第一章绪论
1.1无线传感网的发展现状
1.2 起重机能耗监测的发展现状
1.3课题的选题意义
第二章系统网络节点的硬件设计2.1起重机能耗感知系统总体设计
2.2采集节点硬件设计
2.2.1 CC2530介绍以及节点整体框图
2.2.2 电源以及抗干扰性设计
2.2.3加速度传感器（SPI）
2.2.4电压/电流传感器（AD）
讲实验室选择的，具体使用视吨位而定
2.2.5陀螺仪（IIC）
2.3中心汇聚节点硬件设计
485总线
第三章CONTIKI操作系统分析与移植
3.1 contiki操作系统的分析
本论文将依托Contiki操作系统提供的6LowPAN协议栈来实现基本通信。Contiki是一个开源的、移植性极强的、专为无线传感网络设计的多任务开源操作系统。它拥有一个基于事件驱动的内核，支持protothread进程机制，所以相当实用于资源受限的传感器节点。Contiki 的精简配置只需要几KB的ROM和几百字节的RAM就能提供多任务环境。uIP小于5KB，uIPv6大约只有11KB。Contiki提供了丰富的功能模块，用户可以根据需要自行裁剪源码。内核通过消息机制实现任务间的通信，提供shell模块可以实现动态的进程任务管理。目前，contiki已经实现并提供了Rime协议栈、IPv4/IPv6协议栈、6LoPAN协议栈、coffee文件系统、shell脚本等。本节通过对其内核分析，为今后的使用和下一节的移植工作做好理论准备。
3.1.1 Protothread进程控制原理
Protothread是用C语言编写的轻量级线程库，所以可移植性行强。由于其采用了无栈结构，故对内存要求极小。是一种技巧性、适应性很强的操作系统。Protothread[1-6]是结合了时间驱动和多线程模型两种优势的一种方法。和多线程模型一样，使用Protothreads的程序是顺序结构，但是它使用的内存很少，这一优点又是和事件驱动模型一样的。它的缺点是当时Prothreads阻塞时，必须在编程时显式的存储变量。表1从六个方面比较了三种机制。
进程或者线程切换的时候，为了能够实现无缝重入，传统的操作系统（如ucos）都会使用栈来保存进程上下文，会在内存中为每个进程开辟一个栈空间，每个堆栈都会浪费几十个字节的空间。这对于内存首先的传感器节点来说，是很难承受的。而Protothread机制的所有进程都运行在同一个堆栈上。每个任务仅仅用两个字节的全局变量来保存被阻塞时所处的行数，当词进程被再调度时，巧妙地通过switch(_LINE_)语句跳转到刚才的执行点，就可以恢复执行了。
Protothreadde 源代码其实很简单，其核心代码只有5行，保存在lc-switch.h中。
1 typedef unsigned short lc_t;
2 #define LC_INIT(s)s=0;
3 #define LC_RESUME(S)switch(s){ case 0:
4 #define LC_SET(s)s=__LINE__;case __LINE__;
5 #define LC_END(s) }
以上几句代码，实现的行号的保存于switch语句的挑战，相当于Protothread机制的内核。以上面五句代码为基础，通过宏定义的方式（节省空间）再构造出了四个编程中经常用到的调用函数。解释如下：
PT_INIT是线程初始话宏，在线程开始运行之前，需要调用该宏初始化线程控制块，他直接调用LC_INIT宏。其实也就是将线程控制块保存的行号初始化为0，这样使得线程从头开始执行
PT_BEGIN是LC_RESUME的封装，表示线程的开始，在线程中它必须放在最开始处，这是因为protothreads是通过一个switch结构实现多线程编程的，PT_BEGIN是该结构起始部分。
PT_WAIY_UNTIL是阻塞这个线程知道某个条件成立。它先调用LC_SET宏设置一个断点，然后判断条件是否成立，如果不成立直接返回。知道条件成立才继续运行。
PT_EDN先调用LC_END结束整个switch结构，然后调用LC_INIT重新初始化线程控制块，这样在下次运行时可以从头开始。
Contiki中最基本的编程模式
#include "contiki.h"
PROCESS(name, strname)//定义进程
AUTOSTART_PROCESS(...)
/*Define the process code*/
PROCESS_THREAD(name, ev, data)//进程功能实现
{
PROCESS_BEGIN();
/***这里填入自定义的应用代码***/
PROCESS_END();
}
声明变量最好不要放在PROCESS_BEGIN之前，因为进程再次被调度，总是从头开始执行，直到PROCESS_BEGIN宏中的switch判断才跳转到断点case __LINE__。也就是说，进程被调度总是会执行PROCESS_BEGIN之前的代码。
表1 事件驱动，多线程，Protothreads模型定性比较
3.1.2 Contiki中的主要数据结构
3.1.2.1 进程链表
结构体process是contiki中控制进程的重要数据结构，每一个进程都会有有自己的进程结构体，又称进程控制块。系统中所有的进程控制块会被以链表的形式组织起来。如图1所示。
1.struct process
2.{
3. struct process *next;
4. const char *name;
5. PT_THREAD((*thread)(struct pt *, process_event_t, process_data_t));
6.struct pt pt;
7. unsigned char state;
8. unsigned char needspoll;
9.};
Next:用于指向下一个进程控制块。
Name:设定该进程的名字。
Tread:该函数指针指向了本进程真正的执行体。
PT：保存进程被中断的行数，即保存上下文。
State：用于标识进程的当前状态。其值可能为PROCESS_STATE_RUNNG, PROCESS_STATE_CALLED, PROCESS_STATE_NONE。
图1 进程控制链表
3.1.2.2 Contiki中的事件
Contiki是以事件来调度任务的，每个事件都有自己的事件标志块，且以链表的形式组织起来。系统会不断的检索事件环形队列，来响应已经产生的事件。事件环形队列如图2所示。
1.struct event_data
2.{
3. process_event_t ev;
4. process_data_t data;
5. struct process *p;
6.};
Ev: 标志所产生的事件编号。
Data: 保存事件产生时获得的相关信息，即事件产生后可以给进程传递的数据。
P: 指向监听该事件的进程，即该事件产生后会激励到的进程。
图2 事件环形队列
3.1.3 Contiki的系统时钟分析
Contiki系统中包含一个时间模型和一组定时器模块：timer,stimer,etimer,rtimer.timer模块的基础是clock模块。用于处理系统时间，也用来短时间阻塞CPU。timer和stimer最简单，用于检查一个时间周期是否到期。timer以系统时钟tick为单位，而stimer以秒为单位，适用于较长的定时周期。与其他的时间模块不同的是，timer库和stimer库可在中断中安全使用，因此他们适用于底层驱动程序。
（1）timer：以系统时钟tick计数，每次定时中断到达，count计数值加1。通过计算count、start、interval之间的数量关系而产生相应的计时效果。系统的etimer时间结构基于该结构进行操作。
（2）stimer:计时机制是以timer为软件基础，但计时单位为秒，适用于较长的时间周期。
（3）etimer：用来提供时间事件，让系统按预定的时间周期来触发进程。当etimer时间到期，会给相应的进程传递PROCESS_EVENT_TIMER事件，从而使相应的监听进程得到运行。该机制可以使进程在不必要运行时而进入等待状态，以便其他进程运行。或让系统进入低功耗状态。Contiki系统使用一个全局静态变量timerlist来保存各etimer，以链表形式组织。etimer链表由系统进程etimer_process负责管理。
（4）ctimer:用于提供回调定时器，用于调度一段时间后调用回调函数。由于回调定时器在时间到期时会调用一个函数，这在没有明确Contiki进程的代码中特别有用，例如通信
协议的实现。
（5）rtimer:用于调度实时任务。Rtimer的优先级高于Contiki中的所有其他进程，使实时性要求高的任务能够得到保障。通常使用在底层的关键代码中，例如X-MAC的实现。
3.1.4 Contiki中的网络协议栈
3.1.
4.1 uIP协议栈分析
uIP协议栈是一种保持代码大小和存储器使用量最小的免费的TCP/IP协议栈[2]。保留了网络通信中必要的IP、ICMP、TCP、UDP协议的功能实现，而删掉了不常用的通信协议，协议具有很强的可裁剪性。与uc/IP，lwip和uc/ip等协议栈相比，其最大优缺点就是系统资源占用量少。uIP协议栈代码空间只需几千字节，而内存空间占有量小于2KB。比起通过计算机现有的IP协议栈（通常需要几十万字节），对于8位或者16微处理机来说，使用uIP 协议栈来实现以太网通信，是一个合适的选择。可以通过配置选择IPV6或者IPV4.收发公用同一块缓存。Ipv6的代码占用空间烧高于IPv4。图列出了uIPv6的不同计算功能所用的代码占用空间和内存占用空间详情。
uIP协议栈的运行是非常简单的，他完成三件工作：处理通信设备驱动器传送来的数据包；处理应用程序的命令，和完成一些周期性任务。uIP转发模块将数据包转发的到哪里的方式是通过询问一个路由协议模块，从而实现与其他节点的中继通信。
如果通信设备驱动器收到了一个数据包，则开始输入处理。驱动器会首先调用uIP输入处理函数，它能处理输入数据包的包头。接着，驱动器测定该数据中包是否带有应用数据，并决定是否将数据转交给应用程序。应用程序会给输入数据返回一个接收响应，然后在有uIP输出处理模块对该响应进行处理。输出处理同样很简单。uIP调用应用程序后，只有当应用程序产生了发送数据给uIP协议栈时，才开始输出处理。输出处理模块会将所使用的协议包头添加到需要传送的数据包中，继而将数据包转交给用于传输的硬件设备。图展示了uIP的运行原则。
此图需要参照《基于Contiki的远程极爱的那监控》第九页
uIP协议栈提供了三个接口函数：uip_init( ),uip_input( )和uip_periodic( )。uIP协议栈与应用程序的主要接口是UIP_APPCALL()和UIP_UDP_APPCALL()[5]。uip_input( )用来处理接收到的数据发，当该函数执行完返回时，会将要送的数据包保存在全局缓存uip_buf中，并且用整型变量uip_len记录将要发送的数据包大小。每当uIP的定时器被激发时，uIP会调用uip_periodic（）函数进行周期性处理。图展示了uIP对IPv4数据包的处理流程。
拥有一个功能性/可选择性配置的TCP/IP栈，并且在其上实现一些应用是很棒的，但是只做到这些还不够。为了和同样层次的节点实现通信，UIP栈需要对更低的通信层（OSI七层模型）进行实现。那么，需要区分两种类型的通信点。
普通节点：节点间可以通过无线连接实现通信，UIP栈需要能够发送和接收数据包。依据UIP版本的不同，CONTIKI遵循如下两个方向。
（1）：当使用的是IPV6时，contiki选择基于路由的配置。因此UIP6使用一个简单的叫做SICSLOWMAC的实现MAC层。6LOWPAN模块除了提供头部压缩功能，它还有一个向无线模块发送和接收数据的功能。
（2）：对IPV4而言，Contiki选择一个基于mesh的配置。Rime通信栈提供mesh路由和路
由发现功能的实现。因此UIP使用它在网络上实现包的发送。从IP的观点来看，所有来自同一个本地子网的传感网的节点。可能需要实现无线多跳功能。
网关节点：PC+一个无线节点，两者通过SLIP方式通信。
（1）：对IPV6而言，一个节点将被简单的编程，用来接收无线数据并且将其发送到串行链路，反之亦然。在其功能实现时，不做地址比较，节点上不运行IP栈，而只实现包头的解/压缩功能。从PC来看，这个节点只被视为一个以太网接口，因此大部分工作交给了PC实现。
（2）：对IPV4来说，连接到PC的那个节点起着网关的作用，装上了IP栈的所有功能。每当它有一个包要发送的时候，它将核对这个包的地址：如果该包属于无线传感网的子网范围内，就将该包通过无线发送。否则，它将此通过串行连接的方式发送到PC。PC上运行的程序，是一个生成IP网络接口的程序。
3.1.
4.2 Rime协议栈分析
Rime协议栈是一个MAC层路由通信协议，提供mesh路由等多种路由功能，是一个轻量级、层次型的协议栈。
Rime协议栈中的协议使用分层结构。复杂的协议由比较简单的协议构建而成。Rime协议栈支持单跳和多跳通信原语。多跳原语不限定数据包在网络中的传输路由。相反，当包在网络中被发送时，每个节点的应用或上层协议被激活，用来选择下一跳路由。这使得基于多跳原语的自定义的路由协议得以实现。协议栈的调用方法如图所示。
（1）匿名的最大努力单跳广播原语
在Rime协议栈中，匿名的最大努力单跳广播原语（abc）是最重要，也是最基本的通信原语。abc原语提供一个上层发送数据包到本地邻居（监听着发送channel）的方法。在传输中，谁是发送者的相关信息不会被包含。
（2）识别的最大努力单跳广播
识别的最大努力单跳广播原语（ibc）发送一个包到所有本地邻居。ibc原语添加单跳发送者的地址作为包属性给将要发出的包。所有需要识别发送者的包所使用的Rime原语是ibc 原语。要么直接调用或间接调用一些其他的基于ibc的通信原语。
（3）最大努力单跳单播
最大努力单跳单播原语（uc）发送一个包到一个被识别的单跳邻居。uc原语使用ibc原语并且增加单跳接受者地址属性到发送包。对于接收的包，uc模块检查单跳接受者地址属性并且去除地址和本节点地址不合的包。
（4）坚固的单跳单播
坚固的单跳单播（suc）重复的发送一个包到单跳邻居使用uc原语。stuc原语发送并且重传包知道一个上层原语或者协议取消重传。然而，对于使用Rime协议栈来直接使用坚固的单跳单播原语的应用或者协议来说，通过可靠的单跳单播原语（ruc），stuc原语最初被使用.
（5）可靠的单跳单播
可靠的单跳单播原语（ruc）可靠地发送一个包到单跳邻居。ruc原语使用应答和重传机制确保邻居成功接收包。当接受者已经应答了该包，ruc模块通过回调机制通知那个发送的应用。ruc原语使用坚固的单跳单播原语来实现重传机制。因此，ruc原语不是非得实现设置定时器和重传这两个细节。而是把注意力集中在处理应答上。
（6）礼貌的单跳广播
礼貌的单跳广播原语（polite）是对礼貌的交流算法（来自trickle）地一般化。礼貌的
交流算法被设计，通过不再重复一个其他节点已经发送的消息，来减少包传输总量。礼貌广播原语的目的是避免在同一个时间间隔内，在本地邻居中多次复制在特定逻辑信道上的规定的一系列包属性。
（7）身份识别的礼貌单跳广播
身份识别的单跳广播（ipolite）像礼貌原语一样以同样的方式工作，但是会通过使用ibc 层来增加发送者身份到包属性。
（8）最大努力多跳单播
最大努力多跳单播原语（mh）发送一个包到网络中一个被身份识别的节点，通过使用多跳，向网络中得每一个节点发送。使用mh原语的应用或者协议为选择下一跳邻居提供了一个路由功能。如果mh原语被请求去发送一个没有合适的下一跳邻居的包。调用者会立刻被通知，然后会初始化一个路由发现进程。
路由表构建不是基于传统的路由发表构建方法，诸如基于属性的路由或者机会路由。而是使用上层协议或应用提供的路由函数。当一个吓一跳邻居被发现，mh原语使用最大努力单播原语发送包给它。
（9）HOP-BY-HOP可靠的多跳单播
除了在两个单跳邻居之间rhm使用可靠单跳原语。HOP-BY-HOP可靠的多跳单播原语（rmh）和最大努力多跳单播原语是相似的。
（10）最大努力网路洪泛
最大努力网路洪泛原语（nf）发送一个单次包到所有网络中的节点。像trickle协议一样，nf原语在每一条都使用礼貌的广播，以减少冗余传输的数目。然后，和trickle不一样的地方,nf原语不执行洪泛包的重传，而且包不带有版本号。相反，nf原语会在它发送的包上面设置end-to-end包的ID属性。一个发送节点保存end-to-end发送者和它发出的最后一个包的ID。如果一个包和最后一个包有着同样的end-to-end发送者和包ID，那么此包将不被发送。这一措施会减少路由回环的风险。但是不会完全杜绝路由回环的发生。因为nf原语保存最新的可见的包属性。因此，nf原语也会使计数器去更新属性，计数值会在一个包被发送之前减一。如果计数值到达零，原语就会不发送数据包。
3.2 contiki操作系统在基于IAR的CC2530上移植
由于contiki2.6版本中提供的源码都是基于GNU工具链开发的，不适合在IAR上直接运行。而GND开发工具链使用起来远没有基于图形界面的IAR要方便的多，所以将contiki 从GNU移植到IAR开发环境下，对今后的应用开发很重要。
3.2.1 contiki源码目录结构解析
下载到源代码后，解压缩，可以看到代码结构如图所示，下面作详细介绍。
图contiki的源码结构
apps:用来测试的应用程序，这部分代码与硬件无关，无需移植。
core:系统内核代码，其中主要是与内核相关部分的文件，也有少部分与内核无关的部分。在该文件夹下还有三个重要的子文件夹。他们是与硬件相关的、存储外部设备代码的dev；与硬件无关却与网络相关的net；与操作系统内核相关的sys，该部分也与具体硬件平台无关。
cpu:和处理器相关的代码，进行操作系统移植的时候仅仅需要根据特定处理器要求来修改该文件夹下的内容即可。该路径下的文件夹，每一个都对应了一个处理器。
examples:用于测试的示例程序。这部分代码有的是基于contiki的，有的是基于java的。
platform:是与平台相关的代码，这部分代码是针对特定评估板的应用程序入口。同样的处理器可能有不同的评估板，每个文件夹对应一种类型的评估板。
doc:该目录有介绍contiki的帮助文档。
tool:包含了一些测试工具的文件夹。这部分的内容与操作系统无关，大部分测试工具是基于Java开发的。例如测试与Ipv6相关的一些网络性能所用的cooja工具，就在该目录下。
其他文件：是关于contiki介绍以及相关说明的文档。
3.2.2 系统内核移植
所谓操作系统移植，就是将操作系统的源码与硬件相关的部分进行修改，使之能够在特定的CPU上运行。Contiki是一个不可剥夺的内核，移植比较简单。
3.2.2.1移植前需要考虑的问题
官方提供的Contiki源码是在Linux环境下进行的。如果移植到IAR，首先要解决的就是IAR与GCC两个编译器之间的差异。主要工作包括：
（1）IAR使用IDE来管理工程编译的，而GCC使用makefile。并不是所有文件都要添加到IAR工程中，这是需要考虑的。
（2）IAR的内嵌汇编格式和GCC之间存在很大差异，需要全面地将Contiki出现内嵌汇编的地方修改成IAR格式。如GCC定义中断服务处理程序的格式就和IAR不一致，必须将其修改为符合IAR格式。如下：
interrupt(T1_VECTOR)
irq_t1(void)
修改为IAR格式：
#pragma vector=T1_VECTOR
__near_func __interrupt void rtimer_isr(void);
（3）文件差异，Linux平台下的Contiki与IAR平台下要调用的头文件或文件名字不同。(比如io.h与iocc253x.h)
（4）增加CC2530的处理器相关代码。这可以参考既有的CC2430。
3.2.2.2移植工程建立与源码添加
IAR Embedded Workbench是一款非常有名的嵌入式开发IDE，已有许多有名的大公司的产品支持使用IAR工具进行开发，本次移植中采用IAR的EW8051-EV-820。它是目前最高效，灵活的CC2530开发平台。支持代码在线仿真、下载、三级优化等很多优秀特性。
首先下载并安装IAR软件，建立一个IAR工程，具体建立过程不在此详述。然后向工程中添加CC2530相关的基础代码、内核文件、和相关的功能模块。由于本次设计需要支持6lowpan和RPL路由协议，这部分源代码在Contiki的源码目录/core/net路径下，需要有选择的添加。
net/mac目录下的文件都添加到工程中，IAR会根据工程协议的实际配置，有选择的将需要的文件链接到可执行文件中。net/rpl目录下的文件全部加入。由于本次设计的6lowpan 网络使用的是RPL路由协议，不会使用rmie协议栈，所以net/rime目录下只添加rimeaddr.h 和rimeaddr.c。这两个文件是用来对contiki操作系统的MAC层地址进行管理的，所以必须加入。
值得注意的是需要根据工程文件的实际路径正确的设置预处理路径，以便代码能够正确引用.h文件。本次移植的头文件路径设置如图所示。
3.2.2.3 编写移植文件与修改代码
向工程中添加cpu_init.c、cpu_init.h，完成系统时钟初始化以及系统工作模式的选择。添加IAR安装目录下8051\inc下的文件iocc2530到工程中。
建立文件clock.c，并添加到工程中。文件clock.c用于完成系统tick的初始化以及操作系统的tick中断处理，其头文件声明在sys/clock.h中。clock.c是移植的核心文件，它与操作系统软件部分衔接最为密切，这部分代码用于timer,stimer的计时，周期性处理etimer事件，可以说是整个系统的心脏部分。其内容如下：
pragma vector= ST_VECTOR
__interrupt void cc2530_clock_ISR( void )
{
DISABLE_INTERRUPTS( );
ENERGEST_ON(ENERGEST_TYPE_IRQ);
timer_value = ST0;
timer_value += ((unsigned long int)ST1) << 8;
timer_value += ((unsigned long int)ST2) << 16;
timer_value += TICK_V AL;
ST2 = (unsigned char) (timer_value >> 16);
ST1 = (unsigned char) (timer_value >> 8);
ST0 = (unsigned char) timer_value;
++count;
if(count % CLOCK_CONF_SECOND == 0) {
++seconds;
}
if(etimer_pending() &&
(etimer_next_expiration_time() - count - 1) > MAX_TICKS) { /*core/sys/etimer.c*/
etimer_request_poll();
}
STIF = 0;
ENERGEST_OFF(ENERGEST_TYPE_IRQ);
ENABLE_INTERRUPTS();
}
最后建立文件main.c、main.h用来添加系统的启动代码、初始化代码、用户应用程序，及其相应的头文件。
3.2.2.4 调试中遇到的典型问题
如图所示，在移植过程中遇到最多的就是数据类型匹配问题，这需要移植人员能够读懂内核源码，然后做相应的数据类型强制转化。另外，还有一些可选的参数需要手工配置（如：UIP_CONF_IPV6、CLOCK_CONF_SECOND），否则编译会产生错误提示。
上图的第一个问题需要将指针nd6_opt_llao = (uint8_t*)UIP_ND6_OPT_HDR_BUF;修改为nd6_opt_llao=UIP_ND6_OPT_HDR_BUF;第二个问题的解决方法是将指针&nd6_opt_llao[UIP_ND6_OPT_DA TA_OFFSET],强制转化为(uip_lladdr_t*类型。第三个问题只要在预编译里面定义下prfix为rotuer或其他功能节点就可以了。
https://www.doczj.com/doc/a62119742.html,/uid-26795758-id-3395884.html
https://www.doczj.com/doc/a62119742.html,/xukai871105/article/details/7482858
https://www.doczj.com/doc/a62119742.html,/uid-24343357-id-3272520.html
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第四章系统网络节点的软件设计
4.1 IPV6与WSN融合的相关技术
6LoWPAN是基于无线低速个域网的IPV6的简写。6LoWPAN技术底层采用的是IEEE802.15.4规定的PHY层和MAC层，网络层采用的是IPv6协议[1-3]。随着物联网技术的发展，尤其是在只能家居、视频监控等应用的规模普及之后。“一物一地址，万物皆在线”的目标需求越来越被彰显出来，然而这将耗费大量的IP地址。对于目前使用的IPV4
技术来说，地址量还是远远不够的。从目前可以使用的技术来看，只有IPV6能够提供如此庞大的地址资源。但是由于感知层节点具有低的运算能力、低的功耗、和低的存储容量等硬件局限性，再加之受限于MAC层技术特性，标准的IPV6协议栈是不能直接架构在IEEE802.15.4 MAC层之上的。需要再MAC层和IPV6协议层引入适配层来解决两者之间的差异。
4.1.1 IPV6协议
IPV6是“Internet Protocol Version”,他是由IETF设计的用来替代现行的IPV4协议的一种新协议。相比于IPV4协议，IPV6具有以下的关键优势。
（1）IPV6具有充足的地址空间。IPV4中贵点的IP地址长度为32，即有2…^3-1个地址，而IPV6把地址空间从32为扩展到了128位，即有2^128-1个地址。将会有更多的可寻址节点，更多的自动配置特性，也会有更多的地址分层，这对路由表的效率是很关键的。
（2）IPV6支持自动配置。网络规模很大时，对每个机器都手工配置将是很繁琐了，通过对DHCP一些的改进和扩展，实现快速的网络管理，满足即插即用的特性。
（3）IPV6具有更小的路由表。在IPV6的地址分配之初就遵循了聚类分配原则。使得路由器能在路由表中用一条记录表示一片子网，极大地缩小了路由器中的路由表长度。提高了路由器对数据包的转发速度。
（4）IPV6增加了对流和增强型组播的支持。这是的多媒体能再网络上有更广阔的发展空间，为服务质量控制提供了充分的平台。
（5）IPV6具有更高的安全性。它定义了一些用于数据完整性、支持认证和机密性的扩展。
4.1.1.1 系统中用到的两个重要协议
（1）ICMP协议
ICMP很早就使用于因特网了，它具有错误诊断和错误报告的功能，支持的特性多，例如回声请求、重定向、诸如超时和目的地不可达的多种错误提示。
ICMPV6是IPV6架构的重要组成部分之一，他不仅仅提供了IPV4中的大多数常用特性外，还增加了旧的ICMP协议不曾具有的特性。例如用来地址解析的ARP、网组成员协议IGMP，和IPV6中新增加的一些关键特性。系统网络设计中所用到的RPL智能物件路由协议，就是利用了ICMPV6协议。ICMPV6已经被标识为一个类型号为58的新的协议类型。
ICMPV6规定了两类消息：信息消息和错误消息。
每个ICMP消息都有下面的结构模式：
·类型字段：8位，用于指示消息的类型。
·代码字段：8位，用于细分对给定的ICMP消息类型。
·校验和：16位，之所以要比IPV4多添加一个校验和，原因是IPV6的包头中已经不包含任何校验功能了。校验和是把消息类型字段开始的全部内容和后面的伪头当成一个整体，来计算这个整体的补码得到的。
文献
·数据字段：长度可变。
ICMP消息中源地址的选择规则在文献[4]中被规定。例如，倘若一个消息是用于相应传送给所属的单播地址的消息，那么该消息的源地址必须是这个单播地址。如果消息是用于相应一个错误，那么及时原始包是发给不属于该节点的地址的，源地址也必须是属于该节点的单播地址。它必须遵循标准的源地址选择规则，除非属于该节点的另一个单播地址可以提供更多关于目的地的信息。
（2）邻居发现协议
邻居发现协议（ND）为IPV6提供了一系列关键的自动配置特性。诸如链路上邻居的发现，链路层地址的发现，礼物上路由的发现，或维护用于到邻居路径的可达性信息。毋庸置疑，邻居发现协议在IP智能物件中拥有着重要的地位。
ND协议提供了许多服务，它包括：
·路由发现：发现路由器的功能，该功能是将包转发到不在本地链路的目的地址。
·前缀发现：发现一系列地址集合，这些地址使用使用网络前缀的链路。
·参数发现：发现跳数限制，最大传输单元，等等。
·地址自动配置：节点能通过该功能计算它的唯一全局地址。
·地址解析：链路层地址的发现。在IPV4中，ARP协议被节点用来实现IP地址与MAC 地址之间的解析。在IPv6中，由ND实现这一功能。也被用来发现节点是否有了新的链路层地址。
·下一跳判决：对于发送到特定目的地的数据包，通过算法发现IP的下一跳。
·检测邻居不可达：通过这个机制，路由器可以判定一个邻居是否变成不再可达。
·检测重复地址：校正过程以确保将要被使用的地址没有被另一个节点使用。
·重定向：允许节点发现更好的下一跳地址，来到达特定的目的地。
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:
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。
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
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