郑州航空工业管理学院无线传感器网络实验报告
（第1版）
20 14– 2015 第2学期
赵成编着
院系：电子通信工程
姓名：
专业：物联网工程
学号：
电子通信工程系
2015年6月制
实验一WSNs开发环境的建立
一、实验目的
了解基于TI CC2431/CC2530的WSNs基础知识，熟悉WSNs的开发环境，掌握Cygwin、TinyOS、SDCC、SmartRF Studio 7等软件的安装方法。
二、实验内容
1．认识并观察WSNs节点模块的电路板；
2．WSNs开发环境的建立：
（1）Cygwin仿真软件的安装；
（2）TinyOS 操作系统的安装；
（3）SDCC小型设备C编译器的安装；
（4）SmartRF Studio 7编程软件的安装；
三、预备知识
了解无线传感器网络的基本概念；熟悉无线传感器网络的结构及开发环境的建立。
四、实验设备
1. 硬件环境配置
计算机：Intel(R) Pentium(R) 及以上；
内存：1GB及以上；
实验设备：CC2431无线传感器网络节点模块；
2. 软件环境配置
操作系统：Microsoft Windows 7 Professional Service Pack 1；
WSNs开发环境：Cygwin、TinyOS、SDCC、SmartRF Studio 7。
五、实验分析
1．安装的Cygwin仿真软件时选择□Install from Internet还是√□Install from Local Directory。（在正确的前面打勾）
2．在安装Cygwin时，需要选择安装包，如下图所示，在箭头所指向的位置，表示对所有（All）包的操作，点击循环按钮，观察四种安装方式格式什么？写在下面。
图1 Cygwin Setup – Select Package
安装方式：Default 、Install 、Reinstall 、Uninstall 。
3．安装TinyOS 操作系统时采用了shell脚本自动安装，请在下面写出执行shell脚本的指令。
4．在下面写出SDCC默认指定安装在Windows系统中的路径，安装在其它路径编译时会出现错误提示。
默认指定安装路径：C：\Progarm Files\SDCC
5．安装TI Flash编程软件SmartRFProgr之后，系统成功安装设备的驱动程序，接着，打开编程软件，发现无法找到CC2431芯片，也就无法下载程序。请问，出现这样情况的原因是什么？你是怎么解决的？
首先检查接口是否拨到对应位置，进行正确连接。无检查无误，需要检查cc2431芯片
供电是够正常，不正常需要更换节点电池或者连接电源，如还是不可以使用，检查SmartRFProgr软件版本是否太低，升级至高版本。我当时是因为SmartRFProgr版本太低，后来在网上下载了最新的版本，问题自动消失。
6．写出删除Cygwin程序的步骤。
（1）找到安装包,双击运行,到安装界面.默认选项,下一步.
（2）到"Select Packages界面","Category " 选择"Uninstall"点击下一步.
（3）等卸载完成.点击"确定"即可
六、遇到的问题及解决方法
找不到指定路径，需要建立指定路径的文件夹。安装TI Flash编程软件SmartRFProgr之后，系统成功安装设备的驱动程序，接着，打开编程软件，发现无法找到CC2431芯片，也就无法下载程序。首先检查接口是否拨到对应位置，进行正确连接。无检查无误，需要检查cc2431芯片供电是够正常，不正常需要更换节点电池或者连接电源，如还是不可以使用，检查SmartRFProgr软件版本是否太低，升级至高版本。我当时是因为SmartRFProgr版本太低，后来在网上下载了最新的版本，问题自动消失。
实验二WSNs节点模块LED灯的控制操作
一、实验目的
应用LED控制组件和Timer组件，掌握对节点模块上LED进行开关控制。LED的通断时间采用摩尔斯编码，使用灯光输出“hello, world”信息。
二、实验内容
1．使用cd指令将路径切换到\opt\\contrib\cc2431\Helloworld\下，查看其中的源码和源码；
2．切换到/opt/contrib/cc2431/Helloworld路径下，编译HelloWorld工程；
3．下载到节点模块；
4．观察并记录运行效果。
三、预备知识
了解WSNs开发软件的相关知识；了解TinyOS操作系统的编程及工程基本的编译方法。
四、实验设备
1. 硬件环境配置
计算机：Intel(R) Pentium(R) 及以上；
内存：1GB及以上；
实验设备：CC2431无线传感器网络节点模块；
2. 软件环境配置
操作系统：Microsoft Windows 7 Professional Service Pack 1；
WSNs开发环境：Cygwin、TinyOS、SDCC、SmartRF Studio 7。
五、实验分析
1．是（）；是（）。
(A) 模块文件，实现LED程序的运行部分代码。
(B) 配置文件，用于声明使用的各个组件及相互之间的连接关系。
2．源码中声明使用了四个模块，分别是：
（1）MainC
（2）HelloWorldM
（3）LedsC
（4）new TimerMilliC()
其中，HelloWorldM 模块是本工程自定义的程序模块。
3．从源码可知，LED闪烁的基本时长是 1000 ms，其中:
（1）' '保持2000 ms;
（2）'.'常亮1000 ms，长闭1000 ms;
（3）'-'常亮3000 ms，长闭1000 ms。
4．观察程序的运行效果，对比源码，试分析：
（1）()函数与()函数是事件驱动的么？
是
（2）()函数触发()函数的执行么？
是
（3）()函数与()函数是顺序执行的，还是并发执行的？
是顺序执行的
六、遇到的问题及解决办法
基本没出现什么问题，就是在下载hex文件的时候节点的开关位置得适当调整实验三节点模块的串行通信
一、实验目的
熟悉TinyOS操作系统；熟悉message_t结构体，并解析实际传输的串行数据；掌握上位机与节点间的串行通信，尝试测试传输数据的获取。
二、实验内容
1. 理解TinyOS中的串行通信格式---message_t结构体；
2. 区分串行通信使用的message_t结构体和无线通信使用的message_t结构体的差异；
3. 尝试通过实际的串行通信，分析message_t结构体传输数据的意义。
三、预备知识
了解TinyOS操作系统的基本结构；了解基于TinyOS操作系统基本的程序开发方法。
四、实验设备
1. 硬件环境配置
计算机：Intel(R) Pentium(R) 及以上；
内存：1GB及以上；
实验设备：CC2431无线传感器网络节点模块；
2. 软件环境配置
操作系统：Microsoft Windows 7 Professional Service Pack 1；
WSNs开发环境：Cygwin、TinyOS、SDCC、SmartRF Studio 7、GCC。
五、实验步骤
1．编译节点模块程序
在Cygwin环境下，切换至/opt/contrib/cc2431/Serial_Echo_Test路径，运行
make cc2431 指令，得到hex文件，将其下载到节点模块。
2．在/opt/contrib/cc2431/Serial_Echo_Test路径下，按实际使用的串口号调整源代码中的ttySX值（X用实际数字替代）后，编译上位机的串行通信源代码“”，可以得到可执行的run程序。
输入的编译指令为：
gcc –o run
./run
3．将节点模块连接至计算机，同时，在计算机上运行run可执行程序，观察并记录一批串行通信数据（2~3组即可），解释这些数据的意义。
(1)在TinyOS中想要串行发送的数据: FF FF 20 27 0A xx 7E xx
实际被传送的数据: 7E 45 00 FF FF 20 27 0A xx 7D 5E xx CRC1 CRC2 7E
(2)在TinyOS中想要串行发送的数据: FF FF 20 27 0A xx 7D xx
实际被传送的数据: 7E 45 00 FF FF 20 27 0A xx 7D 5D xx CRC1 CRC2 7E
(3)在TinyOS中想要串行发送的数据: FF FF 20 27 0A xx 7E 7D xx
实际传送的数据: 7E 45 00 FF FF 20 27 0A xx 7D 5E 7D 5D xx CRC1 CRC2 7E
在TinyOS中，通过串行通信向PC传送数据时，在数据的开始部分，总是0x7E值先被输入，其后没有ACK的数据类型— 0x45值被输入。(在TinyOS 中，0x42值是没有ACK的数据类型。)接下来，表示串行消息的DispatchID 0x00被输入。接着，对应TinyOS定义的串行消息格式的数据和2bytes CRC字段被输入。最后，作为完成通信的意义，0x7E被输入
4.在\opt\\tos\types\路径下的源代码中定义了message_t结构体，在下面列出该结构体的定义。
typedef nx_struct serial_header {
nx_am_addr_t dest;
nx_am_addr_t src;
nx_uint8_t length;
nx_am_group_t group;
nx_am_id_t type;
}serial_header_t;
第一字段dest字段表示收到串行消息的硬件的地址，一般使用0xFFFF。Src字段写入发送数据包的节点的地址。Length字段出现在header 字段后表示data区域的长度。Group和type字段表示编译时设定的组ID和SerialActiveMessageC接口数组中放入的数字。(在TinyOS 中，串行通信时，不填满group字段，以值0x00传送。)
六、遇到的问题及解决办法
没有调整文件的ttySX的值后，导致gcc编译出现错误，调整之后能正常编译。
实验四节点模块温湿数据采集
一、实验目的
熟悉温湿一体化传感器SHT11的工作原理，基于TinyOS编程实现温湿数据采集，并利用TinyOS的Oscilloscope程序分析采集的数据。
二、实验内容
1. 了解SHT11的工作原理及电气接口；
2. 熟悉控制SHT11的程序代码；
3. 基于TinyOS操作系统编译运行于CC2431节点模块上的温湿数据采集程序，并编译运行上位机程序，以图形化的方式观察数据。
三、预备知识
了解TinyOS nesC软件编程；了解CC2431节点模块基本的应用方法。
四、实验设备
1. 硬件环境配置
计算机：Intel(R) Pentium(R) 及以上；
内存：1GB及以上；
实验设备：CC2431无线传感器网络节点模块；
2. 软件环境配置
操作系统：Microsoft Windows 7 Professional Service Pack 1；
WSNs开发环境：Cygwin、TinyOS、SDCC、SmartRF Studio 7、GCC、JA V A。
五、实验步骤
1．观察并绘制SHT11与CC2431的接口电路。
2．TinyOS操作系统中，控制SHT11传感器的源代码分别是：
（1）
（2）
3．节点模块温湿数据采集应用工程为\opt\\contrib\cc2431\OscilloscopeSHT11路径下的OscilloscopeC组件工程。OscilloscopeC组件由以下5个组件组成：
（1）MainC
（2）TimerC
（3）SensirionSht11C
（4）SerialActiveMessageC
（5）LedsC
4．切换到/opt/contrib/cc2431/OscilloscopeSHT11路径下，为了编译得到CC2431运行的，需要执行以下指令：
Make CC2431
使用Java程序启动SerialForwarder服务器程序，需要执行以下指令：
路径：/opt/tinyos‐contrib/Oscilloscope/java
指令：
切换到/opt/contrib/cc2431/OscilloscopeSHT11/java路径下，分别执行以下指令:
（1）make
（2）./run
显示运行效果：
六、遇到的问题及解决办法
没有在设备管理器中找到当前节点使用的COM编号，设置好上面的命令。根据在设备管理器中找到当前节点使用的
实验五基本的无线通信协议
一、实验目的
了解无线传感器网络中使用的MAC协议的特性及其应用方法；通过简单的无线发送接收实例，熟悉TinyOS中基本的RF无线通信原理。
二、实验内容
1. 了解节点的基本无线MAC协议— CSMA/CA；
2. 理解TinyOS操作系统中提供的无线通信ActiveMessageC，AMSenderC以及AMReceiverC组件；
3. 利用BasicMAC实例了解Broadcast和Unicast无线通信；
三、预备知识
了解TinyOS操作系统程序开发的原理；了解Broadcast和Unicast无线通信原理。
四、实验设备
1. 硬件环境配置
计算机：Intel(R) Pentium(R) 及以上；
内存：1GB及以上；
实验设备：CC2431无线传感器网络节点模块；
2. 软件环境配置
操作系统：Microsoft Windows 7 Professional Service Pack 1；
WSNs开发环境：Cygwin、TinyOS、SDCC、SmartRF Studio 7、GCC。
五、实验步骤
1．切换路径到\opt\\contrib\cc2431\BasicMAC目录，打开
源程序，观察BasicMACM模块由哪些TinyOS操作系统模块组成？
（1）MainC （2）TimerMilliC
（3）PhotoSensorC （4）ActiveMessageC
（5）PhotoSensorC （6）AMSenderC
（7）AMReceiverC
2．为了得到具有0号，1号，2号ID的hex文件，需要在Cygwin下依次执行以下指令：
（1）make cc2431
（2）make cc2431
（3）make cc2431
（4）make cc2431
3．在源代码中，修改函数的首个参数：
（1）函数的首个参数为AM_BROADCAST_ADDR，表示：
√□Broadcast通信□Unicast通信
（2）函数的首个参数为特定节点的地址(ID)，表示：
□Broadcast通信√□Unicast通信
4．写出实验中观察到的无线通信的运行效果。
如果打开2个传感器节点的电源，则会看到每隔1秒Green LED和Yellow LED指示灯闪烁。此外，一边Yellow LED瞬间闪烁时(发送完数据后),通过另一边节点的Red LED (发送的数据全都收到后)反复打开/关闭，可以确认数据的发送接收运行没有异常。
六、遇到的问题及解决办法
基本实现了预期目标，就是在运行“make cc2431 ”指令时，忘记更改X的值为0,1,2，而出现错误。改变之后就观察到预期的实验现象。
实验六WSNs节点射频功率及信道控制
一、实验目的
掌握CC2431节点模块的射频功率控制，以控制数据的覆盖范围；掌握CC2431节点模块的信道控制，以避免不同模块间的传输冲突。
二、实验内容
1. 理解Power control 及Multichannel；
2. 了解CC2431上提供的Power 级别及信道信息；
3. 通过实践掌握CC2431节点模块的power control及multichannel控制。
三、预备知识
了解TinyOS操作系统程序开发的原理；了解CC2431的功率控制；了解CC2431的多信道切换控制。
四、实验设备
1. 硬件环境配置
计算机：Intel(R) Pentium(R) 及以上；
内存：1GB及以上；
实验设备：CC2431无线传感器网络节点模块；
2. 软件环境配置
操作系统：Microsoft Windows 7 Professional Service Pack 1；
WSNs开发环境：Cygwin、TinyOS、SDCC、SmartRF Studio 7、GCC。
五、实验步骤
1．CC2431可以传送从最高dBm（）到最低dBm（）的电波，接收侧接收的电波强度在-94 dBm（）以上时可以接收电波。
2．CC2431 RF部分支持26个Multichannel中 GHz频带的16个信道。各信道的频带由下面的公式定义：
F = 2405 +5(k-11) MHz, k = 11, 12 (26)
3．在路径/opt/contrib/cc2431/MCH_PTRSSI下，MCH_PTRSSIM模块调用了TinyOS操作系统模块：MainC 、TimerMilliC 、BusyWaitMicroC 、ActiveMessageC 、AMSenderC 、ActiveMessageC 、
HAL_CC2430ControlC 及SerialActiveMessageC等8个模块。
4．在源代码中，修改task void RF_Configuration_Setting () 任务中的代码切换RF功率及信道，写出以此执行的编译指令，并观察运行效果（附运行时接收的数据图）。
cd /opt/contrib/cc2431
cd MCH_PTRSSI
运行结果：
六、遇到的问题及解决办法
基本完成了预期的现象，了解了SHT11的工作原理及电气接口，熟悉控制SHT11的程序代码，基于TinyOS操作系统编译运行于CC2431节点模块上的温湿数据采集程序，并编译运行上位机程序，以图形化的方式观察了数据。
实验七多传感器数据测量
一、实验目的
了解如何依次采集、处理节点上安装的光敏传感器，温湿一体化传感器，红外线传感器的数值；基于前面实验中使用过的组件和接口，现实依次采集且串行传送节点上安装的4种传感器测量值。
二、实验内容
1. 了解各传感器的组件和接口；
2. 理解依次获得4种传感器的测量值的方法；
3. 尝试通过SerialTest程序，直接确认串行传入的数据。
三、预备知识
了解TinyOS操作系统程序开发的原理；了解各类型传感器的控制。
四、实验设备
1. 硬件环境配置
计算机：Intel(R) Pentium(R) 及以上；
内存：1GB及以上；
实验设备：CC2431无线传感器网络节点模块；
2. 软件环境配置
操作系统：Microsoft Windows 7 Professional Service Pack 1；
WSNs开发环境：Cygwin、TinyOS、SDCC、SmartRF Studio 7、GCC。
五、实验步骤
1．将路径切换至/opt/contrib/cc2431/Allsensors目录下，打开AllsensorsAppC源代码，查看AllsensorsC模块调用了哪些模块？
AllsensorsC, MainC, LedsC，TimerMilliC，SensirionSht11C，PhotoSensorC，UltraredSensorC，SerialActiveMessageC
2．编译Allsensors工程程序，安装至节点模块，运行程序，观察并记录采集的传感器数据（附图）。
运行cygwin
cd /opt/contrib/cc2431
cd Allsensors
编译make cc2431
首先将下载了Allsensors例题的HBE-Ubi-CC2431节点通过USB连接线与PC连接，使USB MCU开关指向RS232一侧。
运行文件，可以看到如右图所示画面。
在SerilTest上单击Port Configuration，设定Port 及Baud 值。Port是设备管理器中设定的节点的COM编号，Baud值为57600。单击Ok按钮。
单击Ok按钮后，如果单击SerialTest程序的Open Port按钮和Binary Type Display，可以得到如右图所示结果。
上面图中显示的数据是在Allsensors 程序中存储的Seq, Temp, Humi, Photo, Ultrared 值。
运行结果如下：
六、遇到的问题及解决办法
在SerilTest上单击Port Configuration，设定Port 及Baud 值时。Port是设备管理器中设定
的节点的COM编号与PC不一致导致错误，进行重新设定后，再设定Baud值为57600。单击Ok按钮，即出现预期结果。
实验八WSNs树形网络的多跳路由
一、实验目的
采集节点上的光敏传感器，温湿传感器以及红外线传感器的数值，之后，通过Tree路由构成的多跳网络，将采集的数据传给Sink节点，再由上位机程序显示。通过该实践项目，熟悉利用节点的USN编程算法。
二、实验内容
1. 按顺序调用节点的多个传感器的方法；
2. 对Tree路由的理解及应用；
3. 建立利用多个传感器节点的多跳路由网络。
三、预备知识
了解TinyOS操作系统程序开发的原理；了解各类型传感器的控制；了解路由算法。
四、实验设备
1. 硬件环境配置
计算机：Intel(R) Pentium(R) 及以上；
内存：1GB及以上；
实验设备：CC2431无线传感器网络节点模块；
2. 软件环境配置
操作系统：Microsoft Windows 7 Professional Service Pack 1；
WSNs开发环境：Cygwin、TinyOS、SDCC、SmartRF Studio 7、GCC。
五、实验步骤
1．切换路径至\opt\\contrib\cc2431\Hanback_TestTree目录，打开应用程序源代码，查看Hanback_TestTreeAppM模块调用了哪些模块？
Boot，Timer
2．Hanback_TreeRouting组件是为了 Tree 协议的实现而创建的配置文件。
3．Tree 路由为了周期性地向周围节点报告自身的跳数信息需要传送Beacon(=
hello) 数据包。
4．完成信道设定后，sink节点直接传送Beacon数据包。其它节点向周围节点请求Beacon。为了构成Tree拓扑，需要以Sink为中心形成拓扑。在一般节点上，如果听到了sink 发送的beacon数据包，则得知自身周围存在sink，认作是距离sink 一（填数字）跳的节点。且将自身的ID和距离sink为一跳的信息放入到自身的beacon数据包中周期性传送。
如果虽然不属于sink的传送范围，但从sink一跳内的其它节点听到beacon，则判断此节点为距离sink 两（填数字）跳的节点，并同样周期性传送记录了两跳信息的自身的beacon。
也就是，0号的sink节点直接传送Beacon，非0号节点需要从sink或已经收到sink的beacon的周围节点接收Beacon数据包，才可以参与到tree拓扑中。
5．如果节点从其它节点收到了Beacon数据包，则()函数会发出Beacon信号通知。在此函数中，首先收到的数据包如果不是记入了跳数信息的一般Beacon 数据包，检查是否是请求Beacon数据包的BeaconRequest数据包。
如果是BeaconRequest 数据包时，调用TransmitBeacon() 任务，传送自身的Beacon数据包。如果收到的数据包是一般Beacon时，将此数据包通过updateRouteTable()函数存储在Neighbor Table中。
6．程序中为了能在近距离范围内测试多跳环境，设置了0号传送的Beacon只被节点1, 2, 3, 4号收到，4号以下发送的Beacon只被5, 6, 7, 8号节点收到。即1, 2, 3, 4号节点作为0号的one hop运行，其余5, 6, 7, 8号作为two hop, 剩余节点作为three hop强制形成拓扑。
7．processNextAddress() 函数是比较存储的路由表的值，选择最适的Nextaddress的函数。在此函数中，首先以距离Sink的跳数为基准进行比较，跳数相同时，再比较LQI，LQI 相同时比较RSSI值。由于此函数在()函数中被周期性地调用，每隔10秒，重新求一次最适的Nextaddress。
这个Nextaddress最终是指自身的父节点。这样，可以构成能够应付更多适应状况的tree 拓扑。
8．运行Sensor Network Topology-Viewer应用程序，观察Tree型网络及多跳数据传输（附图）。
运行cygwin
cd /opt/contrib/cc2431
cd Hanback_TestTree
make cc2431进行编译
连接节点和PC，打开其它节点的电源。而且，如果执行CD的program\Sensor Network Topology-Viewer_Korean (或者Sensor Network Topology-Viewer) 文件夹内的exe文件，将如右图直观地显示从传感器节点0号进入的数据。通信连接输入A VR-ISP的USB端口号，Baud rate设定为57600后，如果按Connect按钮，则会被连接。
运行如图：
六、遇到的问题及解决办法
未对A VR-ISP的USB端口号进行设定，以及Baud rate的设定，改正之后基本实现预期目标，掌握了按顺序调用节点的多个传感器的方法，基本对Tree路由的理解及应用有一定把握，建立了利用多个传感器节点的多跳路由网络。
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
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：
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：
无线传感器网络的特点 大规模网络 为了获取精确信息，在监测区域通常部署大量传感器节点，传感器节点数量可能达到成千上万，甚至更多。传感器网络的大规模性包括两方面的含义：一方面是传感器节点分布在很大的地理区域内，如在原始大森林采用传感器网络进行森林防火和环境监测，需要部署大量的传感器节点；另一方面，传感器节点部署很密集，在一个面积不是很大的空间内，密集部署了大量的传感器节点。 传感器网络的大规模性具有如下优点：通过不同空间视角获得的信息具有更大的信噪比；通过分布式处理大量的采集信息能够提高监测的精确度，降低对单个节点传感器的精度要求；大量冗余节点的存在，使得系统具有很强的容错性能；大量节点能够增大覆盖的监测区域，减少洞穴或者盲区。 自组织网络在 传感器网络应用中，通常情况下传感器节点被放置在没有基础结构的地方。传感器节点的位置不能预先精确设定，节点之间的相互邻居关系预先也不知道，如通过飞机播撒大量传感器节点到面积广阔的原始森林中，或随意放置到人不可到达或危险的区域。这样就要求传感器节点具有自组织的能力，能够自动进行配置和管理，通过拓扑控制机制和网络协议自动形成转发监测数据的多跳无线网络系统。在传
感器网络使用过程中，部分传感器节点由于能量耗尽或环境因素造成失效，也有一些节点为了弥补失效节点、增加监测精度而补充到网络中，这样在传感器网络中的节点个数就动态地增加或减少，
从而使网络的拓扑结构随之动态地变化。传感器网络的自组织性要能够适应这种网络拓扑结构的动态变化。动态性网络传感器网络的拓扑结构可能因为下列因素而改变：①环境因素或电能耗尽造成的传感器节点出现故障或失效；②环境条件变化可能造成无线通信链路带宽变化，甚至时断时通；③传感器网络的传感器、感知对象和观察者这三要素都可能具有移动性；④新节点的加入。这就要求传感器网络系统要能够适应这种变化，具有动态的系统可重构性。 可靠的网络 传感器网络特别适合部署在恶劣环境或人类不宜到达的区域，传感器节点可能工作在露天环境中，遭受太阳的暴晒或风吹雨淋，甚至遭到无关人员或动物的破坏。传感器节点往往采用随机部署，如通过飞机撒播或发射炮弹到指定区域进行部署。这些都要求传感器节点非常坚固，不易损坏，适应各种恶劣环境条件。由于监测区域环境的限制以及传感器节点数目巨大，不可能人工“照顾每个传感器节点，网络的维护十分困难甚至不可维护。传感器网络的通信保密性和安全性也十分重要，要防止监测数据被盗取和获取伪造的监测信息。因此，传感器网络的软硬件必须具有鲁棒性和容错性。
无线传感器网络的应用与影响因素分析 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
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 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 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 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。 《无线传感器网络及应用》第一次作业答案 一、单项选择题。本大题共11个小题，每小题2.5 分，共27.5分。在每小题给出的选项中，只有一项是符合题目要求的。 1.下面哪种协议不属于路由协议（ C ）。 A.地理位置路由协议 B.能量感知路由协议 C.基于跳数的路由协议 D.可靠的路由协议 2.ZigBee的通信速率在2.4GHz时为（ D ）。 A.40Kbps B.20Kbps C.256 Kbps D.250kbps 3.传感器节点（ D ）范围以内的所有其它节点，称为该节点的邻居节点。 A.视线 B.跳数 C.网络 D.通信半径 4.TinyOS是一个开源的（ D ）操作系统，它是由加州大学的伯利克分校开发， 主要应用于无线传感器网络方面。 A.桌面 B.后台 C.批处理 D.嵌入式 https://www.doczj.com/doc/9a8173704.html,N技术使用了哪种介质（ A ）。 A.无线电波 B.双绞线 C.光波 D.沙狼 6.传感器节点消耗能量主要消耗在（ A ）上。 A.无线通信模块 B.处理器模块 C.传感器模块 D.管理模块 7.传感器最早起于二十世纪（ B ）年代。 A.60年代 B.70年代 C.80年代 D.90年代 8.定向扩散（Directed Diffusion，DD）路由协议是一种（ B ）机制。 A.能量感知路 B.基于查询的路由 C.地理位置路由 D.可靠的路由 9.传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对方向性要求较高时，应 选择在其它方向上灵敏度（）的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越（）越好。 A A.小；小 B.小；大 C.高；高 D.高；底 10.传感器的频率响应越（），则可测的信号频率范围就越（）。C A.小；高 B.大；宽 C.高；宽 D.大；高 11.传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。理论上在此范围内，灵敏度保持 定值。传感器的线性范围越（），则它的量程就越（），并且能保证一定的测量精度。D A.小；宽 B.小；高 C.高；大 D.宽；大 二、多项选择题。本大题共29个小题，每小题2.5 分，共72.5分。在每小题给出的选项中，有一项或多项是符合题目要求的。 1.根据节点数目的多少，传感器网络的结构可以分为（AD）。 A.平面结构 B.网络结构 C.星形结构 D.分级结构 2.传感器节点消耗能量的模块包括（ACD）。 A.传感器模块 B.存储模块 C.处理器模块 D.无线通信模块 3.下面哪些属于数据融合的方法（ABD）。 A.模糊逻辑法 B.神经网络方法 C.优选法 D.综合平均法 4.目前人们采用的节能策略主要有（AC）。 A.休眠机制 B.定时发送机制 C.数据融合机制 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）无线传感器网络技术试题
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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