第29卷第13期农业工程学报 V ol.29 No.13 182 2013年7月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jul. 2013
兰花大棚内无线传感器网络433MHz信道传播特性试验
李小敏1,2，臧英1,2※，罗锡文1,2，李腾1,2，刘永鑫1,2，孔庆军1,2
（1. 华南农业大学工程学院，广州 510642；
2. 华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室，广州 510642）
摘要：不同的应用环境对无线传感器网络的性能有一定的影响。该文针对兰花大棚环境中无线传感器网络节点部署的要求及其应用环境的特性，以433 MHz为载波频率，研究了无线射频信号的传播特性和无线信号与影响因素之间的关系，影响因素包括发射功率、数据包长度、距离、发射端位置等参数，获得了接收信号强度、丢包率等数据，并进行了统计分析。试验结果表明，该无线传感器网络信号的衰减符合对数模型，其决定系数R2最大为
0.9246，最小为0.8753；发射功率为0和-5 dBm时，信号较强、通信成功率较高；发射功率处在0和-20 dBm时
接收信号强度波动较大；在数据传输速率为1.2 kbps、和调制扩频为高斯频移键控方式等参数确定的情况下数据包的长度对丢包率的影响很小。在上述试验研究的基础上，建立了发射功率和接收信号强度之间的关系模型，模型参数与发射功率之间、传播环境因子n与发射功率之间成二次多项式关系，相关系数分别达到0.9967和0.8686；
验证试验结果表明：该模型可以较好地预测不同发射功率不同通信距离的接收信号强度，为兰花大棚无线传感器网络的组建提供支持。此外，设计了接收信号强度三维曲面图和等高曲线图，可直观反映兰花大棚环境下无线信号的传播特性，为今后无线节点布置与组网提供依据。
关键词：温室，无线传感器网络，试验，无线信道，射频特性，兰花
doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2013.13.024
中图分类号：S126 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2013)-13-0182-08
李小敏，臧 英，罗锡文，等. 兰花大棚内无线传感器网络433 MHz信道传播特性试验[J]. 农业工程学报，2013，29(13)：182－189.
Li Xiaomin, Zang Ying, Luo Xiwen, et al. Experiment of propagation characteristics based on 433MHz channel of WSN in orchid greenhouse[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2013, 29(13): 182－189. (in Chinese with English abstract)
0 引 言
无线传感器网络（wireless sensor networks，WSN）作为一种新型的信息采集手段，具有低功耗、无需布线、低成本、自组网等特点，在各个领域都得到普遍应用，特别是在一些环境恶劣、不利于布线的场合，无线传感网络的优势更加明显[1-4]，非常适合在农业信息采集方面进行应用[5-6]，其应用环境包括大田、果园、蔬菜大棚、苗圃大棚、畜禽养殖、水产养殖等[7-10]。
近年来，国内外研究者围绕无线传感器网络的数据采集应用已进行了大量研究[11-15]。Mancuso M 等[5]采用RTD204无线模块实现了对西红柿大棚温
收稿日期：2013-03-06 修订日期：2013-05-30
基金项目：NSFC-广东联合基金资助项目（U0931001）；国家高技术研究发展计划（863计划）资助项目（2011AA100704）
作者简介：李小敏（1981－），男，陕西汉中人，主要从事无线传感器网络方面的研究。广州 华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室，510642。Email: li_xiaomin0924@https://www.doczj.com/doc/9f17750314.html,。
※通信作者：臧 英（1973－）女，副教授，博士，硕士生导师，主要从事农业工程方面的研究。广州 华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室，510642。Email: yingzang@https://www.doczj.com/doc/9f17750314.html, 室环境下温度、湿度、土壤温度等数据的采集。Tik Leong Boon等[16]以 2.4 GHz为载波频段，采用ATmega 168为处理芯片和iDwaRF-168为射频芯片设计了无线节点，组建了采集光强、pH值等参数的无温室环境的下的WSN。Park Dae-Heon[17]为了实现对温室环境水珠凝结观测和自动控制，以MSP430和CC2420射频芯片设计了无线传感网络。很多学者对无线信号在农业环境中传播信道特性进行了研究。Rizman Z I等[18]以900 MHz，1.8 GHz 和2.3 GHz为载波频率研究了棕榈树对无线信号的影响；得出树干对信号的衰减影响最大，树叶影响较小的结论。郭秀明等[19]研究了2.4 GHz在苹果园的传播特性，对结果分析得出天线高度位于3 m处可得到最佳的接收信号强度。文韬等[20]通过研究橘园环境对无线射频特性的影响，建立了最优天线高度分布表，为了在橘园中部署无线传感器网络提供必要支持。
目前，已有温室大棚环境无线传感器网络研究主要集中在WSN的应用，温室环境对无线通信特性的试验与研究还比较缺乏。文献[19-22]显示，国内
第13期李小敏等：兰花大棚内无线传感器网络433MHz信道传播特性试验183
外研究者对小麦田、橘园、苹果园、草地等环境进行了无线信道特性的研究，可以为无线传感器网络的规划和部署提供必要的基础。但是因为农业环境复杂，作物种类、密度、场地设施等因素存在较大差异。温室大棚的结构、材料、种植作物等的不同，对无线传感器网络信号的传输所造成的影响也各不相同。所以，针对具体大棚环境进行无线信号传播的稳定性、可靠性等传播特性还需要进行深入的研究。兰花作为一种观赏价值和经济价值较高的作物，近几年来，越来越受到人们的重视。由于兰花生长过程中对温度和湿度的要求很高，通常兰花的栽培以大棚栽培为主。特别是在兰花大棚内，金属材料多、环境封闭、植被密度高、特殊的大棚结构、温湿度高等诸多因素的存在，对无线信号的传播有着特殊的影响。因此，有必要对兰花大棚内无线传感器网络的信道进行试验，探明在兰花大棚环境下不同因素对信号强度和平均丢包率的影响，为具有高稳定性和高可靠性无线传感器节点的布置和无线传感器网络参数的选取提供依据。
1 材料与方法
1.1 试验设备与场地
本研究所采用的射频芯片为TI公司的CC1101，其载波频率为433 MHz，采用3 dBi的全向吸盘天线。接收端利用无线模块上的JTAG（joint test action group）接口通过通用串行总线（USB，universal serial bus）与PC相连，实现数据的发送和接收。PC机上安装有可以设置无线信道的参数的SMART-Studio软件。其他试验设备包括TI公司CCDBG仿真器、深圳无线龙公式的IOT100 型物联网协议分析仪、三角支架、平板电脑、卷尺等。
试验场地位于华南农业大学校内实验农场的兰花大棚内，如图1所示。大棚长36 m，每9 m有一个钢管支架；宽28 m，每4 m有一个钢管支架；花盆和植物平均高度为0.2 m；如图1所示，遮阳网B距离地面约3 m，花盆支架铁丝网A布置在过道左右两边，距地面0.5 m。
A. 花盆支架铁丝网
B. 遮阳网
C. 钢管支架
A.Wire mesh
B. Sun-shading net
C.Steel pipe support
图1 兰花大棚结构布局示意图
Fig.1 Diagram of orchid greenhouses 1.2 试验设计
在兰花大棚里，兰花的不同生长高度、密度以及大棚内地物的材质和布局等对无线信号的传播存在一定的影响，包括对信号的绕射、散射和直射等影响[19-20]。通信质量是衡量无线传感器网络性能的重要指标之一，所以选择发射和接收端天线位于B与地面之间，设定其离地面的高度为1.7 m。通过改变发射功率，测试不同通信距离时接收信号的强度（RSSI，received signal strength index）和平均丢包率（PLR，packet loss rate），以此对无线传感器网络系统的通讯质量作出评价。
如表1所示，接收端设置发射功率、数据包长度、通信距离3个处理作为影响因素，发射功率共设计0、?5、?10、?15、?20 dBm共5个水平；数据包长度共设计10、20、30 Byte共3个水平；通信距离以2 m为步长，共设计16个水平；以无线信道的接收信号强度和平均丢包率作为评价指标。
表1 无线传感器网络信道试验设计
Table 1 Values of impact on radio propagation 影响因素
Impact factor
发射功率
Transmitting
power/dBm
数据包长度
Packet
length/Byte
通信距离
Communication
distance/m 取值
Values
0，?5，?10，
?15，?20
10，20，30 0～34 (间隔2 m) 1.3 试验步骤及方案
试验中发射端和接收端之间通讯距离的变化采用直线变化（简称直线方式）和位置随机变化（简称随机方式）2种方式。
试验步骤如下：
1）运行PC机上的SMART-Studio软件，动态设置不同发射功率、数据包长度等相关参数，改变发射端的信号发射状态，测试433 MHz在兰花大棚环境中不同通信距离下，无线信道的接收信号强度RSSI和平均丢包率。
2）利用MATLAB等相关软件对不同发射功率条件下接收信号的RSSI和PLR进行拟合，找出适合兰花大棚的最佳发射功率参数；变换发射端位置，模拟不同位置无线节点通信过程，测试在兰花大棚中的无线信号传输特性。
3）采用同样的试验步骤，测试433 MHz载波频率下无线信号在操场等开阔环境下的信道特性，与兰花大棚环境下的信道特性进行对比，研究该类大棚对无线信号的影响，并建立兰花大棚环境的无线信号衰减数学模型。
4）在上述试验的基础上，结合试验数据，分析以发射端为基点的辐射状无线信号特性，探索适合兰花大棚环境的433 MHz无线信道的最优发射功率和相关参数，并建立相关图表和数学模型，为
农业工程学报 2013年184
优化建立兰花大棚无线监控系统提供理论依据。
2 信道试验与数据分析
2.1 发射端和接收端之间通讯距离直线方式变化
试验结果分析
2.1.1 不同环境接收信号强度的对比
分别以0和?5 dBm为发射功率，选取开阔、
无障碍操场和兰花大棚为试验场地，对2种环境条
件下的接收信号强度（RSSI）进行对比，得到了图
2所示曲线。
图2 大棚和操场环境下接收信号强度的对比
Fig.2 RSSI in greenhouse and playground
从图2可以得出，发射功率为0和-5 dBm时，
在开阔操场环境测试得到的接收信号强度RSSI曲
线位于大棚环境RSSI曲线的上方，曲线变化平稳，波动较小，而大棚环境下RSSI曲线波动比较明显，说明兰花大棚这种特殊环境对无线传感器网络的
通信质量有较大的影响，因此，研究该环境中无线
信道特性是非常必要的。
根据文献[19-21,23-24]，通信距离和接收端的信号
强度之间的关系如下
P R=A?10n lg d（1）
式中，P R为接收信号强度（RSSI），dBm；A为模
型参数，d为传播距离，m；n为传播环境因子。2
种环境0、?5 dBm的RSSI曲线，利用式（1）拟合
整理得到表2。
表2不同环境下相关参数A和n
Table 2 Values of A and n in different environment 环境Environment 模型参数A 传播环境因子n
0 dBm操场Playground -38.114 -2.223
0 dBm大棚Greenhouse -53.358 -1.968
-5 dBm操场Playground -46.596 -2.453 -5 dBm大棚Greenhouse -58.545 -1.901
表2说明，环境变化对无线信号的传播存在一
定的影响；发射功率为?5 dBm大棚变换为操场环
境时A值从?469.569变为?58.545；发射功率为0 dBm时，大棚和操场条件下的n值分别为?2.223
和?1.968；环境恒定发射功率的变化对A的影响较
大，而n值变化较小。
2.1.2 大棚接收信号强度
将无线发射节点置于大棚的最前端，沿着中间
的过道1 m为起点以2 m为间隔，共测试了3组16
个点的无线接收信号强度，计算平均RSSI，得到如
图3。
图3 不同距离和不同发射功率下的接收信号强度
Fig.3 RSSI in different distance and different transmitting
power
由图3可以看出，在发射端和接收端固定高度
的情况下，随着无线发射端功率的提高，接收端的
接收信号平均强度RSSI不断提高。同时在15 m以
前无线信号的衰减较快，以后其衰减趋势比较平
稳。
采用SPSS软件对不同功率下的RSSI进行了方差
分析和回归分析。表3给出不同发射功率时RSSI的标
准差，由表3可以看出，在发射功率为0和?20 dBm
时，标准差较大，说明接收信号的RSSI波动较大，
这是由于在兰花大棚环境中植被、温湿度等因素的影
响，信号存在的绕射、散射等原因所致[18-21,23]。
表3 不同发射功率时RSSI的标准差
Table 3 Standard error in different transmitting power
dBm
发射功率Transmitting power 标准差Standard error
0 3.52055
-5 2.29384
-10 2.34635
-15 2.63294
-20 2.87681
兰花大棚环境下亦可以采用该公式对信号强
度进行预测。表4给出了不同发射功率下相关拟合
回归参数，R2最大为0.9246，最小为0.8753。模型
参数A在发射功率为0 dBm时为最大值?52.763，
第13期 李小敏等：兰花大棚内无线传感器网络433MHz 信道传播特性试验
185
?20 dBm 为最小值?72.0523；发射功率为0 dBm ，其传播环境因子n 最大值为2.205，当发射功率为?10 dBm 时n 为最小值1.698。
表4 不同发射功率下RSSI 回归方程的相关参数
Table 4 Regression parameters of fitted curves in different
transmitting power 发射功率 Transmitting power/dBm 决定系数Determination coefficient R 2
模型参数Model parameter A 传播环境因子
Environmental
factor n 0 0.8963 -52.763 2.205
-5 0.9246 -58.545 1.901
-10 0.9033 -65.180 1.698
-15 0.8985 -68.689 1.854 -20 0.8753 -72.0523 1.805
由表4可得模型参数与发射功率之间的拟合关
系如图4所示。由此可得到A 值和n 值的拟合公式如式（2）和式（3）所示。
A =0.0228(P T )2+1.4295P T ?52.564 （2）
式中，P T 为发射功率，dBm ；对A 与P T 拟合的R 2为0.9967。由式（2）和图4可以看出，A 的取值随
着发射功率P T 的降低而降低，
A 与P T 之间成二次多项式关系。
通过拟合得到传播环境因子n 与发射功率P T 间的关系如式（3）所示，其R 2为0.8686；传播环境因子n 与发射功率P T 之间成二次多项式关系。
n =0.0025(P T )2+0.0666 P T +2.1854 （3）
图4 发射功率与A 和n 的关系图
Fig.4 Relationship of transmitting power between A and n
将式（2）、（3）代入（1）中得到了天线高度为1.7 m 时，兰花大棚的信号强度数学模型。如式（4）所示
P R =0.0228(P T )2+1.4295 P T ?52.564?
10(0.0025(P T )2+0.0666 P T +2.1854)lg d （4） 式中，P R 为接收信号强度（RSSI ），dBm ；P T 为发射功率，dBm ；d 为传播距离，m 。
考虑到工程需要以及环境相对不变等因素，简化模型公式，取n 为其平均值1.8926，得到式（5）。
P R =0.0228 (P T )2+1.4295 P T ?52.564?1.8926lg d （5） 2.1.3 丢包率
丢包率是无线传感网络研究中的重要参数之一。本试验中，采用常用的调制扩频高斯频移键控（GFSK ，gauss frequency shift keying ）方式，传输速率为1.2 kbps ，在该条件下不同发射功率的平均丢包率如图5所示。从图中可看出，随着功率的降低，无线信号衰减到不能正常通信，发射功率为?20
和?15 dBm 时其误码率较高，而发射功率为?10，
?5，0 dBm 时通信成功率较高。
图5 不同发射功率下和通信距离的丢包率
Fig.5 Packet loss rate under different transmitting power and
different transmitting distance
综合图3和图5以及大棚的具体环境，可以认为在发射功率0和?5 dBm 时在该大棚环境下能得到较好的通信质量。
为了确定在该兰花大棚环境0、?5 dBm 发射功率时，数据包长度是否对丢包率有影响，数据包的长度分别采用10、20、30字节参数，进行了相关试验。试验结果如图6所示。
图6 不同数据包长度时的丢包率
Fig.6 Packet loss rate at different packet length
由图6可以看出，在接收强度RSSI 大于?90 dBm 的范围内，RSSI 和丢包率之间没有直接的关系；不同发射功率下的丢包率都在5%以下，完全可以满足兰花大棚环境下的通信。以433 MHz
农业工程学报 2013年186
为载波频率、在通信为1.2 kbps低传输率条件下，数据包长度从10字节变化到30字节，丢包率基本没有影响。由此可以推知，在布置无线传感器节点时，采用载波频率为433 MHz进行低速率传输数据时，可以采用0或?5 dBm的发射功率，同时可以采用较长的数据包进行数据发送。
2.2 发射端和接收端之间通讯距离随机方式变化的试验结果分析
2.2.1 发射端位于大棚底端
根据上面试验结果，以0和?5 dBm为发射功率，测定在大棚各个位置的信号强度。发射端固定于大棚的底端，将接收端放置在兰花丛不同位置，以测试无线信号强度。将采集到的数据，通过MATLAB 软件绘制出接收信号强度P R和距离发射端长（Y 轴）、宽（X轴）的三维曲面，如图7所示。
a. 0 dBm时RSSI三维曲面图
b. -5 dBm时RSSI三维曲面图
注：RSSI随颜色变化，深红色RSSI>?70 dBm、深蓝色RSSI
Note: RSSI changed with the color，the area of deep red meaning RSSI > ?70 dBm, the area of deep blue meaning RSSI
图7 发射功率为?5和0 dBm下接收信号强度的曲面图
Fig.7 Curved surface of RSSI between ?5 and 0 dBm
由图7可知，发射功率为0 dBm时，位于发射端附近X轴0～5 m、Y轴0～10 m处（红色区域）的RSSI值大于?70 dBm，通信质量较好，这是由于该区域是兰花植物高度较低的区域；而远离发射端的左前方X轴20～25 m、Y轴0～10 m处（蓝色区域）植物生长较为茂密，该区域RSSI值均小于?90 dBm，信号较弱；而在X轴15 m、20m左右的地方，由于安装有整个大棚控制系统，而且通风装置、遮阳网集中于此，所以对无线信号的传播有一定的影响，出现2个无线信号凹陷区。对比发射功率?5与0 dBm的三维曲面图，由于大棚环境下作物、发射功率以及金属对信号的传输的影响，?5 dBm的深蓝色区域比较多；发射功率（?5 dBm）的曲面变换平缓，在直线方向RSSI在?80 dBm以上，信号较强。但是，通信距离较远的区域接收信号强度RSSI衰减到了?90 dBm以下，对于接收灵敏度低于该值的无线节点会影响其无线通信的质量。因此，布置无线节点时要注意图7所示的RSSI 小于?90 dBm的深蓝色区域。
a. 0 dBm大棚中心RSSI的等高曲线
b. ?5 dBm大棚中心RSSI的等高曲线
注：RSSI随颜色变化，深红色RSSI>?70 dBm、深蓝色RSSI
Note: RSSI changed with the color，the area of deep red meaning RSSI >?70 dBm, the area of deep blue meaning RSSI
图8 发射功率为?5和0 dBm时
接收信号强度的等高曲线图
Fig.8 Filled contour of RSSI between ?5 and 0 dBm
2.2.2 发射端置于大棚中心
上述试验是将发射端置于大棚的底端，显然这样是不能满足无线节点的布置的需要的。根据试验方案和实际节点布置的需要，将无线发射端放置在兰花大棚中间进行试验以研究无线信号的传播特性。将采集的数据进行相关处理后得到图8所示的信号衰减等高曲线图。
由图8可以看出，在以发射端为中心的附近区域内无线信号较强，在远离发射端和植物密度较高的地方或是安装有其他设备的区的地方信号比较
第13期李小敏等：兰花大棚内无线传感器网络433MHz信道传播特性试验187
弱；在2图的左边（X轴坐标值为?10 m左右），有一信号较高的区域（红色小点），实地考察发现该区域作物很少，同时为大棚顶部较低的地方。在发射功率?5 dBm时，在以大棚中心为信号源的方式下，RSSI偏低的区域（蓝色）较多；由于金属支架、大棚顶端的高度以及遮阳布等物体的遮蔽在其左手区间，所以信号衰减很快。在图8a中，信号较强，变换平稳；在该图的下端由于作物高度、密度以及通风装置的存在，信号衰减很快。为了延长无线节点的寿命和节省电能，若无线接收端置于大棚中心，无线节点发射功率参数可优先选择?5 dBm；若考虑通信质量和RSSI，0 dBm为最佳选择。
图9 数学模型计算和实测RSSI之间的对比曲线图Fig.9 Comparison between caculated and measured RSSI
2.3 验证试验
通过上述试验与分析，0 dBm和?5 dBm 2个功率可作为兰大棚无线发射功率的首选。为了对功率选择和RSSI的数学模型式（5）进行验证，选取新建的兰花大棚进行验证试验。实测的平均丢包率都在10%以下，可以满足实际无线通信的要求。RSSI 的试验结果如图9所示，从图中可以看出，实测结果总是围绕着数学模型曲线上下波动，说明说数学模型可以很好地反映实测结果和变化趋势。为了直观的评估数学模型，对式（5）的预测值和实测值进行了相对误差RE的计算。0 dBm的RE在9%到0.08%之间，而?5 dBm的RE都小于1.1%。
3结论与讨论
为了了解兰花大棚环境对无线传感器网络性能的影响，以433 MHz为载波频率，研究了无线射频信号的传播特性和无线信号与影响因素之间的关系，影响因素包括发射功率、数据包长度、距离、发射端位置等参数，获得了接收信号强度、丢包率等数据，并进行了统计分析。
试验结果表明，选择发射功率为0和?5 dBm 时，信号较强，通信成功率较高。在兰花大棚环境下，天线高度与发射位置一定时，信号衰减符合对数模型，R2最大为0.9246，最小为0.8753。拟合建立兰花大棚中RSSI与通信距离d的数学模型，进一步分析得到模型参数A与发射功率P T之间，传播环境因子n与发射功率P T之间成二次多项式关系。
发射功率为0或?20 dBm时， RSSI的波动较大。发射功率的降低会增加平均丢包率的值，即降低无线信道的通信质量。在试验环境相同，数据传输速率为1.2 kbps、调制扩频方式为GFSK时，发射功率不变或是变化较小，数据包长度的变化对丢包率的影响较小。
改变发射端的位置，设计了RSSI三维曲面图和等高曲线图，可直观地反映兰花大棚环境下无线信号的传播特性，兰花高度、密度，金属材料、通风装置以及大棚顶端的高度对无线信号衰减影响较大。三维曲面图和等高曲线图可以为今后无线节点布置提供依据。
综上所述，在兰花大棚中布置无线节点和组建WSN时，若要考虑节点的功耗，优选?5 dBm发射功率；若考虑通信质量、信号源位置以及RSSI等因素，优选0 dBm发射功率为较佳选择。验证试验结果表明，数学模型可很好的反应接收信号强度随发射功率和通信距离的变化为该环境无线传感器网络的组建提供技术支持。
由于兰花大棚环境的特殊性和受试验场地的限制，本试验未做组网验证试验和考虑其他环境因素。今后的研究可以在兰花大棚中组建具体的无线传感器网络，通过加载不同的路由协议、MAC协议以及不同的组网方式，确定WSN在兰花大棚的最优组合和更加精确的数学模型。
[参 考 文 献]
[1] Yick J, Mukherjee B, Ghosal D. Wireless sensor network
survey[J]. Computer Networks. 2008, 52(12): 2292－
2330.
[2] Pottie G J, Kaiser W J. Wireless integrated network
sensors[J]. Communications of the ACM. 2000, 43(5): 51
－59.
[3] 陈敏等. 无线传感器网络原理与实践[M]. 北京：化学
工业出版社，2011.
[4] 孙利民，李建中等. 无线传感器网络[M]. 北京：清华
大学出版社，2005.
[5] 乔晓军，张馨，王成，等. 无线传感器网络在农业中
的应用[J]. 农业工程学报，2005(增刊2)：232－234.
Qiao Xiaojun, Zhang Xin, Wang Cheng, et al. Application of
the wireless sensor network in agriculture[J]. Transactions
农业工程学报 2013年188
of the Chinese Society of Agricultural Engineering
(Transactions of the CSAE), 2005(Supp.2): 232－234.
(in Chinese with English abstract）
[6] 李莉，张彦娥，汪懋华，等. 现代通信技术在温室中
的应用[J]. 农业机械学报，2007(2)：195－200.
Li Li, Zhang Yan’e, Wang Maohua, et al. Communication
Technology for Sustainable Greenhouse Production[J].
Transactions of the Chinese Society of Agricultural Machinery,
2007(2): 195－200. (in Chinese with English abstract) [7] Nadimi E S, Jrgensen R N, Blanes-Vidal V, et al.
Monitoring and classifying animal behavior using
ZigBee-based mobile ad hoc wireless sensor networks
and artificial neural networks[J]. Computers and
Electronics in Agriculture. 2012, 82: 44－54.
[8] Bencini L, Maddio S, Collodi G, et al. Development of
wireless sensor networks for agricultural monitoring[A].
Lecture Notes in Electrical Engineering[M].
Springer-Verlag Berlin Heideberg, 2012, 157－186.
[9] Alippi C, Boracchi G, Camplani R, et al. Wireless sensor
networks for monitoring vineyards[A]. Lecture Notes in
Computer Science[M]. Springer-Verlag Berlin Heideberg,
2012, 7200: 295－310.
[10] Kohanbash D, Valada A, Kantor G. Irrigation control
methods for wireless sensor network[C]//Dallas, TX,
United states: American Society of Agricultural and
Biological Engineers, 2012.
[11] Park D, Kang B, Cho K, et al. A study on greenhouse
automatic control system based on wireless sensor
network[J]. Wireless Personal Communications. 2011,
56(1): 117－130.
[12] Sahota H, Kumar R, Kamal A. A wireless sensor network
for precision agriculture and its performance[J]. Wireless
Communications and Mobile Computing. 2011, 11(12):
1628－1645.
[13] Yan X, Meng X, Yan Y. A wireless sensor network in
precision agriculture[J]. Telkomnika. 2012, 10(4): 788－
797.
[14] Garcia-Sanchez A, Garcia-Sanchez F, Garcia-Haro J.
Wireless sensor network deployment for integrating
video-surveillance and data-monitoring in precision
agriculture over distributed crops[J]. Computers and
Electronics in Agriculture, 2011, 75(2): 288－303.
[15] Park D, Park J. Wireless sensor network-based
greenhouse environment monitoring and automatic
control system for dew condensation prevention[J].
Sensors, 2011, 11(4): 3640－3651.
[16] Tik L B, Khuan C T, Palaniappan S. Monitoring of an
aeroponic greenhouse with a sensor network[J].
International Journal of Computer Science and Network
Security, 2009, 9(3): 240－246. [17] Park D, Park J. Wireless sensor network-based greenhouse
environment monitoring and automatic control system for
dew condensation prevention[J]. Sensors, 2011, 11(4):
3640－3651.
[18] Rizman Z I, Jusoff K, Rais S S, et al. Microwave signal
propagation on oil palm trees: measurements and analysis[J]. International Journal on Smart Sensing and
Intelligent Systems, 2011, 4(3): 388－401.
[19] 郭秀明，赵春江，杨信廷，等. 苹果园中2.4GHz无线
信道在不同高度的传播特性[J]. 农业工程学报，2012,
28(12)：195－200.
Guo Xiuming, Zhao Chunjiang, Yang Xingting, et al.
Propagation characteristics of 2.4 GHz wireless channel
at different heights in apple orchard[J]. Transactions of
the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(12): 195－200. (in
Chinese with English abstract）
[20] 文韬，洪添胜，李震，等. 橘园无线传感器网络不同
节点部署方式下的射频信号传播试验[J]. 农业工程学
报，2010, 26(6)：211－215.
Wen Tao, Hong Tiansheng, Li Zhen, et al. Test of
wireless sensor network radio frequency signal propagation based on different node deployments in
citrus orchards[J]. Transactions of the Chinese Society of
Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE),
2010, 26(6): 211－215. ( in Chinese with English
abstract）
[21] 李偲钰，高红菊，姜建钊. 小麦田中天线高度对2.4GHz
无线信道传播特性的影响[J]. 农业工程学报，2009,
25(增刊2)：184－189.
Li Siyu, Gao Hongju, Jiang Jianzhao. Impact of antenna
height on propagtion characteristics of 2.4 GHz wireless
channel in wheat field[J]. Transactions of the Chinese
Society of Agricultural Engineering (Transactions of the
CSAE), 2009, 25(Supp.2): 184－189. (in Chinese with
English abstract)
[22] Ziade Y, Roussel H, Tabbara W, et al. A theoretical
model of propagation in forest compared with experimental
results[C]//Seoul, Korea, Republic of: Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2005.
[23] 乔晓军，张馨，王成，等. 无线传感器网络在农业中
的应用[J]. 农业工程学报，2005, 21(增刊2)：232－234.
Qiao Xiaojun, Zhang Xin, Wang Cheng, et al. Application
of the wireless sensor network in agriculture[J].
Transactions of the Chinese Society of Agricultural
Engineering (Transactions of the CSAE), 2005, 21(Supp.2): 232－234. (in Chinese with English abstract) [24] Peng Y, He U, Choi J. Wireless sensing and propagation
characterization for smart greenhouses[C]//Changsha,
China: Springer Verlag, 2012.
第13期李小敏等：兰花大棚内无线传感器网络433MHz信道传播特性试验189 Experiment of propagation characteristics based on 433MHz channel
of WSN in orchid greenhouse
Li Xiaomin1,2, Zang Ying1,2※, Luo Xiwen1,2, Li Teng1,2, Liu Yongxin1,2, Kong Qingjun1,2
(1. College of Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China; 2. Key Laboratory of Key Technology on Agricultural Machine and Equipment (South China Agricultural University), Ministry of Education, Guangzhou 510642, China)
Abstract: There were very few studies on the propagation characteristics of wireless sensor networks in an orchid greenhouse. For deploying a wireless sensor networks system and studying the channel characteristics under orchid greenhouse, the relationship between radio frequency signal propagation characteristics and radio signals influencing factors was studied with a 433MHz carrier frequency for configuring wireless sensor networks in an orchid greenhouse. At first, the curves of the received signal strength had less fluctuation in a playground than in a greenhouse. From the contrast experiment in both greenhouse and playground, the results showed that the orchid greenhouse had a great impact on the received signal strength of wireless sensor networks. During the experiments the transmitting power, packet length, communication distance, and the location of the source of the transmitting signal had changed for obtaining the received signal strength and the packet loss rate. The experiments demonstrated that the relationship of the received signal strength and communication distance caused attenuation to exist according to a logarithmic model, and the regression coefficient R2 was in the range of 0.9246 and 0.8753. When the transmitting power was 0 dBm or -5 dBm, the wireless signal communication success rate got higher. When the transmitting power was 0 dBm or -20 dBm, the received signal strength index (RSSI) would gain more fluctuations. Furthermore, when the data transmission rate was 1.2 kbps, the packet length had little effect on the packet loss rate. The regression analysis results demonstrated the regression parameters A and the transmitting power were quadratic relationship, and it was a quadratic regression equation between the environmental factor n and transmitting power. The curved surface and filled contour of RSSI were built by analyzing the data. The wireless signal propagation characteristics of the orchid greenhouse environment were intuitively and comprehensively reflected. Besides, a model was built for calculating the received signal strength of 433 MHz in an orchid greenhouse. The simplified math model was developed for the need of engineering. Meantime, the math model could be used for predicting the received signal strength at different transmitting powers and different communication distances by the verification experiment. Finally, this research could provide specific and detailed reference for a configured WSN system in orchid greenhouses.
Key words: greenhouses, wireless sensor networks, experiments, communication channels, RF characteristics, orchid
（责任编辑：信世强）
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 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:
1-2.什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
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
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。
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 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》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库附答案 《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__、、___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.规定三种帧间间隔：短帧间间隔SIFS，长度为28s a)、点协调功能帧间间隔PIFS长度是SIFS加一个时隙(slot)长度，即78s 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.网络的基本元素SSID标示了一个无线服务，这个服务的内容基于无线传感网络的大型结构健康监测系统_尚盈
《无线传感器网络》试题.
无线传感器网络技术的应用
无线传感器网络试题库附答案
相关主题
文本预览