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無線感測器網路定位技術設計方案

發布時間: 2022-01-21 04:26:32

如何開始設計無線感測器網路系統

1、如何選擇合適的無線感測器技術

無線感測器網路系統的基本架構包括三部分,第一部分是無線收發晶元,其職責是將數字信息轉換為高頻無線信號傳送出去和將接收到的高頻無線信號恢復成數字信息。無線感測器收發晶元而言,IEEE 802.15.4能為無線感測器應用提供最佳方案,這是因為IEEE 802.15.4規范可能是主要且可能唯一的實用標准。目前全球有多家公司提供這方面的收發晶元。像TI公司的CC2420,CC2520等晶元都特別適用於鈕扣電池和低電能應用的低功耗特性。實現一個典型的無線感測器網路節點和路由器,可以採用多晶元方案,如圖3所示,由一個無線收發晶元和一個微控制器(單片機)組成,微處理器可以採用低功耗的MSP430,無線晶元可以採用CC2520,CC2420等;

典型的無線感測器網路節點或者路由器隨著技術不斷發展,已經有越來越多的公司,將無線收發器晶元和微控制器和無線收發器做成了一個片上系統(SoC),例如TI公司採用8051內核的CC2430、CC2431等ZIGBEE無線單片機,隨著無線感測器網路對計算能力提高要求,最近Freescale公司也推出了ARM內核的32位ZIGBEE無線單片機. 使用這些SoC無線單片機設計無線感測器網路,將使無線感測器節點具有更小的體積,更低的功耗和更低的價格;TI公司在國內的技術合作夥伴深圳無線龍科技公司等,也同時提供這些晶元,開發工具的相關技術支持;無線感測器網路構架第二部分是運行於單片機或者無線單片機內部的嵌入式軟體,也稱軟體協議棧(network stack), 網路堆棧有兩個職責。

首先,它必須要處理節點間的無線鏈接通信質量的頻繁變化和環境因數對無線通訊造成的干擾,具有對網路自組織,自恢復的能力;網路堆棧的第二個職能是要具有很強的路由演算法能力,確保訊息可靠高效地通過各種網路拓撲(星狀,網狀等等)從源節點(如果現有,可以通過成百上千路由節點)發送到目標節點。確保通訊的實時性要求。

ZigBee聯盟是由眾多技術供應商和開發商組成的獨立標准組織。也是目前世界是最大的,基於IEEE 802.15.4平台的網路軟體協議棧標准提供聯盟;

該組織從ZIGBEE2004,ZIGBEE2006,ZIGBEE2007 ,不斷發展,目前提供的的兩個網路棧是:ZigBee和ZigBee PRO。從使用角度看,ZigBee堆棧很適合一般包含十到幾百個節點的小型網路。而ZigBee PRO是ZigBee的超集,它增加了一些功能,可對網路進行擴展並更好地應對來自其他技術的無線干擾,而且可以適應更大型的網路和具有更加可靠的路由通訊演算法和無線通訊可靠性;無線感測器網路構架第三部分應用軟體,這部分包括各種根據用戶現有開發的軟體代碼,這些代碼目前大部分是採用C語言來進行開發,可以之間以介面和API方式,調用軟體協議棧的功能;在多種無線感測器網路技術中,我們認為採用802.15.4國際標准和ZIGBEE技術,作為我們設計無線感測器系統的起步,有如下優點:

1)兼容一個全球化的可靠的國際標准;

2)可以通過TI, Freescale這樣的大型晶元供應商.獲得穩定的無線收發晶元和無線單片機來源,也可以獲得免費的ZIGBEE協議棧和相關源代碼,降低開放門檻;

3)能夠採用KEIL和IAR這樣的高性能軟體編譯調試環境,可以大大加快開放速度,縮短上市周期;

2、開始無線感測器網路系統設計准備些什麼?

首先,我們現需要進行一些知識准備,對無線感測器網路需要的技術和知識,進行准備,雖然可能我們已經熟悉單片機和相關軟體開發技術,但是無線收發器和無線SoC(無線單片機)還是有獨特的地方,而且IEEE802.15.4和ZIGBEE協議棧等,也是具有一定難度的知識領域;好在目前在無線感測器網路和無線單片機方面,已經有大量的技術書籍可供參考,圖四是一些無線感測器相關技術書籍,對入門無線感測器網路可能開卷有益;

其次,我們仍然需要一套容易使用的無線感測器網路(WSN)開發系統,這是因為:

1)我們需要一套完整的軟體編譯開發平台,包括IAR和KEIL的編譯調試環境,在線模擬器等必要的開發工具;

2)我們進入無線感測器系統設計的難度重心,是盡快掌握無線感測器網路協議棧軟體使用,同時盡快進入相關應用軟體開發,所以我們需要一套已經完成高頻測試的無線節點,網關,路由器和無線模塊來進行硬體評估和運行我們的嵌入式應用軟體和協議棧軟體;

3)我們需要相關溫度,壓力,加速度,光線,濕度等感測器介面到這個系統,方便我們系統設計;

4)我們在進入一個陌生的技術領域時,往往會有很多的困難,我們需要相應的技術支持和知識支持;

目前,很多國內企業,都已經推出了各種無線感測器網路開發工具,圖五是國內企業成都無線龍通訊科技公司的一種最新的,支持美國德州儀器TI CC2520無線收發器和TI ZIGBEE 2007/PRO協議棧的無線感測器網路(WSN)開發系統的新產品,包括在線模擬器,PC GUI網路監視控制軟體,相關源代碼無線感測器網路示範代碼包裝等,是快速進入無線感測器網路系統設計的可選擇國產工具之一;

3、設計無線感測器系統具體過程

當我們完成了上述的知識准備和相關開發工具准備後,我們就可以開始一個無線感測器設計過程了,下面,我們以一個家庭節能無線感測器網路系統為實例,看看一個無線感測器網路的實際過程;家庭節能系統框圖如圖六所示:

家庭中的電器,包括空調,洗衣機,冰箱等,構成一個典型的無線感測器網路,通過能源管理網關和安裝在戶外的無線轉發路由器,實時傳輸到能源公司電腦化管理網路和資料庫,實現對家庭能源的管理;設計任務包括設計嵌入到家電內部的無線感測器網路單元(無線節點),家庭無線顯示單元和家庭能源控制單元(無線節點或者無線路由器),能源管理網關(無線網關)等;

② 怎樣進行無線感測器網路數據無線傳輸系統的設計

這個具體也不好說
說起來內容很多,都可以寫論文了
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③ 無線感測器網路中節點定位採用的方法主要有哪些

感測器網路系統通常包括感測器節點(sensor)、匯聚節點(sink
node)和管理節點。大量感測器節點隨機部署在監測區域(sensor
field)內部或附近,能夠通過自組織方式構成網路。感測器節點監測的數據沿著其他感測器節點逐跳地進行傳輸,在傳輸過程中監測數據可能被多個節點處理,經過多跳後路由到匯聚節點,最後通過互聯網或衛星到達管理節點。用戶通過管理節點對感測器網路進行配置和管理,發布監測任務以及收集監測數據。
感測器網路節點的組成和功能包括如下四個基本單元:感測單元(由感測器和模數轉換功能模塊組成)、處理單元(由嵌入式系統構成,包括CPU、存儲器、嵌入式操作系統等)、通信單元(由無線通信模塊組成)、以及電源部分。此外,可以選擇的其它功能單元包括:定位系統、運動系統以及發電裝置等。

④ 無線感測器網路技術與應用的圖書目錄

第1章 無線感測器網路概述
1.1 無線感測器網路簡介
1.2 無線感測器網路通信技術
1.3 無線感測器網路的應用
思考題
參考文獻
第2章 無線感測器網路結構、覆蓋與連接
2.1 無線感測器網路拓撲結構
2.2 無線感測器網路覆蓋問題
2.3 無線感測器網路連接可靠性問題
思考題
參考文獻
第3章 無線感測器網路關鍵技術
3.1 無線感測器網路MAC協議
3.2 無線感測器網路路由協議
3.3 無線感測器網路能量管理機制
3.4 無線感測器網路QoS保證技術
3.5 無線感測器網路數據融合技術
3.6 無線感測器網路安全機制
3.7 無線感測器網路定位技術
3.8 無線感測器網路同步管理機制
思考題
參考文獻
第4章 無線感測器網路系統優化設計理論方法
4.1 無線感測器網路系統優化設計理論方法
4.2 無線感測器網路跨層設計背景
4.3 無線感測器網路跨層設計主要技術
思考題
參考文獻
第5章 無線感測器網路設計基礎
5.1 無線感測器網路硬體平台
5.2 無線感測器網路操作系統
5.3 無線感測器網路常用的通信協議
5.4 無線感測器網路後台管理軟體
思考題
參考文獻
第6章 無線感測器網路系統模擬與測試
6.1 無線感測器網路工程系統軟體模擬
6.2 無線感測器網路工程測試床
6.3 無線感測器網路工程應用原型開發範例
思考題
參考文獻
第7章 無線感測器網路應用
7.1 工業臨控應用方案
7.2 農業及生物環境保護應用方案
7.3 家庭及辦公自動化應用方案
7.4 醫療及護理應用方案
7.5 跟蹤及物流管理應用方案
7.6 建築及土木工程應用方案
7.7 安全/公安/軍事應用方案
7.8 其他應用方案(高速公路交通臨控系統)
7.9 各方案設計中所存在的共同問題與解決
思考題
參考文獻
第8章 無線感測器網路技術相關標准及發展趨勢
8.1 IEEE1451.X標准族介紹
8.2 IEEE802.15.4
8.3 ZigBee
8.4 藍牙(Bluetooth)
8.5 UWB
思考題
參考文獻

⑤ 無線感測器網路與距離無關的定位技術的實例有哪些

這個發展前景很好,嵌入式技術的應用是物聯網技術發展的基礎。

⑥ 設計無線感測器網路的節點部署方案時必須考慮哪些問題

設計無線感測器網路節點需要遵循以下幾個主要的原則。
(1)微型化與低成本
由於無線感測器網路節點數量大,只有實現節點的微型化與低成本才有可能大規模部署與應用。因此節點的微型化與低成本一直是研究人員追求的主要目標之一。對於目標跟蹤與位置服務一類的應用來說,部署的無線感測器節點越密,定位精度就越高。對於醫療監控類的應用來說,微型節點容易被穿戴。實現節點的微型化與低成本需要考慮硬體與軟體兩個方面的因素,而關鍵是研製專用的片上系統(System on Chip,SoC)晶元。對於傳統的個人計算機,內存2GB、硬碟100GB已經是常見的配置,而一個典型的無線感測器節點的內存只有4kB、程序存儲空間只有10kB。正是因為感測器節點硬體配置的限制,所以節點的操作系統、應用軟體結構的設計與軟體編程都必須注意節約計算資源,不能夠超出節點硬體可能支持的范圍。
(2)低功耗
感測器節點在使用過程中受到電池能量的限制。在實際應用中,通常要求感測器節點數量很多,但是每個節點的體積很小,攜帶的電池能量十分有限。同時,由於無線感測器網路的節點數量多、成本低廉、部署區域的環境復雜,有些區域甚至人員不能到達,因此感測器節點通過更換電池來補充能源是不現實的。如何高效使用有限的電池能量,來最大化網路生命周期是無線感測器網路面臨的最大的挑戰。
感測器節點消耗能量的模塊包括:感測器模塊、處理器模塊和無線通信模塊。隨著集成電路工藝的進步,處理器和感測器模塊的功耗變得很低。圖2-43給出了感測器節點各部分能量消耗情況。從圖中可以看出,感測器節點能量的絕大部分消耗在無線通信模塊。感測器節點發送信息消耗的電能比計算更大,傳輸1bit信號到相距100m的其他節點需要的能量相當於執行3000條計算指令消耗的能量。
圖2-43感測器節點各部分能量消耗情況無線通信模塊存在四種狀態:發送、接收、空閑和休眠。無線通信模塊在空閑狀態一直監聽無線信道的使用情況,檢查是否有數據發送給自己,而在休眠狀態則關閉通信模塊。從圖中可以看到,無線通信模塊在發送狀態的能量消耗最大;在空閑狀態和接收狀態的能量消耗接近,但略少於發送狀態的能量消耗;在休眠狀態的能量消耗最少。為讓網路通信更有效率,必須減少不必要的轉發和接收,不需要通信時盡快進入休眠狀態,這是設計無線感測器網路協議時需要重點考慮的問題。
(3)靈活性與可擴展性
無線感測器網路節點的靈活性與可擴展性表現在適應不同的應用系統,或部署在不同的應用場景中。例如,感測器節點可以用於森林防火的無線感測器網路中,也可以用於天然氣管道安全監控的無線感測器網路中;可以用於沙漠乾旱環境下天然氣管道安全監控,也可以用於沼澤地潮濕環境的安全監控;可以適應單一聲音感測器精確位置測量的應用,也可以適應溫度、濕度與聲音等多種感測器的應用;節點可以按照不同的應用需求,將不同的功能模塊自由配置到系統中,而不需重新設計新的感測器節點;節點的硬體設計必須考慮提供的外部介面,可以方便地在現有的節點上直接接入新的感測器。軟體設計必須考慮到可裁剪,可以方便地擴充功能,可以通過網路自動更新應用軟體。
(4)魯棒性
普通的計算機或PDA、智能手機可以通過經常性的人機交互來保證系統的正常運行。而無線感測器節點與傳統信息設備最大的區別是無人值守,一旦大量無線感測器節點被飛機拋灑或人工安置後,就需要獨立運行。即使是用於醫療健康的可穿戴節點,也需要獨立工作,使用者無法與其交互。對於普通的計算機,如果出現故障,人們可以通過重啟來恢復系統的工作狀態。而在無線感測器網路的設計中,如果一個節點崩潰,那麼剩餘的節點將按照自組網的思路,重新組成具有新拓撲的自組網。當剩餘的節點不能夠組成新的網路時,這個無線感測器網路就失效了。因此感測器節點的魯棒性是實現無線感測器網路長時間工作重要的保證。更多http://www.big-bit.com/news/list-75.html

⑦ 無線感測器網路為什麼需要定位技術

無線感測網路可以部署在室內的環境,在室內環境中,GPS是無法進行定位的,而且GPS做定位成本不低啊。如果能做到室內使用WSN進行定位,那可以進行更多的應用。舉個例子,森林火災報警,裡面部署了上百個節點,如果用靜態地址來設置,部署會很麻煩,但如果有定位演算法,火災發生後,節點進行報警,那管理員就在通過節點確認火災現場,定位精度不需要高,在50~100米的誤差內就可以接受了。

⑧ WSN定位技術。 我的研究方向是無線感測器網路的定位,不知道以後能找什麼相切合的工作

去無錫唄,業內人士都知道。如果你是個女生,做大學教師也不錯。

⑨ 誰能弄無線感測器網路定位技術研究建立二維平面定位系統模型,實現基於RSSI和TDOA的演算法模擬實驗

沒弄過這個,幫頂~~~~

⑩ 大家有什麼好的無線感測器網路方面的書籍推薦下,希望裡面介紹節點定位技術的多些,在線等!

節點定位技術(5)數據融合技術幾乎熱點問題在這個方面上。你可以多上網看看有什麼不完善的地方。你完善了就能進行設計研究了。 他就是無數個感測