無線傳感器范文10篇

一、煤礦安全監控系統介紹

煤礦安全監控系統應該是一個功能完善結構復雜的系統。該系統要具有對各類信號積累計量、開關量、模擬量等進行實時采集，快速傳遞，完整保存，及時處理，清晰顯示，聲光報警，控制等功能。系統可以對現場的一氧化碳，甲烷等氣體的濃度，井下的濕度，溫度，風速以及礦井內有無粉塵和煙霧進行實時監控。對于礦井下的各類設備可以進行遠程遙控，比如打開或關閉主通風機，開啟或關閉風門。為了監控甲烷濃度，一氧化碳濃度，風速，累計產煤量，溫度，煙霧，饋電狀態，油門狀態，風筒狀態，局部通風機打開和關閉，所以系統較為復雜，組成部分也比較多。系統包括主機、I/O接口電路、分站、無線傳感器、報警器、電纜、接線柜、電源箱等設備。無線傳感器網絡的基本組成單位是數量眾多的移動或靜止的傳感器。傳感器是以多跳及自自組織的形式來構建監控網絡的。它的功能是對網絡覆蓋區域內的監控對象進行信息的測量、采集、傳送、處理，并報告給用戶。用戶接受到的數據其實是先由現場的傳感器探測到，數據匯合到匯聚節點后在通過網絡發送過來的。無線傳感器網絡的英文是WirelessSensorNetwork，簡稱WSN。系統中使用了三大基礎技術，首先利用傳感器技術采集數據，然后利用通信技術傳輸信息，最后利用計算機技術進行處理。煤炭監控管理系統，無線數據傳輸平臺和地面中心站這三個部分構成了煤礦無線安全監控網絡系統。

（1）煤炭監控管理系統：包括用戶使用的操作界面，網絡通訊的服務器以及實時數據庫的服務器。

（2）無線數據傳輸平臺：平臺使用的是像CDMA網絡這樣的無線公網。

（3）地面中心站：包括監控主機、I/O接口、UPS電源、CDMA無線路由器、打印機、配套的監控軟件、分站、溫度傳感器、風速傳感器、煙霧傳感器、一氧化碳傳感器、瓦斯傳感器、設備開停傳感器、遠動開關等等各類設備組成。

二、網絡節點結構

摘要：隨著森林生態環境保護力度的加大，對森林環境數據采集的要求也越來越高。把先進的無線傳感器網絡技術引入既有的森林火災視頻監控系統中，以了望塔為中心部署傳感器網絡，并對系統進行結構設計；在介紹了幾種無線傳感器網絡節點定位技術的基礎上，將上述方法與地理信息系統相結合，使森林資源的實時、精準監測水平得到較好的提升。

關鍵詞：無線傳感器網絡；監測；節點

目前，國內外對無線傳感器網絡的研究工作還處于起步階段，有許多問題需要繼續深入的研究,比如完整的協議棧結構,功控、路由、MAC、移動性管理等關鍵技術的研究還需要深化；最小化能耗和最大的網絡壽命是很大的應用瓶頸；在遠程、環境惡劣的條件下能源無法替代，網絡維護也非常困難，使得實際使用效果并不理想[7]。本文的設計基于以了望塔為中心的傳感器部署，充分利用既有無線視頻網絡基站，比較適合無線傳感器低功耗、短距離傳輸的特點。如何把無線傳感器網絡與無線視頻監控系統更好地結合起來，把基于無線傳感器網絡的森林資源監控系統與地理信息系統結合起來，打造出健壯高效的森林資源監控平臺，成為以后工作的重點。

[1]張麗霞,汪文勇,李炯.無線傳感器網絡的目標標定問題研究[J].電子科技大學學報

[2]彭剛,曹元大,孫利民.無線傳感器網絡節點定位機制的研究[J].計算機工程與應用

[3]段渭軍,王建剛,王福豹.無線傳感器網絡節點定位系統與算法的研究和進展[J].信息與控制

摘要：基于IEEE1451標準和藍牙協議提出藍牙無線傳感器結構模型，并就具體的抄表系統完成藍牙傳感器的設計。該傳感器不僅實現了數據檢測和傳輸的無線化，同時也提供了數據傳輸的抗干擾性能。

關鍵詞：IEEE1451標準藍牙協議無線傳感器無線抄表

引言

IEEE1451.2是智能傳感器接口模塊標準。它提供了將傳感器和變送器連接到網絡的接口標準，主要用于實現傳感器的網絡化。IEEE1451.2標準采用通用的A/D或D/A轉換裝置作為傳感器的I/O接口，將各種傳感器模擬量轉換成標準規定格式的數據，連同一個小存儲器—傳感器電子數據表TEDS（TransducerElectronicDataSheet），與標準規定的處理器目標模型—網絡適配器NCAP（NetworkCapableApplicationProcess）連接。如此，數據可以按網絡規定的協議接入網絡。該標準結構模型提供了一個連接智能變送器的接口模型STIM（SmartTransducerInterfaceModule）NCAP的10線標準接口—變送獨立接口TII（TransducerIndependenceInterface）。

圖1

采用上述IEEE1451標準實現傳感器網絡化的同時，無線通信技術被引入原有傳感器以實現無線化也是傳感器當前的研究熱點，是今后傳感器發展的一個重要方向。尤其隨著藍牙技術應用的失言以及其芯片價格的進一步下調，將藍牙技術引入傳感器以實現傳感器的無線化已成為可能。目前絕大多數抄表系統中的數據檢測和傳輸，主要是有線方式進行。本文將給出基于IEEE1451.2和藍牙協議的無線抄表傳感器的具體實現，以實現抄表系統的無線化。

無線傳感器網絡是由大量分布廣泛的、能夠進行簡單計算的微小傳感器節點，以無線通訊的方式，同時能夠自行組織起網絡的系統，是能夠在不斷變化的環境中自主完成指定任務的智能系統。隨著無線通信、嵌入式計算技術、傳感器技術、微機電技術的不斷發展，無線傳感器網絡改變了人類與自然界的交互方式，在軍事、環境監測、空間探索、反恐防暴、災難援救、醫療衛生、智能家居等方面展現出了巨大的應用價值。

1無線傳感器網絡的結構

1.1網絡結構。無線傳感器網絡通常由傳感器節點、匯集節點和管理節點組成。通過在需要監測的區域內散布大量傳感器來探測溫度、濕度、壓力、光照強度、介質濃度等環境數據，并且每個傳感器之間以自組織的形式拓展成網絡。傳感器將探測到的環境數據以特定的方式匯集到某個節點或多個節點，最終所有數據都經過衛星、互聯網或者移動通信網絡傳送給管理節點。1.2節點結構。傳感器節點由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供應模塊四部分組成，如下圖所示。傳感器模塊的功能是監測區域內的信息，將信息進行采集并轉換成特定格式的數據；處理器模塊的功能是處理好相關數據的采集和存儲，包括自身采集的數據和其他節點傳來的數據；無線通信模塊的功能是與其他傳感器節點進行無線通信，交換信息和數據；能量供應模塊的功能是為傳感器節點供能，而供能介質通常采用微型電池。

2無線傳感器網絡的特點

2.1分布式和網絡自組。在無線傳感器網絡中并沒有原先設置中心節點，所有的節點都擁有相同的權限，各節點之間都是通過分布式算法來協調，可以在無人操作的情況下自動將所有節點組織到一起，自動地進行網絡配置和管理，通過相應的協議和算法自動形成一個具有收發大量環境數據的無線網絡。為了應對環境的復雜性，無線傳感器網絡可以隨時加入或者切除一部分節點，網絡不會因此而失效或者崩潰。2.2規模大密度高。無線傳感器網絡通常由成千上萬個傳感器節點組成，覆蓋區域大，節點密集，以盡可能獲得更為精確、完整的數據，如森林火災監護和環境監測等。同時，也正因為無線傳感器網絡的規模大，密度高，網絡中存在大量的冗余節點，從而使得能夠從不同的角度獲得盡可能多的數據，挺高了監測的精度，也降低了對單個傳感器節點的精度要求，所以無線傳感器網絡的造價相對便宜。2.3網絡拓撲動態變化。無線傳感器網絡的拓撲結構通常是不斷變化的，節點的移動、故障，節點能源的耗盡，新節點的加入，無線信道的不穩定等都有可能造成網絡拓撲結構的變化，變化的時間點和方式都很難預測。這就要求無線傳感器網絡具有自組織和動態調整的能力，可通過各種組網技術，對各節點進行動態的管理，最大程度的利用節點資源。2.4以數據為中心。無線傳感器網絡通常是為了完成某些任務為創建的。用戶關心的是監測區域內的信息，而不是某個傳感器節點上的數據。用戶在使用傳感器網絡時，是將需要查詢的信息發給網絡，而不是發給某個節點，然后傳感器網絡收集相關數據后整合成信息匯報給用戶。與以連接為中心的傳統網絡相比，無線傳感器網絡是以數據為中心的，各節點要有能聚合數據，對數據進行緩存和壓縮的功能。2.5資源受限。由于無線傳感器網絡通常用于一些特殊場所和領域，傳感器往往在價格、體積和功耗上受到限制，單個節點的計算能力、存儲空間、續航能力相對較弱，無法做大規模的存儲和計算。所以在網絡創建過程中，如何降低網絡的功耗，最大化網絡的生存周期是無線傳感器網絡要面臨的一大挑戰。

3無線傳感器網絡的應用領域

摘要：傳感器網絡在未來互聯網中發揮著非常重要的作用。因為物理方面極易被捕獲與應用無線通信，及受到能源、計算以及內存等因素的限制，所以傳感器互聯網安全性能極為重要。對無線傳感器網絡進行部署，其規模必須在不同安全舉措中認真判斷與均衡。

關鍵詞：網絡；無線傳感器；安全；研究

當前互聯網中，無線傳感器網絡組成形式主要為大量廉價、精密的節點組成的一種自組織網絡系統，這種網絡的主要功能是對被檢測區域內的參數進行監測和感知，并感知所在環境內的溫度、濕度以及紅外線等信息，在此基礎上利用無線傳輸功能將信息發送給檢測人員實施信息檢測，完整對整個區域內的檢測。很多類似微型傳感器共同構成無線傳感器網絡。由于無線傳感器網絡節點具有無線通信能力與微處理能力，所以無線傳感器的應用前景極為廣闊，具體表現在環境監測、軍事監測、智能建筑以及醫療等領域。

1無線傳感器網絡安全問題分析

徹底、有效解決網絡中所存在的節點認證、完整性、可用性等問題，此為無線傳感器網絡安全的一個關鍵目標，基于無線傳感器網絡特性，對其安全目標予以早期實現，往往不同于普通網絡，在對不同安全技術進行研究與移植過程中，應重視一下約束條件：①功能限制。部署節點結束后，通常不容易替換和充電。在這種情況下，低能耗就成為無線傳感器自身安全算法設計的關鍵因素之一。②相對有限的運行空間、存儲以及計算能力。從根本上說，傳感器節點用于運行、存儲代碼進空間極為有限，其CPU運算功能也無法和普通計算機相比[1]；③通信缺乏可靠性。基于無線信道通信存在不穩定特性。而且與節點也存在通信沖突的情況，所以在對安全算法進行設計過程中一定要對容錯問題予以選擇，對節點通信進行合理協調；④無線網絡系統存在漏洞。隨著近些年我國經濟的迅猛發展，使得無線互聯網逐漸提升了自身更新速度，無線互聯網應用與發展在目前呈現普及狀態，而且在實際應用期間通常受到技術缺陷的制約與影響，由此就直接損害到互聯網的可靠性與安全性。基于國內技術制約，很多技術必須從國外進購，這就很容易出現不可預知的安全性隱患，主要表現為錯誤的操作方法導致病毒與隱性通道的出現，且能夠恢復密鑰密碼，對計算機無線網安全運行產生很大程度的影響[2]。

2攻擊方法與防御手段

1藍牙技術

藍牙技術為藍牙特別興趣小組（SIG，SpecialInterestGroup）在1998年提出。它是一種新的短距離無線通信協議，是一種無線數據與語音通信的開放標準，目的是以無線的方式取代現有的有線接口。其優勢在于：具有很強的移植性，可應用于多種通信場合；硬件集成應用簡單，成本低廉，實現容易，而且易于推廣；藍牙功耗低，對人體危害小；采用擴頻跳頻技術，抗干擾能力強，增加了信息傳輸的安全性。藍牙系統支持點對點和一點對多點的通信。在一點對多瞇的連接方式中，多個藍牙單元共享一條信道，采用同一跳頻序列。各個藍牙設備構成的網絡稱為匹克網（Piconet）。匹克網中藍牙設備以主從方式實現通信。由于藍牙設備的物理尋址地址為3位，因此在同一時刻，匹克網最多只能激活8位設備（1主7從）；但不同時刻，多個匹克網可以構成一個可重疊的散射網絡結構。藍牙通信的有效半徑和其輸出的功率有關：當輸出功率是2類（2.5mW/4dB）時，通信范圍為15m；如果增加其功率到1類（4mW/20dB）時，就能使通信范圍達到100m。

2基本標準和協議的傳感器結構模型

基于IEEE1451.5和藍牙協議的無線網絡化傳感器由STIM、藍牙模塊和NCAP三部分組成，其體系結構如圖1所示。此方案的實現，相當于在IEEE1451.2的結構模型上取代了原有的TII接口。采用無線的藍牙協議實現連接，類似于實現了一個無線的STIM和無線NCAP接收終端的模式。通過在原有的STIM和NCAP中嵌入了藍牙模塊，構成的無線NCAP和無線STIM，以點對多點在藍牙匹克網以主從方式實現相互通信。

與典型的有線方式相比，上述無線網絡模型增加了兩個藍牙模塊。對于藍牙模塊部分標準的藍牙對外接口電路一般使用RS232或USB接口，而TII是一個控制鏈接到它的STIM的串行接口。因此，必須設計一個類似于TII接口的藍牙電路，構造一個專門的處理器來完成控制STIM和轉換數據到藍牙主控制接口HCI（HostControlInterface）的功能。

3藍虎無線抄表傳感器的設計

摘要本文介紹了WSN的組成結構、網絡平臺組建、通信機制等內容，提出了一種基于WSN的智能車位控制系統的實現方案。著重討論該方案的實現原理、關鍵技術等問題。

關鍵詞WSN；車位控制；超聲波傳感器

1引言

無線傳感器網絡是一種全新的信息獲取和處理技術，在現實生活中得到了越來越廣泛的應用。隨著通信技術、嵌入式技術、傳感器技術的發展，傳感器正逐漸向智能化、微型化、無線網絡化發展[1]。目前，國內外主要研究無線傳感器網絡節點的低功耗硬件平臺設計拓撲控制和網絡協議、定位技術等。這個設計以檢測超聲波強度的傳感器為例，實現了一個無線傳感器網絡，根據傳感器所檢測的超聲波強弱來決定開啟或關閉車位指示燈，從而判斷是否有車輛進入檢測區域。這種傳感器網絡綜合了嵌入式技術、傳感器技術、短程無線通信技術，有著廣泛的應用。該系統不需要對現場結構進行改動，不需要原先任何固定網絡的支持，能夠快速布置，方便調整，并且具有很好的可維護性和拓展性。

2IEEE802.15.4標準

IEEE802.15.4標準[2]適用于低速率、低功耗、低復雜度和短距離數據傳輸的無線個域網(WPAN)。在網絡內的無線傳輸過程中，采用帶沖突避免的載波偵聽多路訪問機制(CSMA／CA)，支持超幀結構和時槽保障機制(GTS)。網絡拓撲結構可以是星型網或點對點的對等網。該標準定義了3種數據傳輸頻率，分別為868MHz、915MHz、2.4GHz。前兩種傳輸頻率采取BPSK的調制方式，后一種采取0-0PSK的調制方式。各種頻率分別支持20kbit／s，40kbit／s和250kbit／s的無線數據傳輸速率，傳輸距離在0m～70m之間。本文中采用的是頻率為2.4GHz的無線發射模塊。

摘要：針對無線傳感器網絡資源受限的特點，研究了故障管理的相關內容，主要對故障檢測的幾種常見方法進行比較說明，對于無線傳感器網絡的應用具有一定的指導意義。

關鍵詞：無線傳感器資源受限故障管理故障檢測

無線傳感器網絡是由大量低成本且具有傳感、數據處理和無線通信能力的傳感器節點通過自組織方式形成的網絡[1]。它獨立于基站或移動路由器等基礎通信設施，通過特定的分布式協議自組織起來形成網絡。它能夠協作地實時監測、感知和采集網絡分布區域內的各種環境或監測對象的信息，并對這些信息進行處理，使需要這些信息的用戶在任何時間、任何地點和任何環境條件下（尤其是僅適合無線通信條件下）獲取大量詳實而可靠的信息。因此，這種網絡系統可以被廣泛地應用于國防軍事、國家安全、環境監測、交通管理、醫療衛生、制造業、反恐抗災等領域。

隨著無線傳感器網絡應用范圍的進一步擴展，常常被部署在極端環境來收集外部環境的數據。由于傳感器節點的電源、存儲和計算能力有限，并且應用環境惡劣，使得傳感器節點比傳統網絡的節點更易于失效。在這些情況下維持高質量的服務，并盡可能地降低能源消耗是很有挑戰性的，有效的故障管理對于達成這些目標是有極大幫助的。因此，對無線傳感器網絡故障進行管理是非常重要的。

一、無線傳感器網絡故障管理

當網絡或系統出現故障時，網絡故障管理便成為管理員首要用到的工具。因此，故障管理事實上是整個網絡管理的重中之重。

摘要：介紹了IEEE802.15.4標準的概念、產生背景、特點、構件及體系結構、發展前景，并探討了基于IEEE802.15.4標準傳感器的實現，對其實現的問題給出了解決方案。

關鍵詞：IEEE802.15.4Zigbee協議傳感器

為了滿足類似于傳感器的小型、低成本設備無線聯網的要求，2000年12月IEEE成立了IEEE802．15．4工作組，致力于定義一種供廉價的固定、便攜或移動設備使用的極低復雜度、成本和功耗的低速率無線連接技術。802．15．4無線發射／接收機及網絡被Motorola、Philips、Eaton、Invensys和Honeywell等公司極力推崇。同時，也吸引了其他標準化組織的注意。IEEEl451工作組已考慮在IEEE802．15．4標準基礎上實現傳感器網絡(SensorNetworks)。

產品的方便靈活、易于連接、實用可靠及可升級換代是市場的驅動力。802．15．4主要應用于工業控制、遠程監控和樓宇自動化領域。傳感器網絡是其主要市場對象。將傳感器與802．15．4設備組合，進行數據收集、處理和分析，就可以決定是否需要或何時需要用戶操作。其應用實例包括惡劣。環境下的檢測，諸如涉及危險的火和化學物質的現場、監測以及維護正在旋轉的機器等。在這些應用上，一個802．15．4網絡可以極大地降低新傳感器網絡的安裝成本，簡化對現有網絡的擴充。

1802．15．4協議架構及其技術特點

IEEE802．15．4滿足國際標準組織(ISO)開放系統互連(OSI)參考模式。它定義了單一的MAC層和多樣的物理層(如圖1所示)，表1中概括了802．15．4的一些特點。Zigbee聯盟制定了MAC層以上協議，其協議套件由高層應用規范、應用會聚層、網絡層、數據鏈路層和物理層組成。

摘要:本文簡述了無線傳感器網絡的定義、組成及特點，并結合其特點介紹了無線傳感器網絡在各行各業廣泛的應用價值和未來發展前景以及目前存在的技術問題。

關鍵詞:無線傳感器網絡；組成；應用；發展

科技發展的腳步越來越快，人類已經置身于信息時代。而作為信息獲取最重要和最基本的技術——傳感器技術，也得到了極大的發展。傳感器信息獲取技術已經從過去的單一化漸漸向集成化、微型化和網絡化方向發展，并將會帶來一場信息革命。具有感知能力、計算能力和通信能力的無線傳感器網絡（WSN,wirelesssensornetworks）綜合了傳感器技術、嵌人式計算技術、分布式信息處理技術和通信技術，能夠協作地實時監測、感知和采集網絡分布區域內的各種環境或監測對象的信息，并對這些信息進行處理，獲得詳盡而準確的信息，傳送到需要這些信息的用戶。由于WSN的巨大應用價值，它已經引起了世界許多國家的軍事部門、工業界和學術界的廣泛關注，被廣泛地應用于軍事，工業過程控制、國家安全、環境監測等領域。無線傳感器網絡綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現代網絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等多種領域，是當前計算機網絡研究的熱點。

一、發展概述

早在上世紀70年代，就出現了將傳統傳感器采用點對點傳輸、連接傳感控制器而構成傳感器網絡雛形，我們把它歸之為第一代傳感器網絡。隨著相關學科的不斷發展和進步，傳感器網絡同時還具有了獲取多種信息信號的綜合處理能力，并通過與傳感控制器的相聯，組成了有信息綜合和處理能力的傳感器網絡，這是第二代傳感器網絡。而從上世紀末開始，現場總線技術開始應用于傳感器網絡，人們用其組建智能化傳感器網絡，大量多功能傳感器被運用，并使用無線技術連接，無線傳感器網絡逐漸形成。

無線傳感器網絡是新一代的傳感器網絡，具有非常廣泛的應用前景，其發展和應用，將會給人類的生活和生產的各個領域帶來深遠影響。發達國家如美國，非常重視無線傳感器網絡的發展，IEEE正在努力推進無線傳感器網絡的應用和發展，波士頓大學（BostonUniversity）還于最近創辦了傳感器網絡協會（SensorNetworkConsortium），期望能促進傳感器聯網技術開發。美國的《技術評論》雜志在論述未來新興十大技術時，更是將無線傳感器網絡列為第一項未來新興技術，《商業周刊》預測的未來四大新技術中，無線傳感器網絡也列入其中。可以預計，無線傳感器網絡的廣泛是一種必然趨勢，它的出現將會給人類社會帶來極大的變革。