无线传感器网络标准化工作进展

无线传感器网络标准化工作进展

徐勇军 朱红松 崔莉

摘要：无线传感器网络是面向应用的研究领域，其标准化工作是连接科研和产业的纽带。无线传感器网络标准化一开始在国内外都纳入了无线个域网范畴，随着工作的进展逐步分化成专门的工作组，独立开展工作。中科院计算所传感器网络实验室正在积极参与国内及国际相关标准的制定工作，本文就其进展进行简单综述，供大家参考。当然，这方面工作还不长，很多技术问题还在讨论之中，具体应以工作组正式公布的版本为准。

关键词：无线传感器网络；无线个域网；标准化

无线传感器网络作为一门面向应用的研究领域，在近几年获得了飞速发展。在关键技术的研发方面，学术界从网络协议、数据融合、测试测量、操作系统、服务质量、节点定位、时间同步等方面开展了大量研究，取得丰硕的成果；工业界也在环境监测、军事目标跟踪、智能家居、自动抄表、灯光控制、建筑物健康监测、电力线监控等领域进行应用探索。随着应用的推广，无线传感器网络技术开始暴露出越来越多的问题。不同厂商的设备需要实现互联互通，且要避免与现行系统的相互干扰，因此要求不同的芯片厂商、方案提供商、产品提供商及关联设备提供商达成一定的默契，齐心协力实现目标。这就是无线传感器网络标准化工作的背景。实际上，由于标准化工作关系到多方的经济利益甚至社会利益，往往受到相关行业的普遍重视，如何协调好各方利益，达成共识，需要参与各方拥有足够的理解和耐心。

到目前为止，无线传感器网络的标准化工作受到了许多国家及国际标准组织的普遍关注，已经完成了一系列草案甚至标准规范的制定。其中最出名的就是IEEE 802.15.4/ZigBee规范，它甚至已经被一部分研究及产业界人士视为标准。IEEE 802.15.4定义了短距离无线通信的物理层及链路层规范，ZigBee则定义了网络互联、传输和应用规范。尽管IEEE802.15.4和ZigBee协议已经推出多年，但随着应用的推广和产业的发展，其基本协议内容已经不能完全适应需求，加上该协议仅定义了联网通信的内容，没有对传感器部件提出标准的协议接口，所以难以承载无线传感器网络技术的梦想与使命；另外，该标准在落地不同国家时，也必然要受到该国家地区现行标准的约束。为此，人们开始以IEEE 802.15.4/ZigBee协议为基础，推出更多版本以适应不同应用、不同国家和地区。

尽管存在不完善之处，IEEE 802.15.4/ZigBee仍然是目前产业界发展无线传感网技术当仁不让的最佳组合。本文将重点介绍IEEE 802.15.4/ZigBee协议规范，并适当顾及传感网技术关注的其他相关标准。当然，无线传感器网络的标准化工作任重道远：首先，无线传感网络毕竟还是一个新兴领域，其研究及应用都还显得相当年轻，产业的需求还不明朗；其次，IEEE 802.15/Zigbee并非针对无线传感网量身定制，在无线传感网环境下使用有些问题需要进一步解决；另外，专门针对无线传感网技术的国际标准化工作还刚刚开始，国内的标准化工作组也还刚刚成立。为此，我们要为标准化工作的顺利完成做好充分的准备。

1. PHY/MAC 层标准

无线传感器网络的底层标准一般沿用了无线个域网（IEEE 802.15）的相关标准部分。无线个域网（Wireless Personal Area Network，WPAN）的出现比传感器

网络要早，通常定义为提供个人及消费类电子设备之间进行互联的无线短距离专用网络。无线个域网专注于便携式移动设备（如：个人电脑、外围设备、PDA、手机、数码产品等消费类电子设备）之间的双向通信技术问题，其典型覆盖范围一般在10米以内。IEEE 802.15工作组就是为完成这一使命而专门设置的，且已经完成一系列相关标准的制定工作，其中就包括了被广泛用于传感器网络的底层标准IEEE 802.15.4。

(1). IEEE 802.15.4b规范

IEEE 802.15.4标准主要针对低速无线个域网(Low-Rate Wireless Personal Area Network，LR-WPAN)制定。该标准把低能量消耗、低速率传输、低成本作为重点目标（这和无线传感器网络一致），旨在为个人或者家庭范围内不同设备之间低速互联提供统一接口。由于IEEE 802.15.4定义的LR-WPAN网络的特性和无线传感器网络的簇内通信有众多相似之处，很多研究机构把它作为传感器网络节点的物理及链路层通信标准。

IEEE 802.15.4标准定义了物理层和介质访问控制子层，符合开放系统互连模型（OSI）。物理层包括射频收发器和底层控制模块，介质访问控制子层为高层提供了访问物理信道的服务接口。图1给出了IEEE 802.15.4层与层之间的关系以及IEEE 802.15.4/ZigBee的协议架构，具体参考[1]

图1. IEEE 802.15.4 及 ZigBee协议栈架构

SSCS：业务相关聚合子层 Service Specific Convergence Sublayer 802.2LLC是IEEE 802标准中定义逻辑链接控制（defining Logical Link Control LLC)的部分 IEEE 802.15.4在物理(PHY)层设计中面向低成本和更高层次的集成需求，采用的工作频率分为868MHz、915MHz和2.4GHz三种，各频段可使用的信道分别有1个、10个、16个，各自提供20kb/s、40kb/s和250kb/s的传输速率，其传输范围介于10米～100米之间。由于规范使用的三个频段是国际电信联盟电信标准化组 (ITUT, ITU Telecommunication Standardization Sector)定义的用于科研和医疗的ISM(Industrial Scientific and Medical)开放频段，被各种无线通信系统广泛使用。为减少系统间干扰，协议规定在各个频段采用直接序列扩频(DSSS，Direct Sequence Spread Spectrum)编码技术。与其他数字编码方式相较，直接序列扩频技术可使物理层的模拟电路设计变得简单，且具有更高的容错性能，适合低端系统的实现。

IEEE 802.15.4在介质访问控制层方面，定义了两种访问模式。其一为带冲突避免的载波侦听多路访问方式(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，CSMA/CA)。这种方式参考无线局域网(WLAN)中IEEE802.11标准定义的

DCF 模式，易于实现与无线局域网（WLAN, Wireless LAN）的信道级共存。所谓的CSMA/CA是在传输之前，先侦听介质中是否有同信道（co-channel）载波，若不存在，意味着信道空闲，将直接进入数据传输状态；若存在载波，则在随机退避一段时间后重新检测信道。这种介质访问控制层方案简化了实现自组织（Ad Hoc）网络应用的过程，但在大流量传输应用时给提高带宽利用率带来了麻烦；同时，因为没有功耗管理设计，所以要实现基于睡眠机制的低功耗网络应用，需要做更多的工作。

IEEE 802.15.4定义的另外一种通信模式类似于802.11标准定义的PCF 模式，通过使用同步的超帧机制提高信道利用率，并通过在超帧内定义休眠时段，很容易实现低功耗控制。PCF模式定义了两种器件：全功能器件(Full-Function Device，FFD)和简化功能器件(Reduced-function Device，RFD)。FFD设备支持所有的49个基本参数，而RFD设备在最小配置时只要求它支持38个基本参数。在PCF模式下，FFD设备作为协调器控制所有关联的RFD设备的同步、数据收发过程，可以与网络内任何一种设备进行通信。而RFD设备只能和与其关联的FFD设备互通。在PCF模式下，一个IEEE 802.15.4网络中至少存在一个FFD设备作为网络协调器（PAN Coordinator），起着网络主控制器的作用，担负簇间和簇内同步、分组转发、网络建立、成员管理等任务。

IEEE 802.15.4标准支持星型和点对点两种网络拓扑结构，有16位和64位两种地址格式。其中64位地址是全球唯一的扩展地址，16位段地址用于小型网络构建，或者作为簇内设备的识别地址。IEEE 802.15.4b标准拥有多个变种，包括了低速超宽带的IEEE 802.15.4a，及最近中国正在着力推进的IEEE 802.15.4c和IEEE 802.15.4e，以及日本主要推动的IEEE 802.15.4d，在这里就不深入讨论了。

(2). 蓝牙(Bluetooth)技术

1998年5月，就在IEEE 802.15无线个域网工作组成立不久，五家世界著名的IT公司：爱立信（Ericsson）、IBM、英特尔（Intel）、诺基亚（Nokia）和东芝（Toshiba）联合宣布了一项叫做“蓝牙（Bluetooth）”的研发计划。1999年7月蓝牙工作组推出了蓝牙协议1.0版，2001年更新为版本1.1，即我们熟知的IEEE 802.15.1协议。该协议旨在设计通用的无线空中接口（Radio Air Interface）及其软件的国际标准，使通信和计算机进一步结合，让不同厂家生产的便携式设备具有在没有电缆的情况下实现近距离范围内互通的能力。计划一经公布，就得到了包括摩托罗拉（Motorola）、朗讯（Lucent）、康柏（Compaq）、西门子（Simens）、3Com、TDK以及微软（Microsoft）等大公司在内的近2000家厂商的广泛支持和采纳。

蓝牙技术也是工作在2.4GHz的ISM频段，采用快速跳频和短包技术减少同频干扰，保证物理层传输的可靠性和安全性，具有一定的组网能力，支持64Kbps的实时语音。蓝牙技术日益普及，市场上的相关产品也在不断增多，但随着超宽带技术、无线局域网及ZigBee技术的出现，特别是其安全性、价格、功耗等方面的问题日益显现，其竞争优势开始下降。2004年蓝牙工作组推出2.0版本，带宽提高三倍，且功耗降低一半，在一定程度上重建了产业界信心。

由于蓝牙技术与ZigBee技术存在一定的共性，所以它们经常被应用于无线传感器网络中。

2. 其他无线个域网标准

无线传感器网络要构建从物理层到应用层的完整的网络，而无线个域网标准为其提前制定了物理层及介质访问控制层规范。除了前面讨论的IEEE 802.15.4及蓝牙技术外，无线个域网技术方案还包括：超宽带(UWB)技术、红外（IrDA）技术、家用射频(HomeRF)技术等，其共同的特点是短距离、低功耗、低成本、个人专用等，它们均在不同的应用场景中被用于无线传感器网络的底层协议方案，简单介绍如下：

(1). 超宽带(UWB)技术

超宽带(Ultra Wide-Band，UWB)技术起源于20世纪50年代末，是一项使用从几Hz到几GHz的宽带电波信号的技术，通过发射极短暂的脉冲，并接收和分析反射回来的信号，就可以得到检测对象的信息。UWB因为使用了极高的带宽，故其功率谱密度非常平坦，表现为在任何频点的输出功率都非常小，甚至低于普通设备放射的噪声，故其具有很好的抗干扰性和安全性。超宽带技术最初主要作为军事技术在雷达探测和定位等应用领域中使用，美国FCC(联邦通信委员会)于2002年2月准许该技术进入民用领域。除了低功耗外，超宽带技术的传输速率轻易可达100Mbps以上，其第二代产品可望达到500Mbps以上，仅这一项指标就让其他众多技术望尘莫及。围绕UWB的标准之争从一开始就非常激烈，Freescale的DS-UWB和由TI倡导的MBOA逐步脱颖而出，近几年国内在这方面的研究也非常热门。

由于其功耗低、带宽高、抗干扰能力强，超宽带技术无疑具有梦幻般的发展前景，但超宽带芯片产品却迟迟未曾面市，这无疑留给我们一个大大的遗憾。近年来开始出现相关产品的报道，不过这项底蕴极深的技术还需要整个产业界的共同推动。目前超宽带技术可谓初露锋芒，相信它属于大器晚成、老而弥坚的类型，在无线传感器网络应用中必会大有作为。

(2). 红外（IrDA）技术

红外技术是一种利用红外线进行点对点通信的技术，是由成立于1993 年的非营利性组织红外线数据标准协会IrDA（Infrared Data Association）负责推进的，该协会致力于建立无线传播连接的世界标准，目前拥有130个以上的正式企业会员。红外技术的传输速率已经从最初FIR的4Mbps上升为现在VFIR的16Mbps，接收角度也由最初的30°扩展到120°。由于它仅用于点对点通信，且具有一定方向性，故数据传输所受的干扰较少。由于产品体积小、成本低、功耗低、不需要频率申请等优势，红外技术从诞生到现在一直被广泛应用，可谓无线个域网领域的一棵常青树。经过多年的发展，其硬件与配套的软件技术都已相当成熟，目前全世界有至少5000万台设备采用IrDA技术，并且仍然以年递增50%的速度在增长。当今有95%的手提电脑都安装了IrDA 接口，而遥控设备（电视机、空调、数字产品等）更是普遍采用红外技术。

但是IrDA是一种视距传输技术，核心部件红外线LED也不是十分耐用，更无法构建长时间运行的稳定网络，造成红外技术终究没能成为无线个域网的物理层标准技术，仅在极少数无线传感器网络应用中进行过尝试（如定位跟踪），并且是与其他无线技术配合使用的。

(3). 家用射频(HomeRF)技术

家用射频工作组（Home Radio Frequency Working Group，HomeRF WG）成立于1998年3月，是由美国家用射频委员会领导的，首批成员包括：英特尔、IBM、康柏、3Com、飞利浦（Philips）、微软、摩托罗拉等公司，其主旨是在消费者能够

承受的前提下，建设家庭中的互操作性语音和数据网络。家用射频工作组于1998 年即制定了共享无线访问协议(Shared Wireless Access Protocol SWAP)，该协议主要针对家庭无线局域网。该协议的数据通信采用简化的IEEE 802.11协议标准，沿用了以太网载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）技术；其语音通信采用

DECT(Digital Enhanced Cordless Telephony)标准，使用时分多址（TDMA）技术。家用射频工作频段是2.4GHz，最初支持数据和音频最大数据的传输速率为2Mbps，在新的家用射频2.x 标准中采用了WBFH(Wide Band Frequency Hopping 宽带跳频)技术，增加跳频调制功能，数据带宽峰值可达10Mbps，已经能够满足大部分应用。

2000年左右家用射频技术的普及率一度达到45%，但由于技术标准被控制在数十家公司手中，并没有像红外技术一样开放，特别是802.11b标准的出现，从2001年开始，家用射频的普及率骤然降至30%，2003年家用射频工作组更是宣布停止研发和推广，曾经风光无限的家用射频终于退出无线个域网的历史舞台，尤如昙花一现。

3. 路由及高层标准

在前面讨论的底层标准的基础之上，已经出现了一些包括了路由及应用层的高层协议标准，主要包括ZigBee/IEEE 802.15.4、6LowPAN、IEEE1451.5(无线传感通信接口标准)等，另外，Z-Wave联盟、Cypress (Wireless USB传感器网络)等也推出了类似的标准，但是在专门为无线传感器网络设计的标准出来以前，ZigBee无疑是最受宠爱的，也受到了较多的应用厂商的推崇，这里简单介绍一下。

(1). ZigBee协议规范

ZigBee联盟成立于2001年8月，最初成员包括：霍尼韦尔（Honeywell）、Invensys、三菱（MITSUBISHI）、摩托罗拉和飞利浦等，目前拥有超过200多个会员。ZigBee 1.0(Revision 7)规格正式于2004年12月推出，2006年12月，推出了ZigBee 2006(Revision 13)，即1.1版，2007年又推出了ZigBee 2007 Pro，2008年春天又有一定的更新。ZigBee技术具有功耗低、成本低、网络容量大、时延短、安全可靠、工作频段灵活等诸多优点，目前是被普遍看好的无线个域网解决方案，也被很多人视为无线传感器网络的事实标准。

ZigBee联盟对网络层协议和应用程序接口（Application Programming Interfaces，API）进行了标准化。ZigBee协议栈架构基于开放系统互连模型七层模型，包含IEEE 802.15.4标准以及由该联盟独立定义的网络层和应用层协议。ZigBee所制定的网络层主要负责网络拓扑的搭建和维护，以及设备寻址、路由等，属于通用的网络层功能范畴，应用层包括应用支持子层（Aplication Support Sub-layer，APS）、ZigBee设备对象（ZigBee Device Object，ZDO）以及设备商自定义的应用组件，负责业务数据流的汇聚、设备发现、服务发现、安全与鉴权等。

另外，ZigBee联盟也负责ZigBee产品的互通性测试与认证规格的制定。ZigBee 联盟定期举办ZigFest活动，让发展ZigBee产品的厂商有一个公开交流的机会，完成设备的互通性测试；而在认证部分，ZigBee联盟共定义了3种层级的认证：第一级(Level 1)是认证物理层与介质访问控制层，与芯片厂有最直接的关系；第二级(Level 2)是认证ZigBee 协议栈（Stack），又称为ZigBee兼容平台认证（Compliant Platform Certification）；第三级(Level 3)是认证ZigBee产品，通过第三级认

证的产品才允许贴上ZigBee的标志，所以也称为ZigBee标志认证（Logo Certification）。

协议芯片是协议标准的载体，也是最容易体现知识产权的一种形式。目前市场上出现了较多的ZigBee芯片产品及解决方案，有代表性的包括：Jennic的

JN5121/JN5139，Chipcon的CC2430/CC2431（被TI收购）及Freescale MC13192，Ember的EM250 ZigBee等系列的开发工具及芯片，表 1对这些芯片指标进行了比较。

表 1主流ZigBee解决方案芯片的比较

特征 JN5121 MC131xx EM250 CC2430

微处理器

16MHz主频

32位RISC 40MHz主频

8位MCU

16位XAP2b

MCU

32MHz主频

8051MCU

存储器 96k RAM,64k ROM4k RAM,60k FLASH 5k RAM,128k

FLASH

8k RAM,128k

FLASH

休眠电流 5mA 40m A 1.5m A 1m A 接收/发送电流 50/40mA 43/39mA 29/33mA 27/25mA

外设资源

ADC,DAC,UART,

SPI ,I2C,Timer,

Comparator

ADC,UART,

SPI ,I2C,Timer,

Comparator

ADC, UART,

SPI ,I2C,

Timer

ADC, UART,

Timer

(2). IEEE 1451.5标准

除了以上两种通用规范以外，在无线传感器网络的不同应用领域，也正在酝酿着特定行业的专用标准，如电力水力、工业控制、消费电子、智能家居等。这里以工控领域为例简单讨论一下IEEE1451.X，当然工业标准纷繁复杂，最近正在制定专门面向工业自动化应用的无线技术标准ISA SP100，有很多中国工业及学术界同仁努力参与了该标准的制定工作。

IEEE1451标准族是通过定义一套通用的通信接口，以使工业变送器（传感器+执行器）能够独立于通信网络，并与现有的微处理器系统、仪表仪器和现场总线网络相连，解决不同网络之间的兼容性问题，并最终能够实现变送器到网络的互换性与互操作性。IEEE1451标准族定义了变送器的软硬件接口，将传感器分成两层模块结构。第一层用来运行网络协议和应用硬件，称为网络适配器（Network Capable Application Processor, NCAP）；第二层为智能变送器接口模块（Smart Transducer Interface Module, STIM），其中包括变送器和电子数据表格TEDS。IEEE1451工作组先后提出了五项标准提案（IEEE1451.1—IEEE1451.5），分别针对了不同的工业应用现场需求，其中IEEE1451.5为无线传感通信接口标准。

IEEE1451.5标准提案于2001年6月最新推出，在已有的IEEE1451柜架下提出了一个开放的标准无线传感器接口，以满足工业自动化等不同应用领域的需求。IEEE1451.5尽量使用无线的传输介质，描述了智能传感器与网络适配器模块之间的无线连接规范，而不是网络适配器模块与网络之间的无线连接，实现了网络适配器模块与智能传感器的IEEE 802.11、Bluetooth、ZigBee无线接口之间的互操作性。IEEE1451.5提案的工作重点在于制定无线数据通信过程中的通信数据模型和通信

控制模型。IEEE1451.5建议标准必须对数据模型进行具有一般性的扩展以允许多种

无线通信技术可以使用，主要包括两方面：一是为变送器通信定义一个通用的服务质量（QOS）机制，能够对任何无线电技术进行映射服务，另外对每一种无线射频技术都有一个映射层用来把无线发送具体配置参数映射到服务质量机制中。关于该标准具体内容，这里就不再详细讨论了。

(3).6LowPan草案

无线传感器网络从诞生开始就与下一代互联网相关联，6LowPan（IPv6 over Low Power Wireless Personal Area Network）就是结合这两个领域的标准草案。该草案的目标是制定如何在LowPAN（低功率个域网）上传输IPv6报文。当前LowPAN采用的开放协议主要指前面提到的IEEE802.15.4 介质访问控制层标准，在上层并没有一个真正开放的标准支持路由等功能。由于IPv6是下一代互联网标准，在技术上趋于成熟，并且在LowPan上采用IPv6协议可以与IPv6网络实现无缝连接，因此互联网工程任务组（IETF， Internet Engineering Task Force，）成立了专门的工作组制定如何在802.15.4协议上发送和接收IPv6报文等相关技术标准。

在802.15.4上选择传输IPv6报文主要是因为现有成熟的IPv6技术可以很好地满足LowPan互联层的一些要求。首先在LowPan网络里面很多设备需要无状态自动配置技术，在IPv6邻居发现(Neighbor Discovery)协议里基于主机的多样性已经提供了两种自动配置技术：有状态自动配置与无状态自动配置。另外在LowPan网络中可能存在大量的设备，需要很大的IP地址空间，这个问题对于有着128位IP地址的IPv6协议不是问题；其次在包长受限的情况下，可以选择IPv6的地址包含802.15.4介质访问控制层地址。

IPv6与802.15.4协议的设计初衷是应用于两个完全不同的网络，这导致了直接在802.15.4上传输IPv6报文会有很多的问题。首先两个协议的报文长度不兼容，IPv6报文允许的最大报文长度是1280字节，而在802.15.4的介质访问控制层最大报文长度是127字节。由于本身的地址域信息(甚至还需要留一些字节给安全设置)占用了25个字节，留给上层的负载域最多102个字节，显然无法直接承载来自IPv6网络的数据包；其次两者采用的地址机制不相同，IPv6采用分层的聚类地址，由多段具有特定含义的地址段前缀与主机号构成；而在802.15.4中直接采用64位或16位的扁平地址；另外，两者设备的协议设计要求不同，在IPv6的协议设计时没有考虑节省能耗问题。而在802.15.4很多设备都是电池供电，能量有限，需要尽量减少数据通信量和通信距离，以延长网络寿命；最后，两个网络协议的优化目标不同，在IPv6中一般关心如何快速地实现报文转发问题，而在802.15.4中，如何在节省设备能量的情况下实现可靠的通信是其核心目标。

总之，由于两个协议的设计出发点不同，要IEEE802.15.4支持IPv6数据包的传输还存在很多技术问题需要解决，如报文分片与重组、报头压缩、地址配置、映射与管理、网状路由转发、邻居发现等，在这里就不再一一讨论了。

4. 国内标准化及国际化

近几年来，国内无线传感器网络领域的标准化工作在全国信息技术标准化技术委员会（简称信标委）推动下，取得了较大进展。信标委经过一年多的酝酿，于2005年11月29日组织国内及海外华人专家，在中国电子技术标准化研究所召开了第一次“无线个域网技术标准研讨会”，讨论了无线个域网标准进展状况、市场分析及标准制定等事宜，会议建议将无线传感器网络纳入无线个域网范畴，并成立了专门

的兴趣小组（另外还有低速无线个域网、超宽带等兴趣小组），自此中国无线传感器网络标准化工作迈出了第一步。

工作组经过国内三十多个科研及产业实体近两年的共同努力，先后组织了八次全国范围的技术研讨会，提出了低速无线个域网使用的780MHz(779-787 MHz) 专用频段及相关技术标准，获得国家无管委的正式批准(日本使用950MHz、美国使用915MHz)。针对该频段，工作组提出了拥有自主产权的MPSK 调制编码技术，摆脱了国外同类技术的专利束缚。2008年3月3日到4日，工作组对《信息技术 系统间远程通信和信息交换局域网和城域网特定要求第15.4部分：低速率无线个域网（WPAN）物理层和媒体访问控制层规范》意见函进行了投票，并通过了780MHZ工作频段采用MPSK和O-QPSK 调制编码技术提案作为低速率无线个域网共同可选

(Co-alternative)的物理层技术规范（MPSK和O-QPSK分别由中国和美国相关团体提出，并各自拥有知识产权），即LR-WPAN可以采用MPSK和OQPSK其中之一，或共同使用，并最终将形成IEEE 802.15.4c标准。另外，由中国及华人专家主要负责起草的包括了MAC/PHY两层协议的IEEE 802.15.4e也在顺利推进中（在IEEE 802.15.4—2006 介质访问控制中加入工业无线标准支持ISA SP-100.11a，并兼容IEEE 802.15.4c）。这是国内标准化工作的一个重要进展，也是我国参与国际标准制定的重要一步。计算所是这个工作组的正式会员单位之一，参与了其中的一些工作。

最近，国内及国际无线传感器网络的标准化工作又取得了新的发展。首先，国标委已正式批复无线传感器网络从无线个域网工作组中分离出来，成立了直属于全国信息技术标准化管理委员会的无线传感器网络标准工作组（秘书处现挂靠微系统

所，计算所作为其成员单位之一，将致力于该标准的制定工作）。工作组预计于2008年4月10日左右完成筹备工作，这标志着传感器网络的标准化工作向前迈进了一大步；其次，国际标准化组织也成立了ISO/IEC JTC1/SGSN研究小组，开始了传感器网络相关国际标准的制定。中国和美国、韩国、日本等国家一起作为重要成员单位参与其中。其第一次会议也将于2008年6月底在中国上海隆重召开。会议不但有国内外相关领域专家对其中若干关键问题展开技术讨论，也会有众多从事传感器网络应用的企业携最新产品参加展览。与此同时，各会员国将对传感器网络标准框架开展深入探讨，为标准草案的详细设计奠定基础。

标准是连接科研和产业的纽带，而芯片正是标准的最直接的实现形式。参与标准化工作，特别是参与国际标准的制定，对提升我国产品的竞争力和技术水平，占领行业制高点，有着举足轻重的作用。制定标准的最终目的还是为提升产业水平、满足产品国际化、保护自主知识产权、兼容同类或配套产品等方面提供便利。如果我们能参与无线传感器网络相关的国内和国际标准的制定，就会在本领域的芯片设计、方案提供及产品制造等方面获得有力保障。系统芯片作为标准最直接的体现形式，将是无线传感器网络应用系统的关键部件，不但是成本的主要决定因素，更是知识产权的主要体现形式。缺少产业的标准显得苍白无力，只是一纸空文；缺少芯片的标准制定显得有名无实，只是纸上谈兵。但是，目前国内在芯片设计及产业化（特别是射频芯片）方面的水平都较低，能力比较弱，这是无线传感器网络领域亟需取得突破的两个关键环节。标准制定和通信芯片是目前传感器网络领域的两个不可或缺的方面，我们一定“两手都要抓，两手都要硬”，这也是我们团队的当务之急。

参考文献：

[1] IEEE无线个域网标准工作组：https://www.wendangku.net/doc/f52031321.html,/15/

[2] 中国无线个域网标准工作组：https://www.wendangku.net/doc/f52031321.html,/sc6/wxgyw/default.asp

[3] 无线个域网技术论坛：https://www.wendangku.net/doc/f52031321.html,/bbs/index.php?gid=66

作者简介：

徐勇军： 中国科学院计算技术研究所、助理研究员

朱红松： 中国科学院计算技术研究所、博士研究生

崔 莉： 研究员，中国科学院计算技术研究所无线传感网络实验室主任

基于无线传感器网络的环境监测系统设计与实现

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

无线传感器研究背景目的意义及现状与发展趋势教程文件

无线传感器研究背景目的意义及现状与发展趋势 1 研究背景 随着无线技术的快速发展和日趋成熟，无线通信也发展到一定的阶段，其发展的技术越来越成熟，方向也越来越多，越来越重要，大量的应用方案开始采用无线技术进行数据采集和通信。 微机电系统和低功耗高集成数字设备的发展，使得低成本、低功耗、小体积的传感器节点得以实现。这样的节点配合各类型的传感器，可组成无线传感器网络（WSN）。无线传感网络是一种开创了新的应用领域的新兴概念和技术。广泛应用于战场监视、大规模环境监测和大区域内的目标追踪等领域。传感技术、传感网络已经被认定为最重要的研究之一。因为无线传感器网络节点一般采用电池供电，工作环境通常比较恶劣，而且数量大、更换非常困难，所以低功耗是无线传感器网络最重要的设计准则之一，因此，它迫切需要对传统的嵌入式应用开发进行更新和改进，需要精心设计的软硬件系统，以使其可靠而耐用。 2003年,美国《技术评论》杂志论述未来新兴十大技术时,WSN被列为第一;美国《今日防务》杂志更认为WSN的应用和发展将引起一场划时代的军事技术革命和未来战争的变革。可以预测,WSN是信息感知和采集的一场革命,是21世纪最重要的技术之一[2]。低功耗无线传感模块，便是组成无线传感网络的节点。此方面的研究由来已久，是计算机应用的扩展，采用了大规模集成电路和嵌入式技术，使用智能微处理器对采集到的信息进行处理和加工。现已广泛应用于社会建设的各个层面和人们的日常生活当中。但过去的研究有的只考虑低功耗而性能不高，有的性能高但是功耗太大。 因此，在无线传感技术应用如此广泛的今天，在保证无线传感模块性能的同时又能实现其低功耗具有一定的理论和现实意义。 2 研究目的及意义 2.1 研究目的 当前对于无线传感技术的研究仍然处在一个高速发展的阶段，低功耗就是其发展方向之一，而低功耗与高性能的结合实现还不完全。因此，为了更好的实现无线传感模块的功能，增加模块的可靠性和使用寿命，通过对无线传感节点的硬件功耗的分析，确定无线传感模块各单元的基本功率消耗，并进行相应比较，确定需重点降耗的单元，在此基础上结合当前对低功耗无线传感模块的研究，通过对比分析选择合适的芯片完成对低功耗无线传输模块的自主设计和制作。并辅助软件开发人员完成各子模块的驱动编写，实现低功耗无线传感模块的整体通信功能。

无线网络技术发展趋势精编版

无线网络技术发展趋势文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）

无线网络技术发展趋势所谓无线网络，既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包括为近距离无线连接进行优化的红外线技术及射频技术，与有线网络的用途十分类似，最大的不同在于传输媒介的不同，利用无线电技术取代网线，可以和有线网络互为备份。 随着3G时代无线应用的日渐丰富，以及无线终端设备的层出不穷，对于无线网络，尤其是基于技术标准的Wi-Fi无线网络，在产品技术应用逐渐成为市场主流应用的当下，基于Wi-Fi技术的无线网络不但在带宽、覆盖范围等技术上均取得了极大提升，同时在应用上，基于Wi-Fi无线应用也已从当初“随时、随地、随心所欲的接入”服务转变成车载无线、无线语音、无线视频、无线校园、无线医疗、无线城市、无线定位等诸多丰富的无线应用。 在某种意义上，Wi-Fi无线网络已不再仅仅只是2000年左右所承担“作为有线网络的一种延伸”的吴下阿孟，“取代有线”已不再只是梦想。 推动无线网络市场迅猛发展 作为目前市场主流的Wi-Fi无线网络技术，标准采用多入多出(MIMO)与正交频分复用(OFDM)技术，使得网络传输速率得到了极大提升。相比b/g的25Mbps、11Mbps、54Mbps，可将WLAN的传输速率提高到300Mbps甚至600Mbps。同时，在覆盖范围方面，接入点发射的信号虽然并不比传统硬件发射的信号传输得更远，但采用智能天线技术，通过多组独立天线组成的天线阵列，动态调整波束，保证WLAN用户接收到稳定

的信号，并可减少其他信号的干扰，使Wi-Fi无线网络移动性极大提高。 此外，在兼容性方面，采用了一种软件无线电技术，从而成为一个完全可编程的硬件平台，不同系统的基站和终端都可以通过这一平台的不同软件实现互通和兼容，这使无线网络的兼容性得到极大改善。用户可以通过使用基于的产品实现高质量语音通话、高清视频传输以及更大范围的移动上网。 而在制约市场发展的最大问题——产品价格，随着正式标准的颁布，以及各个企业纷纷调低无线产品价格，目前，已逐渐取代b/g设备成为市场主流。在ABI近日发布的最新研究报告，目前几乎所有笔记本电脑、上网本、移动互联网设备（MID）与智能手机都开始内建Wi-Fi芯片，预期未来此趋势可望延续，而由于的功能强大，加上芯片价格也一路下滑，所以在新产品均陆续选用标准后，2010年出货量将超越成为市场主流。 中国联通设计院无线传输部一室主任冯毅表示，支持标准的WLAN网络代表了无线宽带网络未来的发展方向。中国联通将在未来网络建设的招标中引入设备，并在部分数据热点地区进行建设，提高空口传输速率，以满足用户需求。 动讯网数据显示，截止到2009年底，中国电信将在全国铺设的Wi-Fi热点将超过10万个；中国移动在2009年底进行了大规模WLAN采购，计划在2010年底之前完成超过11万个Wi-Fi热点，预计到2010年年

(中文)基于无线传感器网络桥梁安全监测系统

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

无线传感器网络的应用研究

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

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

无线网络技术发展趋势.

无线网络技术发展趋势 所谓无线网络,既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络,也包括为近距离无线连接进行优化的红外线技术及射频技术,与有线网络的用途十分类似,最大的不同在于传输媒介的不同,利用无线电技术取代网线,可以和有线网络互为备份。 随着3G时代无线应用的日渐丰富,以及无线终端设备的层出不穷,对于无线网络,尤其是基于802.11技术标准的Wi-Fi无线网络,在802.11n产品技术应用逐渐成为市场主流应用的当下,基于Wi-Fi技术的无线网络不但在带宽、覆盖范围等技术上均取得了极大提升,同时在应用上,基于Wi-Fi无线应用也已从当初“随时、随地、随心所欲的接入”服务转变成车载无线、无线语音、无线视频、无线校园、无线医疗、无线城市、无线定位等诸多丰富的无线应用。

无线网络发展状况

计算机通信分两种:有线通信和无线通信 无线通信包括卫星,微波,红外等等 无线局域网(Wireless LAN技术可以非常便捷地以无线方式连接网络设备,人们可随时、随地、随意地访问网络资源。在推动网络技术发展的同时,无线局域网也在改变着人们的生活方式。本文分析了无线局域网的优缺点极其理论基础,介绍了无线局域网的协议标准,阐述了无线局域网的体系结构,探讨了无线局域网的研究方向。 关键词以太网无线局域网扩频安全性移动IP 一、引言 随着无线通信技术的广泛应用,传统局域网络已经越来越不能满足人们的需求,于是无线局域网(Wireless Local Area Network,WLAN应运而生,且发展迅速。尽管目前无线局域网还不能完全独立于有线网络,但近年来无线局域网的产品逐渐走向成熟,正以它优越的灵活性和便捷性在网络应用中发挥日益重要的作用。 无线局域网是无线通信技术与网络技术相结合的产物。从专业角度讲,无线局域网就是通过无线信道来实现网络设备之间的通信,并实现通信的移动化、个性化和宽带化。通俗地讲,无线局域网就是在不采用网线的情况下,提供以太网互联功能。 广阔的应用前景、广泛的市场需求以及技术上的可实现性,促进了无线局域网技术的完善和产业化,已经商用化的802.11b网络也正在证实这一点。随着802.11a 网络的商用和其他无线局域网技术的不断发展,无线局域网将迎来发展的黄金时期。 二、无线局域网概述

基于无线传感器网络的智能交通系统的设计

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。

无线传感器网络组网关键技术分析

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/f52031321.html, 无线传感器网络组网关键技术分析 作者：王娜 来源：《电子技术与软件工程》2015年第24期 摘要无线传感网络集合了微机电技术、数字信息处理、无线通信技术等学科技术，发展 前景广阔，应用价值较高。本文简要分析了无线传感网络的特点，对其组网模式、拓扑控制、媒体访问控制和链路控制、移动控制模型以及路由、数据转发及跨层设计等五项关键技术做了简要研究。 【关键词】无线传感器网络组网关键技术 微机电技术、数字信息处理技术、无线通信技术近年来发展迅速，集合了这三种学科技术的无线传感器网络也随之兴起。无线传感网络能够实现协同工作，能够长期、实时的监测各种待检测对象数据，其广泛的应用到了不同的领域中，对人们的生活有着重要的改变，基于以上，本文简要分析了无线传感器网络组网关键技术。 1 无线传感网器络的特点 数据获取网络、数据分布网络和控制管理中心是无线传感网络三个重要的组成部分，无线传感器网络包括处理器模块、通信模块和传感器模块，三个模块的各个节点能够通过协议自行组成分布式的网络，之后将采集的数据进行优化，再通过无线电波传回到信息处理中心。无线传感器网络有着如下特点： 1.1 硬件资源有限 无线传感器网络节点采用的处理器和储存器为嵌入式的，这就使得计算机的存储能力受到限制，从而限制了其计算能力，影响了信息处理； 1.2 电池容量有限 为了能够更加真实、全面地对真实世界具体值进行测量，无线传感器网络各个节点在待测区域内分布十分密集，因此，每一个无线传感器网络节点都需要储备长期使用的能量，或者自行吸收外界的太阳能； 1.3 没有中心 无线传感器网络中的节点会构成对等式网络，这个网络没有指定的重心，节点能够随时随地的加入网络或离开网络，这依赖于动态拓扑结构，任一节点的故障不会影响对等式网络的运行，抗毁能力较强。此外，无线传感网络各个节点之间能够通过分布式算法进行均衡协调，即使在没有人值守的情况下也能够组织测量网络；

无线传感器网络研究报告现状及发展

无线传感器网络的研究现状及发展 默认分类 2008-06-12 18:19:20 阅读910 评论0 字号：大中小 摘要：无线传感器网络(WSN>综合了传感器技术、微电子机械系统(MEMS>嵌入式计算技术．分布式信息处理技术和无线通信技术，能够协作地实时感知、采集、处理和传输各种环境或监测对象的信息．具有十分广阔的应用前景，成为国内外学术界和工业界新的研究领域研究热点。本文简要介绍了无线传感器网络的网络结构、节点组成，分析了无线传感器网络的特点及其与现有网络的区别。进而介绍现有无线传感器网络中的MAC层技术、路由技术、节点技术和跨层设计等关键技术。最后展望无线传俄器网络的应用和发展并指出关键技术的进步将起到决定性的促进作用。 关键词：无线传感器网络节点 MAC层路由协议跨层设计 Abstract: Wireless sensor network (WSN> is integration of sensor techniques, Micro-Electro-Mechanical Systems, embedded computation techniques, distributed computation techniques and wireless communication technique. They can be used for sensing, collecting, processing and transferring information of monitored objects for users. As a new research area and interest hotspot of academia and industries, Wireless Sensor Network(WSN> has a wide application future. This paper briefly introduced the wireless sensor network of networks, nodes, the analysis of the characteristics of wireless sensor networks and the differences wih the existing networks. And the MAC layer technology, routing technology, joint cross-layer design technology and key technology are introduced . At last the prospects of wireless sensor network are discussed in this article. Key Words: Wireless Sensor Network, node, MAC, routing protocol, Cross-layer design 一、概述 随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的发展进步，包括微电子机械系统

无线网络技术调研报告

无线网络技术调研报告

目录 1概况 (1) 1.1技术调研背景 (1) 1.2主要研究机构 (1) 2技术现状及发展趋势 (2) 2.1无线网络技术主要方法 (2) 2.2国无线网络技术发展现状 (6) 2.2.1国无线网络技术发展现状 (6) 2.2.2国无线网络技术发展趋势..................................... 错误!未定义书签。 2.3 国外现状和发展趋势 (4) 3无线网络技术的应用 (5) 4结论与建议 (5)

1概况 1.1技术调研背景 本次调研主要着重于现状及发展趋势的分析，对公司的定位起到一个指导作用。 无线网络（wireless network）是采用无线通信技术实现的网络。无线网络既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包括为近距离无线连接进行优化的红外线技术及射频技术，与有线网络的用途十分类似，最大的不同在于传输媒介的不同，利用无线电技术取代网线，可以和有线网络互为备份。 无线局域网主要设备有：无线接入点和无线网卡。无线接入点有AP、无线路由器、无线连接器等;无线网卡分台式机的PCI接口、USB接口以及笔记本专用的接口等。 随着网络的飞速发展，人们呼吁快速便捷的网络的呼声也越来越来强烈，无

线网络必定是未来世界的网络主要发展方向。而3G时代无线应用的日渐丰富，以及无线终端设备的层出不穷，对于无线网络，尤其是基于802.11技术标准的Wi-Fi无线网络，802.11n产品技术应用逐渐成为市场主流应用。 试想一下，在有线网络时代，用户的活动围受限于网线，无论到哪里必须要拖着长长的缆线，为寻找宽带接口而苦恼。为此，无线网络应运而生。和有线网络相比，虽然无线网络的带宽较小；相对目前的有限网络有较多的等待延迟；稳定性较差；无线接入设备的CPU、存以及显示屏幕等资源有限等缺陷。但无线网络可适应复杂的搭建环境，搭建简单，经济性价比强，并且最大的优点是可以让人们摆脱网线的束缚，更便捷，更加自由的沟通。 1.2主要研究机构 2015年无线路由器品牌排行前十位是：TP-LINK、华为、极路由、NETGEAR、D-Link、Tenda腾达、华硕、360、联想、思科。 2015年无线网卡品牌排行前十位是：TP-LINK、磊科、NETGEAR、迅捷网络、水星、B-Link、D-Link、Tenda腾达、TOTOLINK、华为。 2015年无线交换机品牌排行前十位是：华为、H3C、思科、锐捷网络、TP-LINK、D-Link、NETGEAR、中兴、磊科、Tenda腾达。 2技术现状及发展趋势 2.1无线网络技术主要方法 作为目前市场主流的WiFi无线网络技术，802.11n标准采用多入多出(MIMO)与正交频分复用(OFDM)技术，使得网络传输速率得到了极大提升。相比

基于无线传感网络的大型结构健康监测系统_尚盈

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

WIFI无线网络技术及安全性研究

WIFI无线网络技术及安全性研究 随着互联网的迅速发展及普及，特别是各种便携式通信设备以及各种家用电器设备的迅速增加，人们在无线通信领域对短距离通信业务提出了更高的要求。于是，许多短距离无线通信技术开始应运而生，以802．11b协议为基础的的WIFI技术便是其中的热点。被认为是无线宽带发展的新方向。 WIFI是IEEE定义的一个网络无线网络通信的工业标准(IEEE 802．11)。也可以看作是3G技术的一种补充。WIFI技术与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用的无线局域网通信技术。WIFI是一种短程无线传输技术，能够在数百英尺范围内支持互联网接入无线电信号。它的最大优点是传输速度较高，在信号较弱或有干扰的情况下，带宽可调整，有效地保障了网络的稳定性和可靠性。但是随着无线局域网应用领域的不断拓展，其安全问题也越来越受到重视。 1 WIFI技术简介 1．1 WIFI技术 WIFI(WireleSS Fidelity)俗称无线宽带，又叫802．11b标准，是IEEE定义的一个无线网络通信的工业标准。IEEE802．11b标准是在IEE E802．11的基础上发展起来的，工作在2．4 Hz 频段，最高传输率能够达到11 Mbps。该技术是一种可以将个人电脑，手持设备等终端以无线方式互相连接的一种技术。目的是改善基于IEEE802．1标准的无限网络产品之间的互通性。WIFI局域网本质的特点是不再使用通信电缆将计算机与网络连接起来，而是通过无线的方式连接，从而使网络的构建和终端的移动更加灵活。 1．2 WIFI技术的特点 1)无线电波覆盖范围广 基于蓝牙技术的电波覆盖范围非常小，半径大约只有15 m，而Wi—Fi的半径可达300 m，适合办公室及单位楼层内部使用。 2)组网简便 无线局域网的组建在硬件设备上的要求与有线相比，更加简洁方便，而且目前支持无线局域网的设备已经在市场上得到了广泛的普及，不同品牌的接入点AP以及客户网络接口之间在基本的服务层面上都是可以实现互操作的。WIAN的规划可以随着用户的增加而逐步扩展，在初期根据用户的需要布置少量的点。当用户数量增加时，只需再增加几个AP设备，而不需要重新布线。而全球统一的WIFI标准使其与蜂窝载波技术不同，同一个WIFI用户可以在世界各个国家使用无线局域网服务。 3)业务可集成性 由于WIFI技术在结构上与以太网完全一致，所以能够将WLAN集成到已有的宽带网络中，也能将已有的宽带业务应用到WLAN中。这样，就可以利用已有的宽带有线接入资源，迅速地部署WIAN网络，形成无缝覆盖。 4)完全开放的频率使用段 无线局域网使用的ISM是全球开放的频率使用段，使得用户端无需任何许可就可以自由使用该频段上的服务。 1．2 WIFI总体拓扑结构 WIFI网络结构。由AP和无线网卡组成。AP一般称为网络桥接器或接入点，它是当作传统的有线局域网络与无线局域网络之间的桥梁，因此任何一台装有无线网卡的PC均可透过AP去分享有线局域网络甚至广域网络的资源，其工作原理相当于一个内置无线发射器的HUB或者是路由，而无线网卡则是负责接收由AP所发射信号的CLJENT端设备。

无线传感器网络技术的应用

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