c形无线传感器网络

① 无线传感器网络的特点有哪些

无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量由无线通信技术连接的小型传感器节点组成的网络。其主要特点如下：

1.分布式部署：WSN中的传感器节点可以分布在需要监测的区域内，形成广泛的覆盖范围。

2.节点圆旦能力有限：WSN中的传感器节点通常具有有限的计算、存储和传输能力，并且通常由电池供电。

3.自组织：WSN中的传感器节点可以自组织形成网络结构，根据环境变化调整悔腔兆网络拓扑结构。

② 无线传感器网络中的LEACH和LEACH-C有什么具体区别

LEACH基本思想是通过随机循环地选择簇头节点 ,从而将整个网络的能量负载平均分配到每个传感器节点中 ,达到降低网络能源消耗、 提高网络整体生存时间的目的。
简单来说，LEACH-C是LEACH的后期版本，对分簇的算法进行了一定的改进，不再是原先的随机选择簇头节点的方式。LEACH-C协议是一种集中式的分簇路由协议，在LEACH-C协议每个周期的开始阶段， 所有节点把自己的位置信息和剩余能量值发往基站。 基站在收到这些信息后，首先计算所有节点的平均能量值，把能量不低于平均能量值的节点作为候选节点。 这种方式能够减少选举簇头时因通信而消耗的能量， 从而有更多的剩余能量用于传输数据。

③ 无线传感器在网络中的应用设计

下面是由整理的毕业设计论文《无线传感器在网络中的应用设计》，欢迎阅读。

1引言

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，简称WSNs)是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信形成一个多跳自组织网络系统，能够实时监测、感知和采集网络分布区域内监视对象的各种信息，并加以处理，完成数据采集和监测任务。WSNs综合了传感器、嵌入式计算、无线通讯、分布式信息处理等技术，具有快速构建、自配置、自调整拓扑、多跳路由、高密度、节点数可变、无统一地址、无线通信等特点，特别适用于大范围、偏远距离、危险环境等条件下的实时信息监测，可以广泛应用于军事、交通、环境监测和预报、卫生保健、空间探索等各个领域。

2节点的总体设计和器件选型

2.1节点的总体设计

WSNs微型节点应用数量比较大，更换和维护比较困难，要求其节点成本低廉和工作时间尽可能长;功能上要求WSNs中不应该存在专门的路由器节点，每个节点既是终端节点，又是路由器节点。节点间采用移动自组织网络联系起来，并采用多跳的路由机制进行通信。因此，在单个节点上，一方面硬件必须低能耗，采用无线传输方式;另一方面软件必须支持多跳的路由协议。基于这些基本思想，设计了以高档8位AVR单片机ATmega128L为核心，结合外围传感器和2.4 GHz无线收发模块CC2420的WSNs微型节点。这两款器件的体积非常小，加上外围电路，其整体体积也很小，非常适合用作WSNs节点的元件。

图1给出WSNs微型节点结构。它由数据采集单元、数据处理单元、数据传输单元和电源管理单元4部分组成。数据采集单元负责监测区域内信息的采集和数据转换，设计中包括了可燃性气体传感器和湿度传感器;数据处理单元负责控制整个节点的处理操作、路由协议、同步定位、功耗管理、任务管理等;数据传输单元负责与其他节点进行无线通信，交换控制消息和收发采集数据;电源管理单元选通所用到的传感器，节点电源由几节AA电池组成，实际工业应用中采用微型纽扣电池，以进一步减小体积。为了调试方便及可扩展性，可将数据采集单元独立出来，做成两块能相互套接的可扩展主板。

2.2处理器选型

处理器的选型要求和指标是功耗低，保证长时间不更换电源也能顺利工作，供给电压小于5 V，有较快的处理速度和能力，由于节点是需要大量安置的，所以价格也要相对便宜。选用AVR单片机，考虑到电路中I/O的个数不多，功耗低、成本低、适合与无线器件接口配合等多方面因素，综合对比后，选用Atmel公司的ATmega128L。该微型控制器拥有丰富的片上资源，包括4个定时器、4 KB SRAM、128KB Flash和4 KBEEPROM;拥有UART、SPI、I2C、JTAG接口，方便无线器件和传感器的接入;有6种电源节能模式，方便低功耗设计。

2.3无线通信器件选型 CC2420是一款符合ZigBee技术的高集成度工业用射频收发器，其MAC层和PHY层协议符合802.15.4规范，工作于2.4 GHz频段。该器件只需极少外部元件，即可确保短距离通信的有效性和可靠性。数据传输单元模块支持数据传输率高达250 Kb/s，即可实现多点对多点的快速组网，系统体积小、成本低、功耗小，适于电池长期供电，具有硬件加密、安全可靠、组网灵活、抗毁性强等特点。

2.4传感器选型

由于WSNs是用于矿下安全监测，常要检测矿下可燃气体的浓度(预防瓦斯气体浓度过高)和空气湿度，所以要选择测量气体浓度和湿度的传感器。

2.4.1 HIH-4000系列测湿传感器

HIH-4000系列测湿传感器作为一个低成本、可软焊的单个直插式组件(SIP)能提供仪表测量质量的相对湿度(RH)传感性能。RH传感器可用在二引线间有间距的配量中，它是一个热固塑料型电容传感元件，其内部具有信号处理功能。传感器的多层结构对应用环境的不利因素，诸如潮湿、灰尘、污垢、油类和环境中常见的化学品具有最佳的抗力，因此可认定它能适用矿下环境。

2.4.2 MR511热线型半导体气敏元件

MR511型气敏元件利用气体吸附在金属氧化物半导体表面而产生热传导变化及电传导变化的原理，由白金线圈电阻值变化测定气体浓度。MR511由检测元件和补偿元件配对组成电桥的两个臂，遇可燃性气体时，检测元件的电阻减小，桥路输出电压变化，该电压变化随气体浓度的增大而成比例增大，补偿元件具有温度补偿作用。MR511除具有灵敏度高、响应恢复时间短、稳定性好特点外，还具有功耗小，抗环境温湿度干扰能力强的优点。WSNs的节能和井下恶劣温湿环境要求MR5111可以满足。

3 WSNs节点设计

3.1数据采集单元

考虑到无线传感器网络节点的节能和井下恶劣的温湿环境，为了便于数据采集，系统设计采用HIH-4000-01型测湿度传感器和MR511热线型半导体气体传感器。图2、图3分别给出其电路设计图。

3.2数据处理单元

ATmega128L的外围电路设计简单，设计时注意在数字电路的电源并人多只电容滤波。ATmega128L的工作时钟源可以选取外部晶振、外部RC振荡器、内部RC振荡器、外部时钟源等方式。工作时钟源的选择通过ATmega128L的内部熔丝位来设计。熔丝位可以通过JTAG编程、ISP编程等方式设置。ATmega128L采用7.3728 MHz和32.768 kHz两个外部晶振。前者用作工作时钟，后者用作实时时钟源。

3.3数据传输单元

3.3.1 CC2420外围电路设计

图4给出数据传输单元的外围电路。CC2420只需要极少的外围元器件。其外围电路包括晶振时钟电路、射频输入/输出匹配电路和微控制器接口电路3部分。

射频输入/输出匹配电路主要用来匹配器件的输入输出阻抗，使其输入输出阻抗为50 Ω，同时为器件内部的PA及LNA提供直流偏置。射频输入/输出是高阻抗，有差别。射频端最适合的负载是115+j180 Ω。C61、C62、C71、C81、L61组成不平衡变压器，L62和L81匹配射频输入输出到50 Ω;L61和L62同时提供功率放大器和低噪声放大器的直流偏置。内部的T/R开关是为了切换低噪声放大器/功率放大器。R451偏置电阻是电流基准发生器的精密电阻。CC2420本振信号既可由外部有源晶体提供，也可由内部电路提供。若由内部电路提供时，需外加晶体振荡器和两只负载电容，电容的大小取决于晶体的频率及输入容抗等参数。设计采用16 MHz晶振时，其电容值约为22 pF。C381和C391是外部晶体振荡器的负载电容。片上电压调节器提供所有内部1.8 V电源的供应。C42是电压调节器的负载电容，用于稳定调节器。为得到最佳性能必须使用电源去耦。在应用中使用大小合适的去耦电容和功率滤波器是非常重要的。CC2420可以通过4线SPI总线(SI、SO、SCLK、CSn)设置器件的工作模式，并实现读，写缓存数据，读/写状态寄存器等。通过控制FIFO和FIFOP引脚接口的状态可设置发射/接收缓存器。

3.3.2配置IEEE 802.15.4工作模式

CC2420为IEEE 802.15.4的数据帧格式提供硬件支持。其MAC层的帧格式为：头帧+数据帧+校验帧;PHY层的帧格式为：同步帧+PHY头帧+MAC帧，帧头序列的长度可通过设置寄存器改变，采用16位CRC校验来提高数据传输的可靠性。发送或接收的数据帧被送入RAM中的128字节缓存区进行相应的帧打包和拆包操作。表1给出CC2420的四线串行SPI接口引脚功能。它是设计单片机电路的依据，充分发挥这些功能是设计无线通信产品的前提。

3.3.3 CC2420与单片机接口电路设计

图5给出CC2420与ATmega128L单片机的接口电路。CC2420通过简单的四线(SI、SO、SCLK、CSn)与SPI兼容串行接口配置，这时CC2420是受控的。ATmega128L的SPI接口工作在主机模式，它是SPI数据传输的控制方;CC2420设为从机工作方式。当ATmega128L的SPI接口设为主机工作方式时，其硬件电路不会自动控制SS引脚。因此，在SH通信时，应在SPI接口初始化，它是由程序控制SS，将其拉为低电平，此后，当把数据写入主机的SPI数据寄存器后，主机接口将自动启动时钟发生器，在硬件电路的控制下，移位传送，通过MOSI将数据移出ATmega128L，并同时从CC2420由MISO移人数据，8位数据全部移出时，两个寄存器就实现了一次数据交换。

4结语

通过对于无线传感器网络节点中传感器元件、数据处理模块、数据传输模块和电源的选择，设计了一种以CC2420和ATmega128L为主体的硬件方案。利用该方案设计的CC2420和ATmega128L的外围电路以及两者之间的接口电路。此外，还对传感器与单片机的接口电路进行设计。通过实验验证，设计的硬件节点基本上达到了项目要求，经调试能通过传感器正确真实地采集数据，并实现两个无线节点(两个电路板。AA电池供电)在30 m左右的通信、传输数据、并反映到终端设备。

④ 什么是无线传感器网络

无线传感器的无线传输功能，常见的无线传输网络有RFID、ZigBee、红外、蓝牙、GPRS、4G、2G、Wi-Fi、NB－IoT。
与传统有线网络相比，无线传感器网络技术具有很明显的优势特点，主要的要求有： 低能耗、低成本、通用性、网络拓扑、安全、实时性、以数据为中心等。

⑤ 无线传感器网络的理论及应用的目录

第1篇总论
第1章无线传感器网络概述
1.1无线传感器网络介绍1
1.1.1无线传感器网络的概念1
1.1.2无线传感器网络的特征2
1.1.3无线传感器网络的应用4
1.2无线传感器网络的体系结构7
1.2.1无线传感器网络的系统架构7
1.2.2传感器节点的结构7
1.2.3无线传感器网络的体系结构概述8
1.3无线传感器网络的研究进展10
1.3.1无线传感器网络的发展历程10
1.3.2无线传感器网络的关键技术14
1.3.3无线传感器网络所面临的挑战14
参考文献16
第2篇无线传感器网络的通信协议
第2章无线传感器网络的物理层
2.1无线传感器网络物理层概述19
2.1.1无线传感器网络物理层的研究内容19
2.1.2无线传感器网络物理层的研究现状20
2.1.3无线传感器网络物理层的主要技术挑战22
2.2无线传感器网络的调制与编码方法22
2.2.1Mary调制机制22
2.2.2差分脉冲位置调制机制23
2.2.3自适应编码位置调制机制24
2.3超宽带技术在无线传感器网络中的应用25
2.3.1超宽带技术概述25
2.3.2超宽带技术的基本原理26
2.3.3超宽带技术的研究现状29
2.3.4基于超宽带技术的无线传感器网络31
参考文献35
第3章无线传感器网络的数据链路层
3.1无线传感器网络数据链路层概述37
3.1.1无线传感器网络数据链路层的研究内容37
3.1.2无线传感器网络数据链路层的研究现状38
3.1.3无线传感器网络数据链路层的主要技术挑战39
3.2无线传感器网络的MAC协议40
3.2.1基于竞争机制的MAC协议40
3.2.2基于时分复用的MAC协议47
3.2.3其他类型的MAC协议54
参考文献58
第4章IEEE802.15.4标准
4.1IEEE802.15.4标准概述60
4.2IEEE802.15.4的物理层60
4.2.1物理层概述60
4.2.2物理层服务规范61
4.2.3物理层帧结构65
4.3IEEE802.15.4的MAC子层65
4.3.1MAC层概述65
4.3.2MAC层的服务规范66
4.3.3MAC帧结构69
4.3.4MAC层的功能描述70
4.4基于IEEE802.15.4标准的无线传感器网络70
4.4.1组网类型70
4.4.2数据传输机制71
参考文献72
第5章无线传感器网络的网络层
5.1无线传感器网络网络层概述73
5.1.1网络层的研究内容73
5.1.2网络层的研究现状74
5.1.3网络层的主要技术挑战75
5.2无线传感器网络的路由协议75
5.2.1以数据为中心的平面路由75
5.2.2网络分层路由77
5.2.3基于查询的路由79
5.2.4地理位置路由81
5.2.5能量感知路由84
5.2.6基于QoS的路由87
5.2.7路由协议的优化88
5.3无线传感器网络中的数据包转发策略90
5.3.1包转发策略的研究背景90
5.3.2基于价格机制的包转发博弈模型91
5.3.3自发合作的包转发博弈模型93
参考文献94
第6章无线传感器网络的传输层
6.1无线传感器网络传输层概述97
6.1.1无线传感器网络传输层的研究内容97
6.1.2无线传感器网络传输层的研究现状98
6.1.3无线传感器网络传输层的主要技术挑战99
6.2无线传感器网络的传输协议99
6.2.1PSFQ传输协议99
6.2.2ESRT传输协议101
6.3无线传感器网络与其他网络的互联103
6.3.1无线传感器网络与Internet互联103
6.3.2无线传感器网络接入到网格105
参考文献109
第7章ZigBee协议规范
7.1ZigBee概述111
7.1.1ZigBee与IEEE802.15.4111
7.1.2ZigBee协议框架112
7.1.3ZigBee的技术特点113
7.2网络层规范113
7.2.1网络层概述113
7.2.2服务规范114
7.2.3帧结构与命令帧115
7.2.4功能描述116
7.3应用层规范117
7.3.1应用层概述117
7.3.2ZigBee应用支持子层117
7.3.3ZigBee应用层框架结构118
7.3.4ZigBee设备协定（profile）119
7.3.5ZigBee目标设备（ZDO）119
7.4ZigBee系统的开发119
7.4.1开发条件和注意事项119
7.4.2软件开发120
7.4.3硬件开发121
7.5基于ZigBee规范的无线传感器网络122
7.5.1无线传感器的构建122
7.5.2无线传感器网络的构建123
7.5.3基于ZigBee的无线传感器网络与RFID技术的融合124
参考文献124
第3篇无线传感器网络的核心支撑技术
第8章无线传感器网络的拓扑控制
8.1无线传感器网络的拓扑控制技术概述125
8.1.1无线传感器网络拓扑控制的研究内容125
8.1.2无线传感器网络拓扑控制的研究现状126
8.1.3无线传感器网络拓扑控制的主要技术挑战126
8.2无线传感器网络的拓扑控制算法127
8.2.1功率控制算法127
8.2.2层次拓扑结构控制算法129
8.3无线传感器网络的密度控制135
8.3.1连通支配集构造算法135
8.3.2基于概率覆盖模型的无线传感器网络密度控制算法138
参考文献140
第9章无线传感器网络的节点定位
9.1无线传感器网络的节点定位技术概述142
9.1.1无线传感器网络节点定位的研究内容142
9.1.2无线传感器网络节点定位的研究现状143
9.1.3无线传感器网络节点定位的主要技术挑战146
9.2无线传感器网络的定位机制147
9.2.1基于测距的定位算法147
9.2.2非基于测距的定位算法151
9.3一种基于测距的协作定位策略159
9.3.1刚性图理论简介159
9.3.2基于刚性图的协作定位理论160
9.3.3LCB定位算法161
9.4节点位置估计更新策略162
9.4.1动态网络问题162
9.4.2更新策略163
参考文献164
第10章无线传感器网络的时间同步
10.1无线传感器网络的时间同步概述167
10.1.1无线传感器网络时间同步的研究内容167
10.1.2无线传感器网络时间同步的研究现状168
10.1.3无线传感器网络时间同步的主要技术挑战169
10.2无线传感器网络的时间同步机制170
参考文献180
第11章无线传感器网络的网内信息处理
11.1无线传感器网络的网内信息处理概述182
11.1.1无线传感器网络网内信息处理的研究内容182
11.1.2无线传感器网络网内信息处理的研究现状183
11.1.3无线传感器网络网内信息处理的主要技术挑战184
11.2无线传感器网络的数据融合技术184
11.2.1与路由相结合的数据融合184
11.2.2基于反向组播树的数据融合186
11.2.3基于性能的数据融合187
11.2.4基于移动代理的数据融合189
11.3无线传感器网络的数据压缩技术191
11.3.1基于排序编码的数据压缩算法191
11.3.2分布式数据压缩算法192
11.3.3基于数据相关性的压缩算法194
11.3.4管道数据压缩算法194
11.4无线传感器网络的协作信号信息处理技术195
11.4.1网元层的CSIP技术195
11.4.2网络层的CSIP技术196
11.4.3应用层的CSIP技术196
11.4.4CSIP技术展望197
参考文献198
第12章无线传感器网络的安全技术
12.1无线传感器网络的安全问题概述201
12.1.1无线传感器网络安全技术的研究内容201
12.1.2无线传感器网络安全技术的研究现状202
12.1.3无线传感器网络安全技术的主要技术挑战205
12.2无线传感器网络的安全问题分析205
12.2.1无线传感器网络物理层的安全策略206
12.2.2无线传感器网络链路层的安全策略207
12.2.3无线传感器网络网络层的安全策略207
12.2.4无线传感器网络传输层和应用层的安全策略209
12.3无线传感器网络的密钥管理和入侵检测技术209
12.3.1无线传感器网络的密钥管理209
12.3.2无线传感器网络的入侵检测技术211
参考文献214
第4篇无线传感器网络的自组织管理技术
第13章无线传感器网络的节点管理
13.1无线传感器网络的节点管理概述216
13.1.1无线传感器网络节点管理的研究内容216
13.1.2无线传感器网络节点管理的研究现状217
13.1.3无线传感器网络节点管理的主要技术挑战218
13.2无线传感器网络的节点休眠/唤醒机制218
13.2.1PEAS算法218
13.2.2基于网格的调度算法219
13.2.3基于局部圆周覆盖的节点休眠机制220
13.2.4基于随机休眠调度的节能机制221
13.3无线传感器网络的节点功率管理222
13.3.1动态功率管理和动态电压调节222
13.3.2基于节点度的算法224
13.3.3基于邻近图的算法224
13.3.4基于二分法的功率控制224
13.3.5网络负载自适应功率管理算法226
参考文献227
第14章无线传感器网络的资源与任务管理
14.1无线传感器网络的资源与任务管理概述229
14.1.1无线传感器网络资源与任务管理的研究内容229
14.1.2无线传感器网络资源与任务管理的研究现状230
14.1.3无线传感器网络资源与任务管理的主要技术挑战230
14.2无线传感器网络的资源管理技术231
14.2.1自组织资源分配方式231
14.2.2计算资源分配232
14.2.3带宽资源分配235
14.3无线传感器网络的任务管理技术237
14.3.1任务分配237
14.3.2任务调度239
14.3.3负载均衡243
参考文献245
第15章无线传感器网络的数据管理
15.1无线传感器网络的数据管理概述248
15.1.1无线传感器网络数据管理的研究内容248
15.1.2无线传感器网络数据管理的研究现状249
15.1.3无线传感器网络数据管理的主要技术挑战249
15.2无线传感器网络的数据管理系统250
15.2.1TinyDB系统250
15.2.2Cougar系统251
15.2.3Dimensions系统252
15.3无线传感器网络数据管理的基本方法253
15.3.1数据模式253
15.3.2数据存储254
15.3.3数据索引255
15.3.4数据查询257
参考文献260
第16章无线传感器网络的部署、初始化和维护管理
16.1无线传感器网络的部署、初始化和维护管理概述261
16.1.1无线传感器网络部署、初始化和维护管理的研究内容261
16.1.2无线传感器网络部署、初始化和维护管理的研究现状262
16.1.3无线传感器网络部署、初始化和维护管理的主要技术挑战263
16.2无线传感器网络的部署技术264
16.2.1采用确定放置的部署技术264
16.2.2采用随机抛撒且节点不具移动能力的部署技术265
16.2.3采用随机抛撒且节点具有移动能力的部署技术265
16.3无线传感器网络的初始化技术266
16.3.1UDG模型266
16.3.2基于MIS的初始化算法266
16.3.3基于MDS的初始化算法268
16.4无线传感器网络的维护管理技术270
16.4.1覆盖与连接维护技术270
16.4.2性能监测技术271
参考文献272
第5篇无线传感器网络的开发与应用
第17章无线传感器网络的仿真技术
17.1无线传感器网络的仿真技术概述275
17.1.1网络仿真概述275
17.1.2无线传感器网络仿真研究概述275
17.2常用网络仿真软件276
17.2.1OPNET简介276
17.2.2NS279
17.2.3TOSSIM280
17.3OMNeT++仿真软件281
17.3.1OMNeT++概述281
17.3.2NED语言282
17.3.3简单模块/复合模块287
17.3.4消息290
17.3.5类库291
17.4仿真示例296
参考文献303
第18章无线传感器网络的硬件开发
18.1无线传感器网络的硬件开发概述304
18.1.1硬件系统的设计特点与要求304
18.1.2硬件系统的设计内容304
18.1.3硬件系统设计的主要挑战305
18.2传感器节点的开发305
18.2.1数据处理模块设计305
18.2.2换能器模块设计307
18.2.3无线通信模块设计307
18.2.4电源模块设计309
18.2.5外围模块设计309
18.3传感器节点原型的开发实例Mica310
18.3.1Mica系列节点简介310
18.3.2Mica系列处理器/射频板设计分析313
18.3.3Mica系列传感板设计分析315
18.3.4编程调试接口板介绍317
参考文献318
第19章无线传感器网络的操作系统
19.1无线传感器网络操作系统概述320
19.1.1无线传感器网络操作系统的设计要求320
19.1.2几种典型的无线传感器网络操作系统介绍321
19.1.3无线传感器网络操作系统设计的主要技术挑战321
19.2TinyOS操作系统322
19.2.1TinyOS的设计思路322
19.2.2TinyOS的组件模型322
19.2.3TinyOS的通信模型324
19.3基于TinyOS的应用程序运行过程解析324
19.3.1Blink程序的配件分析325
19.3.2BlinkM模块分析327
19.3.3ncc编译nesC程序的过程329
19.3.4Blink程序的运行跟踪解析329
19.3.5TinyOS的任务调度机制的实现338
19.3.6TinyOS的事件驱动机制的实现342
19.4TinyOS的使用346
19.4.1TinyOS的安装346
19.4.2创建应用程序348
19.4.3使用TOSSIM仿真调试应用程序348
19.4.4使用TinyViz进行可视化调试349
19.4.5将应用程序导入节点运行350
参考文献351
第20章无线传感器网络的软件开发
20.1无线传感器网络软件开发概述353
20.1.1无线传感器网络软件开发的特点与设计要求353
20.1.2无线传感器网络软件开发的内容354
20.1.3无线传感器网络软件开发的主要技术挑战355
20.2nesC编程语言355
20.2.1nesC语言介绍355
20.2.2nesC的语法规范356
20.2.3nesC应用程序开发364
20.3无线传感器网络的应用软件开发367
20.3.1无线传感器网络的编程模式367
20.3.2无线传感器网络的中间件设计370
20.3.3无线传感器网络的服务发现372
参考文献373
第21章无线传感器网络应用于环境监测
21.1环境监测应用概述375
21.1.1环境监测应用的场景描述375
21.1.2环境监测应用中无线传感器网络的体系架构375
21.2关键技术377
21.2.1节点部署377
21.2.2能量管理377
21.2.3通信机制378
21.2.4任务的分配与控制379
21.2.5数据采样与收集379
21.3无线传感器网络用于环境监测的实例380
21.3.1公路交通监测380
21.3.2建筑物健康状况监测384
21.3.3“狼群计划”385
参考文献387
第22章无线传感器网络应用于目标追踪
22.1目标追踪应用概述388
22.1.1目标追踪应用的场景描述388
22.1.2目标追踪应用的特点与技术挑战388
22.1.3目标追踪应用中的无线传感器网络系统架构389
22.2无线传感器网络用于目标追踪的关键技术390
22.2.1追踪步骤390
22.2.2追踪算法392
22.2.3面向目标追踪的网络布局优化400
22.3基于无线传感器网络的车辆追踪系统实例402
22.3.1系统架构402
22.3.2关键问题403
22.3.3关键技术404
参考文献407
附录英汉缩略语对照表410

⑥ 无线传感器网络技术与应用的目录

第1章无线传感器网络概述
1.1传感器网络的研究历史
1.1.1早期的军用传感器网络研究
1.1.2美军DARPA的分布式传感器网络研究计划
1.1.320世纪80年代和90年代的军用传感器网络
1.1.421世纪的传感器网络研究
1.2WSN基本概念
1.2.1什么是WSN
1.2.2WSN与MANET的异同
1.2.3WSN的通信体系结构
1.3WSN的主要技术
1.3.1系统体系结构
1.3.2网络与通信的控制
1.4影响WSN设计的因素
1.4.1容错
1.4.2扩展性
1.4.3价格
1.4.4硬件限制
1.4.5WSN拓扑
1.4.6WSN工作环境
1.4.7传输媒介
1.4.8功耗
参考文献
第2章无线传感器网络竞争类MAC协议
2.1传感器媒介访问控制协议（S-MAC）
2.1.1能量浪费原因分析
2.1.2S-MAC协议概述
2.1.3休眠的协调
2.1.4避免旁听与消息分片传输
2.1.5时延分析
2.1.6S-MAC协议实现
2.1.7S-MAC协议的性能
2.2超时MAC协议（T-MAC）
2.2.1T-MAC协议概述
2.2.2T-MAC基本协议
2.2.3分群与同步
2.2.4RTS操作与TA选择
2.2.5避免旁听
2.2.6不对称通信
2.2.7T-MAC的性能
2.3伯克利媒介访问控制协议（B-MAC）
2.3.1B-MAC协议的设计与实现
2.3.2寿命建模
2.3.3参数
2.3.4自适应控制
参考文献
第3章无线传感器网络分配类MAC协议
3.1流量自适应媒介访问协议（TRAMA）
3.1.1TRAMA协议概述
3.1.2TRAMA协议组成
3.1.3访问方式与相邻节点协议
3.1.4传输时间安排交换协议
3.1.5自适应选举算法
3.1.6TRAMA的性能
3.2分布式随机时隙安排协议（DRAND）
3.2.1TDMA时隙分配问题定义
3.2.2DRAND算法详述
3.2.3DRAND正确性
3.2.4DRAND复杂性分析
3.2.5DRAND的性能
3.3功率高效与时延意识媒介访问协议（PEDAMACS）
3.3.1PEDAMACS协议概述
3.3.2PEDAMACS分组格式
3.3.3本地拓扑建立阶段
3.3.4AP拓扑信息收集阶段
3.3.5传输时间安排阶段
3.3.6拓扑调整阶段
3.3.7传输时间安排算法
参考文献
第4章无线传感器网络混合类MAC协议
4.1斑马MAC协议（Z-MAC）
4.1.1时间同步协议（TPSN）
4.1.2Z-MAC协议概述
4.1.3相邻节点寻找与时隙分配
4.1.4本地成帧
4.1.5Z-MAC协议的传输控制
4.1.6发送规则
4.1.7直接竞争通知
4.1.8Z-MAC传输时间安排的接收
4.1.9本地时间同步
4.1.10Z-MAC协议的性能
4.1.11Z-MAC协议随机分析
4.2漏斗-MAC协议
4.2.1漏斗问题
4.2.2按需发送信标
4.2.3面向中心节点的传输时间安排
4.2.4定时与成帧
4.2.5Meta-传输时间安排的广播
4.2.6动态深度调整
4.2.7漏斗-MAC协议的测试床实验评估
参考文献
第5章无线传感器网络数据中心路由协议
5.1协商式传感器信息分发协议（SPIN）
5.1.1SPIN概述
5.1.2Meta-Data
5.1.3SPIN消息
5.1.4SPIN资源管理
5.1.5SPIN实现
5.1.6SPIN-1：3步握手协议
5.1.7SPIN-2：低能量门限的SPIN-1
5.1.8用于与SPIN比较的其他数据分发算法
5.1.9SPIN的性能评估
5.1.10SPIN小结
5.2定向扩散
5.2.1定向扩散的组成要素
5.2.2命名
5.2.3兴趣与梯度
5.2.4数据传播
5.2.5路径建立与路径裁剪的强化
5.2.6定向扩散的分析评估
5.2.7定向扩散的仿真评估
参考文献
第6章无线传感器网络分层路由协议
6.1低能量自适应分群分层（LEACH）
6.1.1LEACH协议体系结构
6.1.2群首选择算法
6.1.3分群算法
6.1.4稳定状态阶段
6.1.5LEACH-C：BS建立分群
6.1.6LEACH的分析与仿真
6.2两层数据分发协议（TTDD）
6.2.1两层数据分发
6.2.2栅格结构
6.2.3TTDD转发
6.2.4栅格维护
6.2.5TTDD开销分析
6.2.6TTDD的性能
6.2.7TTDD讨论
参考文献
第7章无线传感器网络地理位置路由协议
7.1定位技术
7.1.1距离测量与角度测量
7.1.2位置计算
7.1.3TPS网络模型
7.1.4TPS定位方案
7.1.5TPS技术性能分析
7.2贪婪地理路由算法
7.2.1概述
7.2.2基于DT的膨胀分析
7.2.3贪婪转发（GF）
7.2.4有界Voronoi贪婪转发（BVGF）
7.2.5网络膨胀分析总结
7.2.6基于概率通信模型的扩充
7.3位置辅助泛洪协议（LAF）
7.3.1LAF协议概述
7.3.2采用LAF分发信息
7.3.3LAF中的资源管理
7.3.4栅格维护开销
7.3.5数据分发规程的完备性
7.3.6LAF节能分析
7.3.7位置估计中的误差
7.3.8LAF的性能
参考文献
第8章无线传感器网络端到端可靠传输协议
8.1事件到中心节点的可靠传输协议（ESRT）
8.1.1问题定义
8.1.2评估环境
8.1.3特性区域
8.1.4ESRT协议描述
8.1.5拥塞检测
8.1.6ESRT协议对并发事件的处理
8.1.7ESRT协议的性能分析
8.1.8ESRT协议的仿真结果
8.1.9?的正确选择
8.2基于多电台虚拟中心节点的过载流量管理（SIPHON）
8.2.1拥塞检测与预防（CODA）
8.2.2虚拟中心节点寻找与可见度范围控制
8.2.3SIPHON拥塞检测
8.2.4改变流量的传输路径
8.2.5次网络中的拥塞
8.2.6虚拟中心节点开销分析
参考文献
第9章无线传感器网络逐跳可靠传输协议
9.1合成拥塞控制技术（FUSION）
9.1.1拥塞崩溃的症状
9.1.2逐跳流量控制
9.1.3速率限制
9.1.4MAC层优先级化
9.1.5应用自适应
9.2慢分发、快提取可靠传输协议（PSFQ）
9.2.1PSFQ协议概述
9.2.2PSFQ分发操作
9.2.3PSFQ提取操作
9.2.4PSFQ报告操作
9.2.5单个分组消息的交付
9.2.6PSFQ的性能
9.3下行数据可靠交付可扩展体系结构（GARUDA）
9.3.1面临的挑战
9.3.2可靠性语义
9.3.3GARUDA的基本原理
9.3.4单个分组或第一个分组的交付
9.3.5即时构建GARUDA核
9.3.6两阶段丢失恢复
9.3.7其他可靠性语义的支持
9.3.8GARUDA的性能
参考文献
第10章无线传感器网络数据融合技术
10.1树状结构累积
10.1.1分布式生成树算法
10.1.2E-Span树
10.2不受应用约束的自适应数据累积（AIDA）
10.2.1AIDA协议概述
10.2.2AIDA体系结构
10.2.3AIDA控制单元中的累积方案
10.2.4AIDA累积功能单元
10.2.5AIDA分组格式
10.2.6AIDA分组头开销分析
10.2.7AIDA节省分析
10.2.8AIDA的性能
10.3无结构累积法与半结构累积法
10.3.1数据意识任意组播（DAA）
10.3.2ToD上的动态转发
10.3.3性能分析
10.3.4ToD和DAA的性能
参考文献
第11章无线传感器网络安全
11.1WSN安全概述
11.1.1WSN安全威胁模型
11.1.2WSN安全面临的障碍
11.1.3WSN安全要求
11.1.4WSN安全解决方案的评估
11.2WSN中的安全攻击
11.2.1物理层安全攻击
11.2.2链路层安全攻击
11.2.3对WSN网络层（路由）的攻击
11.2.4对传输层的攻击
11.3SPINS安全解决方案
11.3.1符号
11.3.2SNEP
11.3.3μTESLA
11.3.4μTESLA详细描述
11.3.5SPINS实现
11.3.6SPINS性能评估
11.4LEAP+安全解决方案
11.4.1假设条件
11.4.2LEAP+概述
11.4.3单独密钥的建立
11.4.4成对密钥的建立
11.4.5分群密钥的建立
11.4.6全网密钥的建立
11.4.7本地广播认证
11.4.8LEAP+安全分析
11.4.9LEAP+性能评估
参考文献
第12章无线传感器网络中间件技术
12.1WSN中间件面临的挑战
12.2WSN中间件的功能要求
12.3ZebraNet系统中的中间件系统（Impala）
12.3.1ZebraNet系统简介
12.3.2ZebraNet中间件体系结构
12.3.3应用适配器
12.3.4应用更新器
12.3.5周期性操作调度
12.3.6事件处理模型
12.3.7Impala网络接口
12.3.8Impala评估
12.4传感器信息网络化体系结构（SINA）
12.4.1SINA的功能组成
12.4.2信息抽象
12.4.3传感器查询与任务分配语言（SQTL）
12.4.4传感器执行环境（SEE）
12.4.5信息收集方法
12.4.6应用举例
参考文献
第13章无线传感器网络应用及编程
13.1传感器网络的应用
13.1.1军事应用
13.1.2环境应用
13.1.3医疗卫生应用
13.1.4家庭应用
13.1.5其他商业应用
13.2WSN应用设计原理
13.2.1设计方面
13.2.2确定WSN操作坊式
13.3WSN网络编程
13.3.1编程抽象
13.3.2现有若干编程模型简介
13.4分层编程与ATaG编程架构
13.4.1WSN的分层编程
13.4.2抽象任务图编程架构（ATaG）
13.4.3采用ATaG的应用开发方法
13.4.4一个ATaG应用例子
参考文献
……

⑦ 无线传感器网络的特点与应用

无线传感器网络的特点与应用

无线传感器网络简称WSN，它综合了现代无线网络通信技术、传感器技术、计算机技术等，其应用十分广泛。下面是我为大家搜索整理的关于无线传感器网络的特点与应用，欢迎参考阅读，希望对大家有所帮助!想了解更多相关信息请持续关注我们应届毕业生培训网!

无线传感器网络是一种新型的传感器网络，其主要是由大量的传感器节点组成，利用无线网络组成一个自动配置的网络系统，并将感知和收集到的信息发给管理部门。目前无线传感器网络在军事、生态环境、医疗和家居方面都有一定应用，未来无线传感器网络的发展前景将是不可估量的。

一、无线传感器网络的特点

(一)节点数量多

在监测区通常都会安置许多传感器节点，并通过分布式处理信息，这样就能够提高监测的准确性，有效获取更加精确的信息，并降低对节点传感器的精度要求。此外，由于节点数量多，因此存在许多冗余节点，这样就能使系统的容错能力较强，并且节点数量多还能够覆盖到更广阔的监测区域，有效减少监测盲区。

(二)动态拓扑

无线传感器网络属于动态网络，其节点并非固定的。当某个节电出现故障或是耗尽电池后，将会退出网络，此外，还可能由于需要而被转移添加到其他的网络当中。

(三)自组织网络

无线传感器的节点位置并不能进行精确预先设定。节点之间的相互位置也无法预知，例如通过使用飞机播散节点或随意放置在无人或危险的区域内。在这种情况下，就要求传感器节点自身能够具有一定的组织能力，能够自动进行相关管理和配置。

(四)多跳路由

无线传感网络中，节点之间的距离通常都在几十到几百米，因此节点只能与其相邻的节点进行直接通信。如果需要与范围外的节点进行通信，就需要经过中间节点进行路由。无线传感网络中的多跳路由并不是专门的路由设备，所有传输工作都是由普通的节点完成的。

(五)以数据为中心

无线传感网络中的节点均利用编号标识。由于节点是随机分布的，因此节点的编号和位置之间并没有联系。用户在查询事件时，只需要将事件报告给网络，并不需要告知节点编号。因此这是一种以数据为中心进行查询、传输的方式。

(六)电源能力局限性

通常都是用电池对节点进行供电，而每个节点的能源都是有限的，因此一旦电池的能量消耗完，就是造成节点无法再进行正常工作。

二、无线传感器网络的应用

(一)环境监测应用

无线传感器可以用于进行气象研究、检测洪水和火灾等，在生态环境监测中具有明显优势。随着我国市场经济的不断发展，生态环境污染问题也越来越严重。我国是一个幅员辽阔、资源丰富的农业大国，因此在进行农业生产时利用无线传感器进行对生产环境变化进行监测能够为农业生产带来许多好处，这对我国市场经济的不断发展有着重要意义。

(二)医疗护理应用

无线传感器网络通过使用互联网络将收集到的信息传送到接受端口，例如一些病人身上会有一些用于监测心率、血压等的传感器节点，这样医生就可以随时了解病人的`病情，一旦病人出现问题就能够及时进行临时处理和救治。在医疗领域内传感器已经有了一些成功案例，例如芬兰的技术人员设计出了一种可以穿在身上的无线传感器系统，还有SSIM(Smart Sensors and Integrated Microsystems)等。

(三)智能家居建筑应用

文物保护单位的一个重要工作就是要对具有意义的古老建筑实行保护措施。利用无线传感器网络的节点对古老建筑内的温度是、湿度、关照等进行监测，这样就能够对建筑物进行长期有效的监控。对于一些珍贵文物的保存，对保护地的位置、温度和湿度等提前进行检测，可以提高展览品或文物的保存品质。例如，英国一个博物馆基于无线传感器网络设计了一个警报系统，利用放在温度底部的节点检测灯光、振动等信息，以此来保障文物的安全[5]。

目前我国基础建设处在高速发展期，建设单位对各种建设工程的安全施工监测越来越关注。利用无线传感器网络使建筑能够检测到自身状况并将检测数据发送给管理部门，这样管理部门就能够及时掌握建筑状况并根据优先等级来处理建筑修复工作。

另外，在家具或家电汇中设置无线传感器节点，利用无线网络与互联网络，将家居环境打造成一个更加舒适方便的空间，为人们提供更加人性化和智能化的生活环境。通过实时监测屋内温度、湿度、光照等，对房间内的细微变化进行监测和感知，进而对空调、门窗等进行智能控制，这样就能够为人们提供一个更加舒适的生活环境。

(四)军事应用

无线传感器网络具有低能耗、小体积、高抗毁等特性，且其具有高隐蔽性和高度的自组织能力，这为军事侦察提供有效手段。美国在20世纪90年代就开始在军事研究中应用无线传感器网络。无线传感器网络在恶劣的战场内能够实时监控区域内敌军的装备，并对战场上的状况进行监控，对攻击目标进行定位并能够检测生化武器。

目前无线传感器网络在全球许多国家的军事、研究、工业部门都得到了广泛的关注，尤其受到美国国防部和军事部门的重视，美国基于C4ISR又提出了C4KISR的计划，对战场情报的感知和信息综合能力又提出新的要求，并开设了如NSOF系统等的一系列军事无线传感器网络研究。

总之，随着无线传感器网络的研究不断深入和扩展，人们对无线传感器的认识也越来越清晰，然而目前无线传感器网络的在技术上还存在一定问题需要解决，例如存储能力、传输能力、覆盖率等。尽管无线传感器网络还有许多技术问题待解决使得现在无法广泛推广和运用，但相信其未来发展前景不可估量。