c形無線感測器網路

① 無線感測器網路的特點有哪些

無線感測器網路（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量由無線通信技術連接的小型感測器節點組成的網路。其主要特點如下：

1.分布式部署：WSN中的感測器節點可以分布在需要監測的區域內，形成廣泛的覆蓋范圍。

2.節點圓旦能力有限：WSN中的感測器節點通常具有有限的計算、存儲和傳輸能力，並且通常由電池供電。

3.自組織：WSN中的感測器節點可以自組織形成網路結構，根據環境變化調整悔腔兆網路拓撲結構。

② 無線感測器網路中的LEACH和LEACH-C有什麼具體區別

LEACH基本思想是通過隨機循環地選擇簇頭節點 ,從而將整個網路的能量負載平均分配到每個感測器節點中 ,達到降低網路能源消耗、 提高網路整體生存時間的目的。
簡單來說，LEACH-C是LEACH的後期版本，對分簇的演算法進行了一定的改進，不再是原先的隨機選擇簇頭節點的方式。LEACH-C協議是一種集中式的分簇路由協議，在LEACH-C協議每個周期的開始階段， 所有節點把自己的位置信息和剩餘能量值發往基站。 基站在收到這些信息後，首先計算所有節點的平均能量值，把能量不低於平均能量值的節點作為候選節點。 這種方式能夠減少選舉簇頭時因通信而消耗的能量， 從而有更多的剩餘能量用於傳輸數據。

③ 無線感測器在網路中的應用設計

下面是由整理的畢業設計論文《無線感測器在網路中的應用設計》，歡迎閱讀。

1引言

無線感測器網路(Wireless Sensor Networks，簡稱WSNs)是由部署在監測區域內大量的廉價微型感測器節點組成，通過無線通信形成一個多跳自組織網路系統，能夠實時監測、感知和採集網路分布區域內監視對象的各種信息，並加以處理，完成數據採集和監測任務。WSNs綜合了感測器、嵌入式計算、無線通訊、分布式信息處理等技術，具有快速構建、自配置、自調整拓撲、多跳路由、高密度、節點數可變、無統一地址、無線通信等特點，特別適用於大范圍、偏遠距離、危險環境等條件下的實時信息監測，可以廣泛應用於軍事、交通、環境監測和預報、衛生保健、空間探索等各個領域。

2節點的總體設計和器件選型

2.1節點的總體設計

WSNs微型節點應用數量比較大，更換和維護比較困難，要求其節點成本低廉和工作時間盡可能長;功能上要求WSNs中不應該存在專門的路由器節點，每個節點既是終端節點，又是路由器節點。節點間採用移動自組織網路聯系起來，並採用多跳的路由機制進行通信。因此，在單個節點上，一方面硬體必須低能耗，採用無線傳輸方式;另一方面軟體必須支持多跳的路由協議。基於這些基本思想，設計了以高檔8位AVR單片機ATmega128L為核心，結合外圍感測器和2.4 GHz無線收發模塊CC2420的WSNs微型節點。這兩款器件的體積非常小，加上外圍電路，其整體體積也很小，非常適合用作WSNs節點的元件。

圖1給出WSNs微型節點結構。它由數據採集單元、數據處理單元、數據傳輸單元和電源管理單元4部分組成。數據採集單元負責監測區域內信息的採集和數據轉換，設計中包括了可燃性氣體感測器和濕度感測器;數據處理單元負責控制整個節點的處理操作、路由協議、同步定位、功耗管理、任務管理等;數據傳輸單元負責與其他節點進行無線通信，交換控制消息和收發採集數據;電源管理單元選通所用到的感測器，節點電源由幾節AA電池組成，實際工業應用中採用微型紐扣電池，以進一步減小體積。為了調試方便及可擴展性，可將數據採集單元獨立出來，做成兩塊能相互套接的可擴展主板。

2.2處理器選型

處理器的選型要求和指標是功耗低，保證長時間不更換電源也能順利工作，供給電壓小於5 V，有較快的處理速度和能力，由於節點是需要大量安置的，所以價格也要相對便宜。選用AVR單片機，考慮到電路中I/O的個數不多，功耗低、成本低、適合與無線器件介面配合等多方面因素，綜合對比後，選用Atmel公司的ATmega128L。該微型控制器擁有豐富的片上資源，包括4個定時器、4 KB SRAM、128KB Flash和4 KBEEPROM;擁有UART、SPI、I2C、JTAG介面，方便無線器件和感測器的接入;有6種電源節能模式，方便低功耗設計。

2.3無線通信器件選型 CC2420是一款符合ZigBee技術的高集成度工業用射頻收發器，其MAC層和PHY層協議符合802.15.4規范，工作於2.4 GHz頻段。該器件只需極少外部元件，即可確保短距離通信的有效性和可靠性。數據傳輸單元模塊支持數據傳輸率高達250 Kb/s，即可實現多點對多點的快速組網，系統體積小、成本低、功耗小，適於電池長期供電，具有硬體加密、安全可靠、組網靈活、抗毀性強等特點。

2.4感測器選型

由於WSNs是用於礦下安全監測，常要檢測礦下可燃氣體的濃度(預防瓦斯氣體濃度過高)和空氣濕度，所以要選擇測量氣體濃度和濕度的感測器。

2.4.1 HIH-4000系列測濕感測器

HIH-4000系列測濕感測器作為一個低成本、可軟焊的單個直插式組件(SIP)能提供儀表測量質量的相對濕度(RH)感測性能。RH感測器可用在二引線間有間距的配量中，它是一個熱固塑料型電容感測元件，其內部具有信號處理功能。感測器的多層結構對應用環境的不利因素，諸如潮濕、灰塵、污垢、油類和環境中常見的化學品具有最佳的抗力，因此可認定它能適用礦下環境。

2.4.2 MR511熱線型半導體氣敏元件

MR511型氣敏元件利用氣體吸附在金屬氧化物半導體表面而產生熱傳導變化及電傳導變化的原理，由白金線圈電阻值變化測定氣體濃度。MR511由檢測元件和補償元件配對組成電橋的兩個臂，遇可燃性氣體時，檢測元件的電阻減小，橋路輸出電壓變化，該電壓變化隨氣體濃度的增大而成比例增大，補償元件具有溫度補償作用。MR511除具有靈敏度高、響應恢復時間短、穩定性好特點外，還具有功耗小，抗環境溫濕度干擾能力強的優點。WSNs的節能和井下惡劣溫濕環境要求MR5111可以滿足。

3 WSNs節點設計

3.1數據採集單元

考慮到無線感測器網路節點的節能和井下惡劣的溫濕環境，為了便於數據採集，系統設計採用HIH-4000-01型測濕度感測器和MR511熱線型半導體氣體感測器。圖2、圖3分別給出其電路設計圖。

3.2數據處理單元

ATmega128L的外圍電路設計簡單，設計時注意在數字電路的電源並人多隻電容濾波。ATmega128L的工作時鍾源可以選取外部晶振、外部RC振盪器、內部RC振盪器、外部時鍾源等方式。工作時鍾源的選擇通過ATmega128L的內部熔絲位來設計。熔絲位可以通過JTAG編程、ISP編程等方式設置。ATmega128L採用7.3728 MHz和32.768 kHz兩個外部晶振。前者用作工作時鍾，後者用作實時時鍾源。

3.3數據傳輸單元

3.3.1 CC2420外圍電路設計

圖4給出數據傳輸單元的外圍電路。CC2420隻需要極少的外圍元器件。其外圍電路包括晶振時鍾電路、射頻輸入/輸出匹配電路和微控制器介面電路3部分。

射頻輸入/輸出匹配電路主要用來匹配器件的輸入輸出阻抗，使其輸入輸出阻抗為50 Ω，同時為器件內部的PA及LNA提供直流偏置。射頻輸入/輸出是高阻抗，有差別。射頻端最適合的負載是115+j180 Ω。C61、C62、C71、C81、L61組成不平衡變壓器，L62和L81匹配射頻輸入輸出到50 Ω;L61和L62同時提供功率放大器和低雜訊放大器的直流偏置。內部的T/R開關是為了切換低雜訊放大器/功率放大器。R451偏置電阻是電流基準發生器的精密電阻。CC2420本振信號既可由外部有源晶體提供，也可由內部電路提供。若由內部電路提供時，需外加晶體振盪器和兩只負載電容，電容的大小取決於晶體的頻率及輸入容抗等參數。設計採用16 MHz晶振時，其電容值約為22 pF。C381和C391是外部晶體振盪器的負載電容。片上電壓調節器提供所有內部1.8 V電源的供應。C42是電壓調節器的負載電容，用於穩定調節器。為得到最佳性能必須使用電源去耦。在應用中使用大小合適的去耦電容和功率濾波器是非常重要的。CC2420可以通過4線SPI匯流排(SI、SO、SCLK、CSn)設置器件的工作模式，並實現讀，寫緩存數據，讀/寫狀態寄存器等。通過控制FIFO和FIFOP引腳介面的狀態可設置發射/接收緩存器。

3.3.2配置IEEE 802.15.4工作模式

CC2420為IEEE 802.15.4的數據幀格式提供硬體支持。其MAC層的幀格式為：頭幀+數據幀+校驗幀;PHY層的幀格式為：同步幀+PHY頭幀+MAC幀，幀頭序列的長度可通過設置寄存器改變，採用16位CRC校驗來提高數據傳輸的可靠性。發送或接收的數據幀被送入RAM中的128位元組緩存區進行相應的幀打包和拆包操作。表1給出CC2420的四線串列SPI介面引腳功能。它是設計單片機電路的依據，充分發揮這些功能是設計無線通信產品的前提。

3.3.3 CC2420與單片機介面電路設計

圖5給出CC2420與ATmega128L單片機的介面電路。CC2420通過簡單的四線(SI、SO、SCLK、CSn)與SPI兼容串列介面配置，這時CC2420是受控的。ATmega128L的SPI介面工作在主機模式，它是SPI數據傳輸的控制方;CC2420設為從機工作方式。當ATmega128L的SPI介面設為主機工作方式時，其硬體電路不會自動控制SS引腳。因此，在SH通信時，應在SPI介面初始化，它是由程序控制SS，將其拉為低電平，此後，當把數據寫入主機的SPI數據寄存器後，主機介面將自動啟動時鍾發生器，在硬體電路的控制下，移位傳送，通過MOSI將數據移出ATmega128L，並同時從CC2420由MISO移人數據，8位數據全部移出時，兩個寄存器就實現了一次數據交換。

4結語

通過對於無線感測器網路節點中感測器元件、數據處理模塊、數據傳輸模塊和電源的選擇，設計了一種以CC2420和ATmega128L為主體的硬體方案。利用該方案設計的CC2420和ATmega128L的外圍電路以及兩者之間的介面電路。此外，還對感測器與單片機的介面電路進行設計。通過實驗驗證，設計的硬體節點基本上達到了項目要求，經調試能通過感測器正確真實地採集數據，並實現兩個無線節點(兩個電路板。AA電池供電)在30 m左右的通信、傳輸數據、並反映到終端設備。

④ 什麼是無線感測器網路

無線感測器的無線傳輸功能，常見的無線傳輸網路有RFID、ZigBee、紅外、藍牙、GPRS、4G、2G、Wi-Fi、NB－IoT。
與傳統有線網路相比，無線感測器網路技術具有很明顯的優勢特點，主要的要求有： 低能耗、低成本、通用性、網路拓撲、安全、實時性、以數據為中心等。

⑤ 無線感測器網路的理論及應用的目錄

第1篇總論
第1章無線感測器網路概述
1.1無線感測器網路介紹1
1.1.1無線感測器網路的概念1
1.1.2無線感測器網路的特徵2
1.1.3無線感測器網路的應用4
1.2無線感測器網路的體系結構7
1.2.1無線感測器網路的系統架構7
1.2.2感測器節點的結構7
1.2.3無線感測器網路的體系結構概述8
1.3無線感測器網路的研究進展10
1.3.1無線感測器網路的發展歷程10
1.3.2無線感測器網路的關鍵技術14
1.3.3無線感測器網路所面臨的挑戰14
參考文獻16
第2篇無線感測器網路的通信協議
第2章無線感測器網路的物理層
2.1無線感測器網路物理層概述19
2.1.1無線感測器網路物理層的研究內容19
2.1.2無線感測器網路物理層的研究現狀20
2.1.3無線感測器網路物理層的主要技術挑戰22
2.2無線感測器網路的調制與編碼方法22
2.2.1Mary調制機制22
2.2.2差分脈沖位置調制機制23
2.2.3自適應編碼位置調制機制24
2.3超寬頻技術在無線感測器網路中的應用25
2.3.1超寬頻技術概述25
2.3.2超寬頻技術的基本原理26
2.3.3超寬頻技術的研究現狀29
2.3.4基於超寬頻技術的無線感測器網路31
參考文獻35
第3章無線感測器網路的數據鏈路層
3.1無線感測器網路數據鏈路層概述37
3.1.1無線感測器網路數據鏈路層的研究內容37
3.1.2無線感測器網路數據鏈路層的研究現狀38
3.1.3無線感測器網路數據鏈路層的主要技術挑戰39
3.2無線感測器網路的MAC協議40
3.2.1基於競爭機制的MAC協議40
3.2.2基於時分復用的MAC協議47
3.2.3其他類型的MAC協議54
參考文獻58
第4章IEEE802.15.4標准
4.1IEEE802.15.4標准概述60
4.2IEEE802.15.4的物理層60
4.2.1物理層概述60
4.2.2物理層服務規范61
4.2.3物理層幀結構65
4.3IEEE802.15.4的MAC子層65
4.3.1MAC層概述65
4.3.2MAC層的服務規范66
4.3.3MAC幀結構69
4.3.4MAC層的功能描述70
4.4基於IEEE802.15.4標準的無線感測器網路70
4.4.1組網類型70
4.4.2數據傳輸機制71
參考文獻72
第5章無線感測器網路的網路層
5.1無線感測器網路網路層概述73
5.1.1網路層的研究內容73
5.1.2網路層的研究現狀74
5.1.3網路層的主要技術挑戰75
5.2無線感測器網路的路由協議75
5.2.1以數據為中心的平面路由75
5.2.2網路分層路由77
5.2.3基於查詢的路由79
5.2.4地理位置路由81
5.2.5能量感知路由84
5.2.6基於QoS的路由87
5.2.7路由協議的優化88
5.3無線感測器網路中的數據包轉發策略90
5.3.1包轉發策略的研究背景90
5.3.2基於價格機制的包轉發博弈模型91
5.3.3自發合作的包轉發博弈模型93
參考文獻94
第6章無線感測器網路的傳輸層
6.1無線感測器網路傳輸層概述97
6.1.1無線感測器網路傳輸層的研究內容97
6.1.2無線感測器網路傳輸層的研究現狀98
6.1.3無線感測器網路傳輸層的主要技術挑戰99
6.2無線感測器網路的傳輸協議99
6.2.1PSFQ傳輸協議99
6.2.2ESRT傳輸協議101
6.3無線感測器網路與其他網路的互聯103
6.3.1無線感測器網路與Internet互聯103
6.3.2無線感測器網路接入到網格105
參考文獻109
第7章ZigBee協議規范
7.1ZigBee概述111
7.1.1ZigBee與IEEE802.15.4111
7.1.2ZigBee協議框架112
7.1.3ZigBee的技術特點113
7.2網路層規范113
7.2.1網路層概述113
7.2.2服務規范114
7.2.3幀結構與命令幀115
7.2.4功能描述116
7.3應用層規范117
7.3.1應用層概述117
7.3.2ZigBee應用支持子層117
7.3.3ZigBee應用層框架結構118
7.3.4ZigBee設備協定（profile）119
7.3.5ZigBee目標設備（ZDO）119
7.4ZigBee系統的開發119
7.4.1開發條件和注意事項119
7.4.2軟體開發120
7.4.3硬體開發121
7.5基於ZigBee規范的無線感測器網路122
7.5.1無線感測器的構建122
7.5.2無線感測器網路的構建123
7.5.3基於ZigBee的無線感測器網路與RFID技術的融合124
參考文獻124
第3篇無線感測器網路的核心支撐技術
第8章無線感測器網路的拓撲控制
8.1無線感測器網路的拓撲控制技術概述125
8.1.1無線感測器網路拓撲控制的研究內容125
8.1.2無線感測器網路拓撲控制的研究現狀126
8.1.3無線感測器網路拓撲控制的主要技術挑戰126
8.2無線感測器網路的拓撲控制演算法127
8.2.1功率控制演算法127
8.2.2層次拓撲結構控制演算法129
8.3無線感測器網路的密度控制135
8.3.1連通支配集構造演算法135
8.3.2基於概率覆蓋模型的無線感測器網路密度控制演算法138
參考文獻140
第9章無線感測器網路的節點定位
9.1無線感測器網路的節點定位技術概述142
9.1.1無線感測器網路節點定位的研究內容142
9.1.2無線感測器網路節點定位的研究現狀143
9.1.3無線感測器網路節點定位的主要技術挑戰146
9.2無線感測器網路的定位機制147
9.2.1基於測距的定位演算法147
9.2.2非基於測距的定位演算法151
9.3一種基於測距的協作定位策略159
9.3.1剛性圖理論簡介159
9.3.2基於剛性圖的協作定位理論160
9.3.3LCB定位演算法161
9.4節點位置估計更新策略162
9.4.1動態網路問題162
9.4.2更新策略163
參考文獻164
第10章無線感測器網路的時間同步
10.1無線感測器網路的時間同步概述167
10.1.1無線感測器網路時間同步的研究內容167
10.1.2無線感測器網路時間同步的研究現狀168
10.1.3無線感測器網路時間同步的主要技術挑戰169
10.2無線感測器網路的時間同步機制170
參考文獻180
第11章無線感測器網路的網內信息處理
11.1無線感測器網路的網內信息處理概述182
11.1.1無線感測器網路網內信息處理的研究內容182
11.1.2無線感測器網路網內信息處理的研究現狀183
11.1.3無線感測器網路網內信息處理的主要技術挑戰184
11.2無線感測器網路的數據融合技術184
11.2.1與路由相結合的數據融合184
11.2.2基於反向組播樹的數據融合186
11.2.3基於性能的數據融合187
11.2.4基於移動代理的數據融合189
11.3無線感測器網路的數據壓縮技術191
11.3.1基於排序編碼的數據壓縮演算法191
11.3.2分布式數據壓縮演算法192
11.3.3基於數據相關性的壓縮演算法194
11.3.4管道數據壓縮演算法194
11.4無線感測器網路的協作信號信息處理技術195
11.4.1網元層的CSIP技術195
11.4.2網路層的CSIP技術196
11.4.3應用層的CSIP技術196
11.4.4CSIP技術展望197
參考文獻198
第12章無線感測器網路的安全技術
12.1無線感測器網路的安全問題概述201
12.1.1無線感測器網路安全技術的研究內容201
12.1.2無線感測器網路安全技術的研究現狀202
12.1.3無線感測器網路安全技術的主要技術挑戰205
12.2無線感測器網路的安全問題分析205
12.2.1無線感測器網路物理層的安全策略206
12.2.2無線感測器網路鏈路層的安全策略207
12.2.3無線感測器網路網路層的安全策略207
12.2.4無線感測器網路傳輸層和應用層的安全策略209
12.3無線感測器網路的密鑰管理和入侵檢測技術209
12.3.1無線感測器網路的密鑰管理209
12.3.2無線感測器網路的入侵檢測技術211
參考文獻214
第4篇無線感測器網路的自組織管理技術
第13章無線感測器網路的節點管理
13.1無線感測器網路的節點管理概述216
13.1.1無線感測器網路節點管理的研究內容216
13.1.2無線感測器網路節點管理的研究現狀217
13.1.3無線感測器網路節點管理的主要技術挑戰218
13.2無線感測器網路的節點休眠/喚醒機制218
13.2.1PEAS演算法218
13.2.2基於網格的調度演算法219
13.2.3基於局部圓周覆蓋的節點休眠機制220
13.2.4基於隨機休眠調度的節能機制221
13.3無線感測器網路的節點功率管理222
13.3.1動態功率管理和動態電壓調節222
13.3.2基於節點度的演算法224
13.3.3基於鄰近圖的演算法224
13.3.4基於二分法的功率控制224
13.3.5網路負載自適應功率管理演算法226
參考文獻227
第14章無線感測器網路的資源與任務管理
14.1無線感測器網路的資源與任務管理概述229
14.1.1無線感測器網路資源與任務管理的研究內容229
14.1.2無線感測器網路資源與任務管理的研究現狀230
14.1.3無線感測器網路資源與任務管理的主要技術挑戰230
14.2無線感測器網路的資源管理技術231
14.2.1自組織資源分配方式231
14.2.2計算資源分配232
14.2.3帶寬資源分配235
14.3無線感測器網路的任務管理技術237
14.3.1任務分配237
14.3.2任務調度239
14.3.3負載均衡243
參考文獻245
第15章無線感測器網路的數據管理
15.1無線感測器網路的數據管理概述248
15.1.1無線感測器網路數據管理的研究內容248
15.1.2無線感測器網路數據管理的研究現狀249
15.1.3無線感測器網路數據管理的主要技術挑戰249
15.2無線感測器網路的數據管理系統250
15.2.1TinyDB系統250
15.2.2Cougar系統251
15.2.3Dimensions系統252
15.3無線感測器網路數據管理的基本方法253
15.3.1數據模式253
15.3.2數據存儲254
15.3.3數據索引255
15.3.4數據查詢257
參考文獻260
第16章無線感測器網路的部署、初始化和維護管理
16.1無線感測器網路的部署、初始化和維護管理概述261
16.1.1無線感測器網路部署、初始化和維護管理的研究內容261
16.1.2無線感測器網路部署、初始化和維護管理的研究現狀262
16.1.3無線感測器網路部署、初始化和維護管理的主要技術挑戰263
16.2無線感測器網路的部署技術264
16.2.1採用確定放置的部署技術264
16.2.2採用隨機拋撒且節點不具移動能力的部署技術265
16.2.3採用隨機拋撒且節點具有移動能力的部署技術265
16.3無線感測器網路的初始化技術266
16.3.1UDG模型266
16.3.2基於MIS的初始化演算法266
16.3.3基於MDS的初始化演算法268
16.4無線感測器網路的維護管理技術270
16.4.1覆蓋與連接維護技術270
16.4.2性能監測技術271
參考文獻272
第5篇無線感測器網路的開發與應用
第17章無線感測器網路的模擬技術
17.1無線感測器網路的模擬技術概述275
17.1.1網路模擬概述275
17.1.2無線感測器網路模擬研究概述275
17.2常用網路模擬軟體276
17.2.1OPNET簡介276
17.2.2NS279
17.2.3TOSSIM280
17.3OMNeT++模擬軟體281
17.3.1OMNeT++概述281
17.3.2NED語言282
17.3.3簡單模塊/復合模塊287
17.3.4消息290
17.3.5類庫291
17.4模擬示例296
參考文獻303
第18章無線感測器網路的硬體開發
18.1無線感測器網路的硬體開發概述304
18.1.1硬體系統的設計特點與要求304
18.1.2硬體系統的設計內容304
18.1.3硬體系統設計的主要挑戰305
18.2感測器節點的開發305
18.2.1數據處理模塊設計305
18.2.2換能器模塊設計307
18.2.3無線通信模塊設計307
18.2.4電源模塊設計309
18.2.5外圍模塊設計309
18.3感測器節點原型的開發實例Mica310
18.3.1Mica系列節點簡介310
18.3.2Mica系列處理器/射頻板設計分析313
18.3.3Mica系列感測板設計分析315
18.3.4編程調試介面板介紹317
參考文獻318
第19章無線感測器網路的操作系統
19.1無線感測器網路操作系統概述320
19.1.1無線感測器網路操作系統的設計要求320
19.1.2幾種典型的無線感測器網路操作系統介紹321
19.1.3無線感測器網路操作系統設計的主要技術挑戰321
19.2TinyOS操作系統322
19.2.1TinyOS的設計思路322
19.2.2TinyOS的組件模型322
19.2.3TinyOS的通信模型324
19.3基於TinyOS的應用程序運行過程解析324
19.3.1Blink程序的配件分析325
19.3.2BlinkM模塊分析327
19.3.3ncc編譯nesC程序的過程329
19.3.4Blink程序的運行跟蹤解析329
19.3.5TinyOS的任務調度機制的實現338
19.3.6TinyOS的事件驅動機制的實現342
19.4TinyOS的使用346
19.4.1TinyOS的安裝346
19.4.2創建應用程序348
19.4.3使用TOSSIM模擬調試應用程序348
19.4.4使用TinyViz進行可視化調試349
19.4.5將應用程序導入節點運行350
參考文獻351
第20章無線感測器網路的軟體開發
20.1無線感測器網路軟體開發概述353
20.1.1無線感測器網路軟體開發的特點與設計要求353
20.1.2無線感測器網路軟體開發的內容354
20.1.3無線感測器網路軟體開發的主要技術挑戰355
20.2nesC編程語言355
20.2.1nesC語言介紹355
20.2.2nesC的語法規范356
20.2.3nesC應用程序開發364
20.3無線感測器網路的應用軟體開發367
20.3.1無線感測器網路的編程模式367
20.3.2無線感測器網路的中間件設計370
20.3.3無線感測器網路的服務發現372
參考文獻373
第21章無線感測器網路應用於環境監測
21.1環境監測應用概述375
21.1.1環境監測應用的場景描述375
21.1.2環境監測應用中無線感測器網路的體系架構375
21.2關鍵技術377
21.2.1節點部署377
21.2.2能量管理377
21.2.3通信機制378
21.2.4任務的分配與控制379
21.2.5數據采樣與收集379
21.3無線感測器網路用於環境監測的實例380
21.3.1公路交通監測380
21.3.2建築物健康狀況監測384
21.3.3「狼群計劃」385
參考文獻387
第22章無線感測器網路應用於目標追蹤
22.1目標追蹤應用概述388
22.1.1目標追蹤應用的場景描述388
22.1.2目標追蹤應用的特點與技術挑戰388
22.1.3目標追蹤應用中的無線感測器網路系統架構389
22.2無線感測器網路用於目標追蹤的關鍵技術390
22.2.1追蹤步驟390
22.2.2追蹤演算法392
22.2.3面向目標追蹤的網路布局優化400
22.3基於無線感測器網路的車輛追蹤系統實例402
22.3.1系統架構402
22.3.2關鍵問題403
22.3.3關鍵技術404
參考文獻407
附錄英漢縮略語對照表410

⑥ 無線感測器網路技術與應用的目錄

第1章無線感測器網路概述
1.1感測器網路的研究歷史
1.1.1早期的軍用感測器網路研究
1.1.2美軍DARPA的分布式感測器網路研究計劃
1.1.320世紀80年代和90年代的軍用感測器網路
1.1.421世紀的感測器網路研究
1.2WSN基本概念
1.2.1什麼是WSN
1.2.2WSN與MANET的異同
1.2.3WSN的通信體系結構
1.3WSN的主要技術
1.3.1系統體系結構
1.3.2網路與通信的控制
1.4影響WSN設計的因素
1.4.1容錯
1.4.2擴展性
1.4.3價格
1.4.4硬體限制
1.4.5WSN拓撲
1.4.6WSN工作環境
1.4.7傳輸媒介
1.4.8功耗
參考文獻
第2章無線感測器網路競爭類MAC協議
2.1感測器媒介訪問控制協議（S-MAC）
2.1.1能量浪費原因分析
2.1.2S-MAC協議概述
2.1.3休眠的協調
2.1.4避免旁聽與消息分片傳輸
2.1.5時延分析
2.1.6S-MAC協議實現
2.1.7S-MAC協議的性能
2.2超時MAC協議（T-MAC）
2.2.1T-MAC協議概述
2.2.2T-MAC基本協議
2.2.3分群與同步
2.2.4RTS操作與TA選擇
2.2.5避免旁聽
2.2.6不對稱通信
2.2.7T-MAC的性能
2.3伯克利媒介訪問控制協議（B-MAC）
2.3.1B-MAC協議的設計與實現
2.3.2壽命建模
2.3.3參數
2.3.4自適應控制
參考文獻
第3章無線感測器網路分配類MAC協議
3.1流量自適應媒介訪問協議（TRAMA）
3.1.1TRAMA協議概述
3.1.2TRAMA協議組成
3.1.3訪問方式與相鄰節點協議
3.1.4傳輸時間安排交換協議
3.1.5自適應選舉演算法
3.1.6TRAMA的性能
3.2分布式隨機時隙安排協議（DRAND）
3.2.1TDMA時隙分配問題定義
3.2.2DRAND演算法詳述
3.2.3DRAND正確性
3.2.4DRAND復雜性分析
3.2.5DRAND的性能
3.3功率高效與時延意識媒介訪問協議（PEDAMACS）
3.3.1PEDAMACS協議概述
3.3.2PEDAMACS分組格式
3.3.3本地拓撲建立階段
3.3.4AP拓撲信息收集階段
3.3.5傳輸時間安排階段
3.3.6拓撲調整階段
3.3.7傳輸時間安排演算法
參考文獻
第4章無線感測器網路混合類MAC協議
4.1斑馬MAC協議（Z-MAC）
4.1.1時間同步協議（TPSN）
4.1.2Z-MAC協議概述
4.1.3相鄰節點尋找與時隙分配
4.1.4本地成幀
4.1.5Z-MAC協議的傳輸控制
4.1.6發送規則
4.1.7直接競爭通知
4.1.8Z-MAC傳輸時間安排的接收
4.1.9本地時間同步
4.1.10Z-MAC協議的性能
4.1.11Z-MAC協議隨機分析
4.2漏斗-MAC協議
4.2.1漏斗問題
4.2.2按需發送信標
4.2.3面向中心節點的傳輸時間安排
4.2.4定時與成幀
4.2.5Meta-傳輸時間安排的廣播
4.2.6動態深度調整
4.2.7漏斗-MAC協議的測試床實驗評估
參考文獻
第5章無線感測器網路數據中心路由協議
5.1協商式感測器信息分發協議（SPIN）
5.1.1SPIN概述
5.1.2Meta-Data
5.1.3SPIN消息
5.1.4SPIN資源管理
5.1.5SPIN實現
5.1.6SPIN-1：3步握手協議
5.1.7SPIN-2：低能量門限的SPIN-1
5.1.8用於與SPIN比較的其他數據分發演算法
5.1.9SPIN的性能評估
5.1.10SPIN小結
5.2定向擴散
5.2.1定向擴散的組成要素
5.2.2命名
5.2.3興趣與梯度
5.2.4數據傳播
5.2.5路徑建立與路徑裁剪的強化
5.2.6定向擴散的分析評估
5.2.7定向擴散的模擬評估
參考文獻
第6章無線感測器網路分層路由協議
6.1低能量自適應分群分層（LEACH）
6.1.1LEACH協議體系結構
6.1.2群首選擇演算法
6.1.3分群演算法
6.1.4穩定狀態階段
6.1.5LEACH-C：BS建立分群
6.1.6LEACH的分析與模擬
6.2兩層數據分發協議（TTDD）
6.2.1兩層數據分發
6.2.2柵格結構
6.2.3TTDD轉發
6.2.4柵格維護
6.2.5TTDD開銷分析
6.2.6TTDD的性能
6.2.7TTDD討論
參考文獻
第7章無線感測器網路地理位置路由協議
7.1定位技術
7.1.1距離測量與角度測量
7.1.2位置計算
7.1.3TPS網路模型
7.1.4TPS定位方案
7.1.5TPS技術性能分析
7.2貪婪地理路由演算法
7.2.1概述
7.2.2基於DT的膨脹分析
7.2.3貪婪轉發（GF）
7.2.4有界Voronoi貪婪轉發（BVGF）
7.2.5網路膨脹分析總結
7.2.6基於概率通信模型的擴充
7.3位置輔助泛洪協議（LAF）
7.3.1LAF協議概述
7.3.2採用LAF分發信息
7.3.3LAF中的資源管理
7.3.4柵格維護開銷
7.3.5數據分發規程的完備性
7.3.6LAF節能分析
7.3.7位置估計中的誤差
7.3.8LAF的性能
參考文獻
第8章無線感測器網路端到端可靠傳輸協議
8.1事件到中心節點的可靠傳輸協議（ESRT）
8.1.1問題定義
8.1.2評估環境
8.1.3特性區域
8.1.4ESRT協議描述
8.1.5擁塞檢測
8.1.6ESRT協議對並發事件的處理
8.1.7ESRT協議的性能分析
8.1.8ESRT協議的模擬結果
8.1.9?的正確選擇
8.2基於多電台虛擬中心節點的過載流量管理（SIPHON）
8.2.1擁塞檢測與預防（CODA）
8.2.2虛擬中心節點尋找與可見度范圍控制
8.2.3SIPHON擁塞檢測
8.2.4改變流量的傳輸路徑
8.2.5次網路中的擁塞
8.2.6虛擬中心節點開銷分析
參考文獻
第9章無線感測器網路逐跳可靠傳輸協議
9.1合成擁塞控制技術（FUSION）
9.1.1擁塞崩潰的症狀
9.1.2逐跳流量控制
9.1.3速率限制
9.1.4MAC層優先順序化
9.1.5應用自適應
9.2慢分發、快提取可靠傳輸協議（PSFQ）
9.2.1PSFQ協議概述
9.2.2PSFQ分發操作
9.2.3PSFQ提取操作
9.2.4PSFQ報告操作
9.2.5單個分組消息的交付
9.2.6PSFQ的性能
9.3下行數據可靠交付可擴展體系結構（GARUDA）
9.3.1面臨的挑戰
9.3.2可靠性語義
9.3.3GARUDA的基本原理
9.3.4單個分組或第一個分組的交付
9.3.5即時構建GARUDA核
9.3.6兩階段丟失恢復
9.3.7其他可靠性語義的支持
9.3.8GARUDA的性能
參考文獻
第10章無線感測器網路數據融合技術
10.1樹狀結構累積
10.1.1分布式生成樹演算法
10.1.2E-Span樹
10.2不受應用約束的自適應數據累積（AIDA）
10.2.1AIDA協議概述
10.2.2AIDA體系結構
10.2.3AIDA控制單元中的累積方案
10.2.4AIDA累積功能單元
10.2.5AIDA分組格式
10.2.6AIDA分組頭開銷分析
10.2.7AIDA節省分析
10.2.8AIDA的性能
10.3無結構累積法與半結構累積法
10.3.1數據意識任意組播（DAA）
10.3.2ToD上的動態轉發
10.3.3性能分析
10.3.4ToD和DAA的性能
參考文獻
第11章無線感測器網路安全
11.1WSN安全概述
11.1.1WSN安全威脅模型
11.1.2WSN安全面臨的障礙
11.1.3WSN安全要求
11.1.4WSN安全解決方案的評估
11.2WSN中的安全攻擊
11.2.1物理層安全攻擊
11.2.2鏈路層安全攻擊
11.2.3對WSN網路層（路由）的攻擊
11.2.4對傳輸層的攻擊
11.3SPINS安全解決方案
11.3.1符號
11.3.2SNEP
11.3.3μTESLA
11.3.4μTESLA詳細描述
11.3.5SPINS實現
11.3.6SPINS性能評估
11.4LEAP+安全解決方案
11.4.1假設條件
11.4.2LEAP+概述
11.4.3單獨密鑰的建立
11.4.4成對密鑰的建立
11.4.5分群密鑰的建立
11.4.6全網密鑰的建立
11.4.7本地廣播認證
11.4.8LEAP+安全分析
11.4.9LEAP+性能評估
參考文獻
第12章無線感測器網路中間件技術
12.1WSN中間件面臨的挑戰
12.2WSN中間件的功能要求
12.3ZebraNet系統中的中間件系統（Impala）
12.3.1ZebraNet系統簡介
12.3.2ZebraNet中間件體系結構
12.3.3應用適配器
12.3.4應用更新器
12.3.5周期性操作調度
12.3.6事件處理模型
12.3.7Impala網路介面
12.3.8Impala評估
12.4感測器信息網路化體系結構（SINA）
12.4.1SINA的功能組成
12.4.2信息抽象
12.4.3感測器查詢與任務分配語言（SQTL）
12.4.4感測器執行環境（SEE）
12.4.5信息收集方法
12.4.6應用舉例
參考文獻
第13章無線感測器網路應用及編程
13.1感測器網路的應用
13.1.1軍事應用
13.1.2環境應用
13.1.3醫療衛生應用
13.1.4家庭應用
13.1.5其他商業應用
13.2WSN應用設計原理
13.2.1設計方面
13.2.2確定WSN操作坊式
13.3WSN網路編程
13.3.1編程抽象
13.3.2現有若干編程模型簡介
13.4分層編程與ATaG編程架構
13.4.1WSN的分層編程
13.4.2抽象任務圖編程架構（ATaG）
13.4.3採用ATaG的應用開發方法
13.4.4一個ATaG應用例子
參考文獻
……

⑦ 無線感測器網路的特點與應用

無線感測器網路的特點與應用

無線感測器網路簡稱WSN，它綜合了現代無線網路通信技術、感測器技術、計算機技術等，其應用十分廣泛。下面是我為大家搜索整理的關於無線感測器網路的特點與應用，歡迎參考閱讀，希望對大家有所幫助!想了解更多相關信息請持續關注我們應屆畢業生培訓網!

無線感測器網路是一種新型的感測器網路，其主要是由大量的感測器節點組成，利用無線網路組成一個自動配置的網路系統，並將感知和收集到的信息發給管理部門。目前無線感測器網路在軍事、生態環境、醫療和家居方面都有一定應用，未來無線感測器網路的發展前景將是不可估量的。

一、無線感測器網路的特點

(一)節點數量多

在監測區通常都會安置許多感測器節點，並通過分布式處理信息，這樣就能夠提高監測的准確性，有效獲取更加精確的信息，並降低對節點感測器的精度要求。此外，由於節點數量多，因此存在許多冗餘節點，這樣就能使系統的容錯能力較強，並且節點數量多還能夠覆蓋到更廣闊的監測區域，有效減少監測盲區。

(二)動態拓撲

無線感測器網路屬於動態網路，其節點並非固定的。當某個節電出現故障或是耗盡電池後，將會退出網路，此外，還可能由於需要而被轉移添加到其他的網路當中。

(三)自組織網路

無線感測器的節點位置並不能進行精確預先設定。節點之間的相互位置也無法預知，例如通過使用飛機播散節點或隨意放置在無人或危險的區域內。在這種情況下，就要求感測器節點自身能夠具有一定的組織能力，能夠自動進行相關管理和配置。

(四)多跳路由

無線感測網路中，節點之間的距離通常都在幾十到幾百米，因此節點只能與其相鄰的節點進行直接通信。如果需要與范圍外的節點進行通信，就需要經過中間節點進行路由。無線感測網路中的多跳路由並不是專門的路由設備，所有傳輸工作都是由普通的節點完成的。

(五)以數據為中心

無線感測網路中的節點均利用編號標識。由於節點是隨機分布的，因此節點的編號和位置之間並沒有聯系。用戶在查詢事件時，只需要將事件報告給網路，並不需要告知節點編號。因此這是一種以數據為中心進行查詢、傳輸的方式。

(六)電源能力局限性

通常都是用電池對節點進行供電，而每個節點的能源都是有限的，因此一旦電池的能量消耗完，就是造成節點無法再進行正常工作。

二、無線感測器網路的應用

(一)環境監測應用

無線感測器可以用於進行氣象研究、檢測洪水和火災等，在生態環境監測中具有明顯優勢。隨著我國市場經濟的不斷發展，生態環境污染問題也越來越嚴重。我國是一個幅員遼闊、資源豐富的農業大國，因此在進行農業生產時利用無線感測器進行對生產環境變化進行監測能夠為農業生產帶來許多好處，這對我國市場經濟的不斷發展有著重要意義。

(二)醫療護理應用

無線感測器網路通過使用互聯網路將收集到的信息傳送到接受埠，例如一些病人身上會有一些用於監測心率、血壓等的感測器節點，這樣醫生就可以隨時了解病人的`病情，一旦病人出現問題就能夠及時進行臨時處理和救治。在醫療領域內感測器已經有了一些成功案例，例如芬蘭的技術人員設計出了一種可以穿在身上的無線感測器系統，還有SSIM(Smart Sensors and Integrated Microsystems)等。

(三)智能家居建築應用

文物保護單位的一個重要工作就是要對具有意義的古老建築實行保護措施。利用無線感測器網路的節點對古老建築內的溫度是、濕度、關照等進行監測，這樣就能夠對建築物進行長期有效的監控。對於一些珍貴文物的保存，對保護地的位置、溫度和濕度等提前進行檢測，可以提高展覽品或文物的保存品質。例如，英國一個博物館基於無線感測器網路設計了一個警報系統，利用放在溫度底部的節點檢測燈光、振動等信息，以此來保障文物的安全[5]。

目前我國基礎建設處在高速發展期，建設單位對各種建設工程的安全施工監測越來越關注。利用無線感測器網路使建築能夠檢測到自身狀況並將檢測數據發送給管理部門，這樣管理部門就能夠及時掌握建築狀況並根據優先等級來處理建築修復工作。

另外，在傢具或家電匯中設置無線感測器節點，利用無線網路與互聯網路，將家居環境打造成一個更加舒適方便的空間，為人們提供更加人性化和智能化的生活環境。通過實時監測屋內溫度、濕度、光照等，對房間內的細微變化進行監測和感知，進而對空調、門窗等進行智能控制，這樣就能夠為人們提供一個更加舒適的生活環境。

(四)軍事應用

無線感測器網路具有低能耗、小體積、高抗毀等特性，且其具有高隱蔽性和高度的自組織能力，這為軍事偵察提供有效手段。美國在20世紀90年代就開始在軍事研究中應用無線感測器網路。無線感測器網路在惡劣的戰場內能夠實時監控區域內敵軍的裝備，並對戰場上的狀況進行監控，對攻擊目標進行定位並能夠檢測生化武器。

目前無線感測器網路在全球許多國家的軍事、研究、工業部門都得到了廣泛的關注，尤其受到美國國防部和軍事部門的重視，美國基於C4ISR又提出了C4KISR的計劃，對戰場情報的感知和信息綜合能力又提出新的要求，並開設了如NSOF系統等的一系列軍事無線感測器網路研究。

總之，隨著無線感測器網路的研究不斷深入和擴展，人們對無線感測器的認識也越來越清晰，然而目前無線感測器網路的在技術上還存在一定問題需要解決，例如存儲能力、傳輸能力、覆蓋率等。盡管無線感測器網路還有許多技術問題待解決使得現在無法廣泛推廣和運用，但相信其未來發展前景不可估量。