现在如下两方面：首先，传感器节点通常需要彼此协作，去完成复杂的监测和感知任务。数据融合是协作操作的典型例子，不同的节点采集的数据最终融合形成了一个有意义的结果。
其次，传感器网络的一些节能方案是利用时间同步来实现的。
? 2.传感器网络常见的时间同步机制有哪些？
答：目前已有几种成熟的传感器网络时间同步协议，其中RBS、TINY/MINI-SYNC 和TPSN被认为是三种最基本的传感器网络时间同步机制。
RBS同步协议的基本思想是多个节点接收同一个同步信号，然后多个收到同步信号的节点之间进行同步。这种同步算法消除了同步信号发送一方的时间不确定性。这种同步协议的缺点是协议开销大。
Tiny/Mini-Sync是两种简单的轻量级时间同步机制。
TPSN时间同步协议采用层次结构，实现整个网络节点的时间同步。
? 3.简述TPSN时间同步协议的设计过程。
答：TPSN协议包括两个阶段：
第一个阶段生成层次结构，每个节点赋予一个级别，根节点赋予最高级别第0级，第i级的节点至少能够与一个第（i－1）级的节点通信；
第二个阶段实现所有树节点的时间同步，第1级节点同步到根节点，第i级的节点同步到第（i－1）级的一个节点，最终所有节点都同步到根节点，实现整个网络的时间同步。
? 5.如何对传感器网络的定位方法进行分类？
答：根据不同的依据，无线传感器网络的定位方法可以进行如下分类：
(1) 根据是否依靠测量距离，分为基于测距的定位和不需要测距的定位；
(2) 根据部署的场合不同，分为室内定位和室外定位；
(3) 根据信息收集的方式，网络收集传感器数据称为被动定位，节点主动发出
信息，用于定位称为主动定位。
、
? 10.简述ToA 测距的原理。
答： ToA 机制是已知信号的传播速度，根据信号的传播时间来计算节点间的距离。
ToA 测距原理的过程示例
? 11.举例说明TDoA 的测距过程。
答：在基于TDoA 的定位机制中，
发射节点同时发射两种不同传播速度
的无线信号，接收节点根据两种信号到
达的时间差以及这两种信号的传播速
度，计算两个节点之间的距离。
发射节点同时发射无线射频信
号和超声波信号，接收节点记录下这两
种信号的到达时间T1、T2，已知无线射
频信号和超声波的传播速度为c1、c2,
那么两点之间的距离为(T2-T1)*S ，其中
S=c1*c2/(c1-c2)
。
? 12.举例说明AoA 测角的过程。
答：如图所示，接受结点通过麦克风阵列，探测发射结点信号的到达方向。
? 15.简述质心定位算法的原理及其特点。
答： 假设多边形定点位置的坐标向量表示为pi= (xi ，yi)T ，则这个多边形的质心坐
标 （x ，y ）为： 例如，如果四边形 ABCD 的顶点坐标分别为 ， ， ， 则它的质心坐标计算如下：
()11
11,(,)n n i i i i x y X Y n n ===∑∑()11,x y ()22,x y ()33,x y ()44,x y ()
12341234,,44x x x x y y y y x y ++++++??= ???
这种方法的计算与实现都非常简单，根据网络的连通性确定出目标节点周围的信标参考节点，直接求解信标参考节点构成的多边形的质心。
?16.举例说明DV-Hop算法的定位实现过程。
答：DV-Hop算法解决了低锚点密度引发的问题，它根据距离矢量路由协议的原理在全网范围内广播跳数和位置。
离和跳数。L2计算得到校正值（即平均
每跳距离）为（40+75）/（2+5）=16.42m
假设传感器网络中的待定位节点A从
L2获得校正值，则它与3个锚点之间的
距离分别是L1=3×16.42，L2=2×16.42
L3=3×16.42，然后使用多边测量法确定
节点的位置。
?17.什么是数据融合技术？它在传感器网络中的主要作用是什么？
答： a. 数据融合也被人们称作信息融合，是一种多源信息处理技术，它通过对来自同一目标的多源数据进行优化合成，获得比单一信息源更精确、完整的估计或判决。
“多传感器数据融合是一种多层次、多方面的处理过程，这个过程是对多源数据进行检测（detection）、互联（association）、相关（correlation）、估计（estimation）和组合（combination），以更高的精度、较高的置信度得到目标的状态估计和身份识别，以及完整的态势估计和威胁评估，为指挥员提供有用的决策信息”。
这个定义包含三个要点：
（1）数据融合是多信源、多层次的处理过程，每个层次代表信息的不同抽象程度；
（2）数据融合过程包括数据的检测、关联、估计与合并；
（3）数据融合的输出包括低层次上的状态身份估计和高层次上的总战术态势的评估。
b.（数据融合的主要作用可归纳为以下几点：
(1) 提高信息的准确性和全面性。
(2) 降低信息的不确定性。
(3) 提高系统的可靠性。
(4) 增加系统的实时性。）
在传感器网络中数据融合起着十分重要的作用，它的主要作用在于：
(1) 节省整个网络的能量；
(2) 增强所收集数据的准确性；
(3) 提高收集数据的效率。
?18.简述数据融合技术的不同分类方法及其类型。
答：传感器网络的数据融合技术可以从不同的角度进行分类，这里介绍三种分类方法：
(1)依据融合前后数据的信息含量进行分类：
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无损失融合和有损
失融合两类
(2)依据数据融合与应用层数据语义的关系进行分类：
根据数据融合是否基于应用数据的语义，将数据融合技术分为三类：(i)依赖于应用的数据融合；(ii)独立于应用的数据融合；(iii)结合以上两种技术的数据融
合。
(3)依据融合操作的级别进行分类：
根据对传感器数据的操作级别，可将数据融合技术分为以下三类：(i)数据级融合；(ii)特征级融合；(iii)决策级融合。
第五章
3.列举传感器网络仿真的常用软件平台，并说明各种平台的技术特点。
答：
a. TOSSIM ：TinyOS是为传感器网络节点而设计的一个事件驱动的操作系统，由加
州大学的伯利克分校开发，采用nesC编程语言。它主要应用于无线传感器网络领域，采用基于一种组件的架构方式，能够快速实现各种应用。
TOSSIM是TinyOS自带的仿真工具，可以同时模拟传感器网络的多个节点运行同一个程序，提供运行时的调试和配置功能。
由于TOSSIM仿真程序直接编译来自实际运行于硬件环境的代码，因而可以用来调试最后实际真正运行的程序代码。
b. OMNeT++ ：OMNeT++是Objective Modular Network Testbed的简写，也被称作离
散事件模拟系统(Discrete Event Simulation System，DESS)。它是一种面向对象的、离散事件建模仿真器，属于免费的网络仿真软件。
这种仿真软件工具采用了特别定义的NED语言来完成。
c. Matlab : Matlab是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的意思。它除了具备卓越的数
值计算能力外，还提供专业水平的符号计算、文字处理、可视化建模仿真和实时控制等功能，也可以进行网络仿真，用于模拟传感器网络的运行情况和某些应用算法的性能。
在Matlab软件工具中，典型的无线传感器网络应用程序如WiSNAP。这是一个针对无线图像传感器网络而设计的基于Matlab的应用开发平台。
d. OPNET : OPNET是MIL3公司开发的网络仿真软件产品。这是一种优秀的图形化、
支持面向对象建模的大型网络仿真软件。OPNET的产品主要针对三类客户，分成四个系列。三类客户是指网络服务提供商、网络设备制造商和一般企业。
e. NS : NS(Network Simulator)是一种针对网络技术的源代码公开的、免费的软件模
拟平台，研究人员使用它可以很容易地进行网络技术的开发。目前它所包含的模块内容已经非常丰富，几乎涉及到网络技术的所有方面，成为了目前学术界广泛使用的一种网络模拟软件。
在每年国内外发表的有关网络技术的学术论文中，利用NS给出模拟结果的文章最多，通过这种方法得出的研究结果也是被学术界所普遍认可的。
NS也可作为一种辅助教学的工具，广泛应用在网络技术的教学方面。目前这种网络仿真软件工具已经发展到第二个版本，即NS2（Network Simulator, version 2）。
?9.简述传感器网络常用的几种无线通信技术及其特点。
答：传感器网络应用的无线通信技术通常包括IEEE 802.11b、IEEE 802.15.4(ZigBee)、Bluetooth、UWB、RFID和IrDA等，还有很多芯片双方通信的协议由用户自己定义，这些芯片一般工作在ISM免费频段。
在无限传感器网络中应用最多的是ZigBee和普通射频芯片。ZigBee 是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，完整的协议栈只有32KB，可以嵌入到各种微型设备，同时提供地理定位功能。
传感器网络的常用无线通信技术
?12.试写(画)出传感器网络结点软件系统的分层结构。
答：传感器网络结点软件系统的分层结构如下图：
第六章
? 6.ZigBee的物理设备有哪些类型？他们分别具有什么特点？
答：ZigBee的物理设备分为功能简化型设备(Reduced Function Device , RFD)和功能
ZigBee 的设备类型
功能简化型设备是网络中简单的发送接收结点，具有微型的RAM和ROM，简化了堆栈空间，相应存储空间也被减少，成本得以降低。它一般有电池供电，只与功能完备型设备连接通信。它能搜索出可达的网络设备，根据功能完备型设备的请求传送数据、确定自身是否需要发送以及向功能完备型设备请求数据。功能简化型设备在其余时间内休眠以减少电能消耗。
功能完备型设备是一种功能完备的设备，可完成路由任务，充当网络协调器。它可以与其他功能完备型或功能简化型设备连接通信，一般接有线电源。
?9.ZigBee网络系统的软件设计主要包括哪些过程？
答ZigBee网络系统的软件设计主要过程包括如下：
(1) 建立Profile
Profile是关于逻辑器件和它们的接口的定义。
(2) 初始化
它包括ZigBee协议栈的初始化和外围设备的初始化。
(3) 编写应用层代码
ZigBee设备都需要设置一个变量来保存协议栈当前执行的原语。
无线传感器网络试题 库1
《无线传感器网络》 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、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、 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.无线通信物理层的主要技术包括：介质选择、频段选取、调制技术、扩频 技术 5.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 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.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 9.IEEE 802.15.4标准主要包括：物理层。介质访问控制层 10.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。 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 12.无线传感器网络可以选择的频段有：_800MHz___915M__、2.4GHz、___5GHz
13.传感器网络的电源节能方法：_休眠（技术）机制、__数据融合 14.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。 15.802.11规定三种帧间间隔：短帧间间隔SIFS，长度为 28 s a)、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 b)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 16.任意相邻区域使用无频率交叉的频道是，如：1、6、11频道。 17.802.11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 18.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 19.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 20.物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构 造一个覆盖万物的网络。RIFD无线识别、嵌入式系统技术、能量供给模块和纳米技术列为物联网关键技术。 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:
1.简述无线网络介质访问控制方法CSMA/CA的工作原理 CSMA/CA机制: 当某个站点（源站点）有数据帧要发送时，检测信道。若信道空闲，且在DIFS时间内一直空闲，则发送这个数据帧。发送结束后，源站点等待接收ACK确认帧。如果目的站点接收到正确的数据帧，还需要等待SIFS时间，然后向源站点发送ACK确认帧。若源站点在规定的时间内接收到ACK确认帧，则说明没有发生冲突，这一帧发送成功。否则执行退避算法。 2.802.11无线LAN提供的服务有哪些？ ?802.11规定每个遵从该标准的无线局域网必须提供9种服务，这些服务分为两类，5种分布式服务和4种站服务。 分布式服务涉及到对单元（cell）的成员关系的管理，并且会与其它单元中的站点进行交互。由AP提供的5种服务将移动节点与AP关联起来，或者将它们与AP解除关联。 ?⑴建立关联：当移动站点进入一个新的单元后，立即通告它的身份与能力。能力包括支持的数据速率、需要PCF服务和功率管理需求等。 AP可以接受或拒绝移动站点的加入。如果移动站点被接受，它必须证明它自己的身份。 ?⑵解除关联。无论是AP还是站点都可以主动解除关联，从而中止它们之间的关系?⑶重建关联。站点可以使用该服务来改变它的首选AP 。 ?⑷分发。该服务决定如何将发送到AP的帧发送出去。如果目的站在同一个AP下，帧可以被直接发送出去，否则必须通过有线网络转发。 ?⑸集成。如果一个帧需要通过一个非802.11网络（具有不同的编址方案或帧格式）传输，该服务可将802.11格式转换成目的网络要求的格式 站服务4种站服务用于管理单元内的活动。 ?⑴身份认证。当移动站点与AP建立了关联后， AP会向移动站点发送一个质询帧，看它是否知道以前分配给它的密钥；移动站点用自己所知道的密钥加密质询帧，然后发回给AP ，就可以证明它是知道密钥的；如果AP检验正确，则该移动站点就会被正式加入到单元中。 ?⑵解除认证。一个以前经过认证的站想要离开网络时，需要解除认证。 ?⑶保密。处理加密和解密，加密算法为RC4。 ⑷数据传递。提供了一种数据传送和接收方法 3.简述无线传感器网络系统工作过程 无线传感器网络(WSN)是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，目的是协作地采集、处理和传输网络覆盖地域内感知对象的监测信息，并报告给用户 4.为什么无线传感器网络需要时间同步，简述RBS、TPSN时间同步算法工作原理？ 在分布式的无线传感器网络应用中，每个传感器节点都有自己的本地时钟。不同节点的晶体振荡器频率存在偏差，以及湿度和电磁波的干扰等都会造成网络节点之间的运行时间偏差， RBS同步协议的基本思想是多个节点接收同一个同步信号，然后多个收到同步信号的节点之间进行同步。这种同步算法消除了同步信号发送一方的时间不确定性。这种同步协议的缺点是协议开销大
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
无线传感器网络试题 一填空题 1、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，按一定规律变换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、记录和控制等要求。 2、感知目标、网络节点、用户构成了无线传感器网络的三个要素。 3、无线传感器网络的通信协议栈包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层与互联网协议栈的五层协议相对应 4、无线传感器网络的产业化障碍包括四个方面。它们分别是：大规模组网问题、大规模组网问题实用化低功耗技术、微型化加剧信号串扰、可靠性提高资源需求 二、判断题 1、无线通信是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式（对） 2、SINK节点：亦称网关节点，与簇头结点的功能完全相同。（错） 3、通过拓扑控制自动生成的良好的网络拓扑结构，能够提高路由协议和MAC协议的效率，可为数据融合、时间同步和目标定位等很多方面奠定基础，有利于节省节点的能量来延长网络的生存期。（对） 4、美国军方最先开始无线传感器网络技术的研究。（对） 三、选择题
1、最先开始无线传感器网络技术的研究的国家是（B） A中国B美国C日本D韩国 2、无线传感器网络的特点包括（C） （1）可快速部署 （2）可自组织 （3）隐蔽性强和高容错性 （4）成本高，代价大 A （1）（2）（4） B （2）（3）（4） C （1）（2）（3） D（1）（3）（4） 3、将“信息社会技术”作为优先发展领域之一。其中多处涉及对WSN 的研究，启动了EYES 等研究计划的组织是（D） A日本总务省 B韩国信息通信部 C美国国防部 D欧盟 4、与无线传感器网络的兴起无关的技术是（A） A虚拟运营技术 B无线通信 C片上系统（SOC） D低功耗嵌入式技术
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
物联网概论学习总结 The following text is amended on 12 November 2020.
是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段。自2009年8月温家宝总理提出“感知中国”以来，物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入“政府工作报告”，物联网在中国受到了全社会极大的关注。 基于未来对物联网技术人才的需求，很多高校开设了物联网工程专业。为了提高自身对物联网技术的认识和理解以及对专业课程设置、实验室建设各方面的知识需求，参加了本次高等学校教师网络培训《物联网概论》课程。 本次培训主要包括以下几个部分： 一、介绍了物联网的定义、基本架构及关键技术 物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。它的基本架构从底层到顶层分别为传感网络、接入网络、中间件、应用层。涉及到的关键技术主要包括：射频识别技术、无线传感网技术、嵌入式技术、纳米与微机电技术、分布式管理技术。 二、提出了物联网教学面临的矛盾与需求 物联网教学面临的矛盾与需求主要包括：舆论炒作和应用迟滞的矛盾、局部供给规模化与社会需求碎片化的矛盾、技术供给分散化与需求一体化的矛盾、法治、技术、安全与管理等的不配套性与不确定性的矛盾、人-机对话与物-物对话间的矛盾、标准化建设滞后的矛盾。 三、总结了物联网知识体系构成，并提出了《物联网概论》课程设计原则 物联网知识体系主要由功能体系、系统体系、技术体系、信息体系、标准体系、指标体系构成。《物联网概论》课程应从通识角度给予介绍，相关专业培养的人才，要掌握传感器、微处理器、嵌入式技术和相应的软件技术，无线通讯、高频设计、低功耗、无线传感网络以及3G无线网络设计等技术。 四、指出了《物联网概论》课程教学难点，并给出了课程改进方向 教学难点：各类基本概念、基本标准与基本协议。 改进方向：强化基础知识、基本模式、启发思考与探索；面向国计民生，“感知中国”是物联网教学突破的途径。 五、强调了物联网属于信息化领域，重点对EPC标识体系进行了讲解。 对EPC标识体系的学习主要要求掌握EPC标准体系、了解EPC编码策略和设计思想、掌握EPC编码转换方法。 六、介绍了物联网基础技术，对无线网络技术及其标准和自动识别技术进行了重点讲解 物联网基础技术主要由传感器技术、MEMS技术、无线传感器网络、无线网络技术、自动识别技术、条形码技术、定位技术。 七、通过讲解具体的教学案例来体现教师在教学中的主体地位，展示了在实际教学过程中有效的教学方法，并提出了建设物联网实验室的必要性基于微创新的物联网应用课程中列举了几个具体的教学案例：一卡通教学设计、实验实训室建设案例、实验箱开发案例。提倡以鼓励学生为主的兴趣教学法。通过介绍物联网工程实验室的功能（教师进行科研创新、院系举办竞赛活
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
无线传感器网络 实验指导书 信息工程学院
实验一 质心算法 一、实验目的 掌握合并质心算法的基本思想； 学会利用MATLAB 实现质心算法； 学会利用数学计算软件解决实际问题。 二、实验容和原理 无需测距的定位技术不需要直接测量距离和角度信息。定位精度相对较低，不过可以满足某些应用的需要。 在计算几何学里多边形的几何中心称为质心，多边形顶点坐标的平均值就是质心节点的坐标。 假设多边形定点位置的坐标向量表示为p i = (x i ，y i )T ，则这个多边形的质心坐标为： 例如，如果四边形 ABCD 的顶点坐标分别为 (x 1, y 1)，(x 2, y 2), (x 3, y 3) 和(x 4,y 4)，则它的质心坐标计算如下： 这种方法的计算与实现都非常简单，根据网络的连通性确定出目标节点周围的信标参考节点，直接求解信标参考节点构成的多边形的质心。 锚点周期性地向临近节点广播分组信息，该信息包含了锚点的标识和位置。当未知结点接收到来自不同锚点的分组信息数量超过某一门限或在一定接收时间之后，就可以计算这些锚点所组成的多边形的质心，作为确定出自身位置。由于质心算法完全基于网络连通性，无需锚点和未知结点之间的协作和交互式通信协调，因而易于实现。 三、实验容及步骤 该程序在Matlab 环境下完成无线传感器中的质心算法的实现。在长为100米的正方形区域，信标节点（锚点）为90个，随机生成50个网络节点。节点的通信距离为30米。 需完成： 分别画出不同通信半径，不同未知节点数目下的误差图，并讨论得到的结果 所用到的函数： 1. M = min(A)返回A 最小的元素. 如果A 是一个向量，然后min(A)返回A 的最小元素. 如果A 是一个矩阵，然后min(A)是一个包含每一列的最小值的行向量。 2. rand X = rand 返回一个单一均匀分布随机数在区间 (0，1)。 X = rand(n)返回n--n 矩阵的随机数字。 ()12341234,,44x x x x y y y y x y ++++++??= ???
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：
1. 传感器网络的三个基本要素：传感器、感知对象、用户(观察者) 2. 传感器网络的基本功能：协作式的感知、数据采集、数据处理、发布感知信息 3. 无线传感器节点的基本功能：采集数据、数据处理、控制、通信 4. 传感节点中处理部件用于协调节点各个部分的工作的部件。 5. 基站节点不属于传感器节点的组成部分 6. 定向扩散路由机制可以分为三个阶段：兴趣扩展阶段、梯度建立阶段、路径加强阶段 7. 无线传感器网络特点：大规模网络、自组织网络、可靠的网络、以数据为中心的网络、应用相关的网络 8. NTP时间同步协议不是传感器网络的的时间同步机制。 9. IEEE 802.15.4标准主要包括：物理层。介质访问控制层 10. 从用户的角度看，汇聚节点被称为网关节点。 11. 数据融合的内容主要包括：多传感器的目标探测、数据关联、跟踪与识别、情况评估和预测 13. 传感器网络的电源节能方法：_休眠（技术）机制、__数据融合 14. 分布式系统协同工作的基础是时间同步机制 15. 无线网络可以被分为有基础设施的网络与没有基础设施的网络，在无线传感器网络，Internet 网络，WLan 网络，拨号网络中，无线传感器网络属于没有基础设施的网络。 16. 传感器网络中，MAC层与物理层采用的是IEEE制定的IEEE 802.15协议 17. 分级结构的传感器网络可以解决平面结构的拥塞问题 18. 以数据为中心特点是传感器网络的组网特点，但不是Ad-Hoc的组网特点 19. 为了确保目标节点在发送ACK过程中不与其它节点发生冲突，目标节点使用了SIFS帧间间隔 20. 典型的基于竞争的MAC协议为CSMA
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
《物联网概论》课程学习总结2014年04月起，我有幸第一次参加了XX部组织的高等学校教师网络培训。参加的是由XX教授、XX教授主讲的《物联网概论》课程。两位教授均是在该领域经验丰富、研究颇深的专家。通过参加培训，我学习到了物联网理论的基础知识、发展前景，不但拓宽了自己的知识，而且也对这一领域有了更加清晰的认识。 物联网是指通过各种信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息，与互联网结合而形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。物联网技术是新一代信息技术的重要组成部分，目前国内方兴未艾，我们青年教师对于新兴技术的学习和研究是非常必要的。通过听取两位教授全面地介绍和讲解，我学习和系统认识了物联网的基本理论、技术基础、EPC电子编码体系，以及物联网在精致农业、食品卫生、社会治安、智能楼宇、感知城市、智能交通、节能环保、旅游观光、生产监控、新型商务和医疗护理等众多重点生产与生活领域中的应用。 教授的讲解内容全面，兼顾理论与实际，既全面介绍了物联网领域的基础知识，又广泛吸收了各国最新的发展成果；所用材料均取自国内外物联网的最新应用与动态。每一章均配有学习目标和思考题，既方便教师教学，又能让学习者全面、实际地学到运用物联网基本知识和技术解决各类实际问题的思路与方法。物联网概论课程的特点是理论联系实际，针对目前物联网在全球蓬勃发展的势态.特别遴选了一批在重点生产与生活领域中的应用案例进行详细的分析与介绍，让我领会到了物联网技术的魅力和巨大的潜力。 这次培训内容主要包括以下几个部分：1、物联网基础、物联网应用、嵌入式开发基础、嵌入式Linux开发环境搭建、嵌入式开发基础及Ubuntu使用、嵌入式Linux内核裁剪与编译等内容，通过开发板与程序烧写器套件分别实现SINK 节点、传感器节点和ROUTER节点，然后与PC机相结合实现无线传感器网络；2、物联网课程的教学设计，理论体系与实验体系的建设，以及《物联网》课程教学中的重难点；3、物联网应用技术专业培养目标，教学方法及手段，以及校企及政府合作开展科研的方向与重点。
无线传感器网络与RFID技术复习题 一、填空题 1、传感器网络的三个基本要素：传感器、感知对象、观察者（用户）。 2、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。 3、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。 4、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。 5、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。 6、无线传感器网络的组成模块分为：通信模块、传感模块、计算模块、存储模块和电源模块。 7、传感器网络的支撑技术包括：时间同步、定位技术、数据融合、能量管理、安全机制。 8、传感器节点通信模块的工作模式有发送、接收和空闲。 9、传感器节点的能耗主要集中在通信模块。 10、当前传感器网络应用最广的两种通信协议是：zigbee、IEEE802.15.4。 11、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：星型(Star)结构、网状（Mesh）结构、簇树型（Cluster Tree）结构。 12、根据对传感器数据的操作级别，可将数据融合技术分为以下三类：特征级融合、数据级融合、决策级融合。 13、信道可以从侠义和广义两方面理解，侠义的信道（信号输出的媒质），分为（有线信道和无线信道）；广义信道（包括除除传输媒质还包括有关的转换器）广义信道按照功能可以分为（模拟信道）和（数字信道）。 14、无线传感器网络可以选择的频段有：868MHZ、915MHZ、2.4GHZ、5.8GHZ。 15、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。 16、IEEE 802.15.4标准主要包括：物理层和MAC层的标准。 17、传感器网络中常用的测距方法有：到达时间/到达时间差(ToA/TDoA)、接收信号强度指示(RSSI)、到达角(AoA)。