无线网络传感器的研究

无线网络传感器的研究（8篇）

1.无线网络传感器的研究 篇一

2.1 算法相关定理

节点集，若区域内的任一点都不能被内的节点所感知到，则这样的区域称为的覆盖盲区。可以注意到，覆盖盲区有两种类型闭合型与开放型，若组成开放型盲区区域的圆弧之间有交点，则交点也称为盲区顶点。

若一个节点的感知圆的某段圆弧被其任何一个邻居节点的感知圆包含，则称这段圆弧为约束圆弧，否则称为自由圆弧。

【定理1】有一圆心为半径为的圆和顶点为的凹曲边形，设为到的最大距离，即，若满足，则圆必覆盖该凹曲边形区域。

证明：欲证圆覆盖凹曲边形，只需证明圆覆盖顺次连接的相邻顶点所形成的n多边形。设点为n多边形内的任意一点，连接并延长则必交的一边于点,记该条边为，如下图所示。在内易知，又因所以，因此，从而凹曲边形内任意一点到圆心的距离均不大于圆半径，即该圆覆盖凹曲边形，定理得证。

【定理2】若有盲区区域均是传感器节点的邻居集的闭合型覆盖盲区，其顶点分别为，，，， 且是的感知圆内的所有闭合型盲区，节点的传感半径等于其最大传感半径，为节点到，，，的最大距离。如果的感知圆不存在自由圆弧，则的传感半径在由调整为的过程中不会产生集合的覆盖盲区。

证明：因的感知圆不存在自由圆弧，易知在的感知圆内必不存在的邻居集的开放型覆盖盲区区域部分，则的感知圆内仅存在闭合型盲区区域，由定义4可知均为凹曲边形。又由定理1可知，当时的感知圆覆盖，又因故当时必覆盖，即在的传感半径在由改变为的过程中不会产生的覆盖盲区。定理得证。

2.2 传感器感知能力动态调整算法描述

(一)算法思想概述

节点首先根据邻居信息判断其感知圆是否具有自由圆弧，若具有自由圆弧，则传感半径保持不变，仍为最大传感半径，以尽可能多的覆盖其邻居集的覆盖盲区区域。若不存在自由圆弧，则计算节点所有邻居节点感知圆在该节点感知圆内彼此两两相交所构成的交点的集合，将集合中交点的被覆盖次数判断盲区顶点和普通交点，若不存在盲区顶点，则邻居节点能够完全覆盖感知区域，此时，传感半径可以调整为零，否则说明感知圆内包含有邻居集的闭合型盲区,可根据定理2对传感半径进行调整。

(二)算法步骤

具体算法步骤如下：

1) 首先查询邻居节点集NBS的信息，获得所有邻居节点的圆心坐标、当前传感半径等。

2) 检查邻居节点的个数NBS.count 是否小于1，若是则转步骤7，否则转3。

3) 依照判断是否存在自由圆弧的算法判断该节点的感知圆是否存在自由圆弧，若存在则转到步骤7，否则转到4。

4) 计算所有邻居节点的感知圆在本圆内的交点，若不存在交点，即转到步骤6;否则，转到5。

5) 从第4步中获取的交点集合中按查找本圆内盲区顶点集合HolePointsList，若不存在，则转步骤6;若存在，则找出离该节点最远的点到该点的距离d，传感半径调整为，转步骤7;其中为误差控制参数，以免去因误差导致的覆盖盲区。

6) 将节点传感半径调整为零。因此时节点的感知范围区域已被邻居所覆盖。

7) 算法结束。

2.3 邻居集的选取

在传感器感知能力动态调整算法中定义传感器节点A的邻居节点集为，其中为B到A的距离，为A的最大传感半径，为邻居范围控制因子。在进行传感半径调整时，要保证算法中节点的邻居的感知圆和本节点的感知圆是非相离关系，因为相离关系的两个节点不会相互影响到对方的覆盖范围，则只需保证其邻居到该节点的距离不大于该节点2倍最大传感半径，即的取值应满足下式：

当时，这时节点在传感器感知能力动态调整算法中考虑到了所有能对自己的.最大覆盖范围能造成影响的节点，传感器感知能力动态调整算法可以充分利用邻居的信息，调整能得到最佳的效果。

当时，此时，部分节点的感知区域可以覆盖该节点感知区域的一部分，因为这部分节点不包含在该节点的邻居集内，会出现节点感知区域内实际上不存在盲区，但是节点会误认为其感知圆内存在盲区，传感半径调整后出现部分监测区域的重复覆盖现象，这时的调整效果不及。

实验结果显示，当时的调整效果最好，时的效果最差，产生大量不必要的冗余覆盖。

3 仿真与分析

为了检验传感器感知能力动态调整算法的有效性，论文主要从调整效果、能量消耗和覆盖冗余度三个方面对算法进行了模拟实验和分析。首先对本文所用仿真程序做简单的介绍。

3.1 覆盖冗余度

覆盖冗余度是用来衡量监测区域中被传感器节点覆盖区域的覆盖次数。定义为区域中所有节点覆盖范围之和与区域中所有节点的覆盖范围的并集之比值。覆盖冗余度的计算公式为

其中，表示节点的覆盖范围，覆盖冗余度反映了节点对监测区域覆盖的冗余程度，覆盖冗余度越低，节点利用率越高，反之节点利用率越低。

随机布置节点数N分别取{800，1000，1200，1300，1400}五个值时，节点最大传感半径从10变化到30时，调整前和调整后覆盖冗余度的对比情况。

实验结果表明传感器感知能力动态调整算法前，网络的覆盖冗余度会随着最大传感半径的增大而急剧增大，加入传感器感知能力动态调整算法之后，网络的覆盖冗余度随着节点最大传感半径的增大而增大甚少，传感器感知能力动态调整算法应用在具有不同最大传感半径的传感器网络中，对覆盖冗余度的控制也能保持较好的成效。

3.2 能量消耗

本节只分析传感器节点的传感模块的能量消耗，暂时不考虑通信和计算的能耗。假设传感器节点的传感半径调整为零时认为该节点消耗能量也为零。传感器节点的感知模块的耗能与传感半径成正比，，为常量，可看作能量消耗系数。

所有节点的有效覆盖面积即所有节点的覆盖范围的并集为

则调整传感半径前，覆盖区域的平均能量消耗为

而调整传感半径后，覆盖区域的平均能量消耗为

前文已经证明，节点在传感半径调整的过程中不会产生盲区，所以传感半径调整前后，所有节点的有效覆盖面积在理论上是保持不变的。

表1列出了在的区域内随机布置800个节点，各个节点的最大传感半径为15m时，节点传感半径调整前后网络覆盖区域的平均能量消耗。

传感半径调整前后区域平均能量消耗统计

实验次数

调整前平均耗能

调整后平均耗能

1

3.6463

0.6875

2

3.6092

0.7189

3

3.6487

0.7054

4

3.6389

0.7311

从表中实验数据可以看出，传感半径调整后，平均能量消耗比原来减少了大约80%，说明传感器感知能力动态调整算法能够大大减少传感器节点的能量消耗。

4.小结

针对无线传感器网络节点高密度随机部署时，网络的覆盖冗余度过大，大量冗余信息的被感知及其在网络中的传输，会极大浪费网络能量的特点，本文提出了一种能够保证网络覆盖的分布式传感器感知能力动态调整算法。各节点只根据其邻居节点的信息来调整自身的传感半径。算法侧重于保证网络的原始覆盖和连通，在此前提下，尽量减少网络的冗余覆盖，所以传感半径调整后对网络的路由协议的设计不会产生任何影响。

参考文献：

IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine, 1994, 10(4): 102-113.

2.无线网络传感器的研究 篇二

无线传感器网络是由大量具有感知、通信与计算能力的微小传感器节点分布在无人值守的监控区域而构成的, 是一种能够根据环境自主完成指定测控任务的智能化网络系统。利用先进无线网络技术推进移动传感器网络的信息共享、管理和服务, 可以有效解决广域分布、异构信息源的互连互通和互操作问题, 满足企业、政府和军队等部门对信息共享的需求。

在无线传感器网络中, 多个传感器协作完成具体的测控感知任务, 其应用体系结构的基础是通信网络, 核心则是系统的协同运行机制。文献[1-3]分别就上述问题进行了广泛的讨论, 其研究成果和设计理念将有助于展开广泛的通信协同平行式设计, 并允许在协作传感器节点之间进一步拓展感知信息的互操作能力。具体来说, 协同运行机制层面的研究, 不能脱离协同感知应用的通信网络层支持, 本文将通过研究聚类系数等协同应用网络特征参数, 建立适应性的协同分析模型, 从而更好地应用协同机制, 最充分地发挥网络的性能。

1 无线传感器网络的协同问题

无线传感器网络协同的基本内容包括以下几个方面:

(1) 协同资源的使用。偏重于无线传感器网络的性能, 主要指充分利用传感器节点的能量以延长网络的存活时间, 充分利用通信使无线传感器网络解决更多、更复杂的问题。

(2) 协同任务的分配和执行。与无线传感器网络的功能相关, 指如何进行任务的描述、分解、分配、调度与执行, 包括冲突的检测与消除。

(3) 协同信息及信号处理。与环境相关, 指如何进行数据融合以便更好地描述无线传感器网络所处的环境和所面临的任务, 从而给任务的分配与执行提供基本数据。

2 模型的概念和应用背景

在Watts和Strogatz关于小世界网络, 以及Barabfisi和Albert等学者关于无标度网络的开创性工作之后, 人们对存在于不同领域大量实际网络的拓扑特征进行了广泛的实证性研究。在此基础上, 从不同的角度出发提出了复杂网络各种各样的网络拓扑结构模型, 包括规则网络、随机图、小世界网络、无标度网络、等级网络和局域世界演化网络模型。这里, 我们参考文献[5-7], 首先针对无线传感器网络协同应用的复杂性特征, 从平均路径长度、聚类系数和度分布等概念入手进行研究。

无线传感器网络协同感知网络的表示:一个协同感知应用网络可抽象为一个由点集V和边集E组成的图G= (V, E) 。协同传感器节点数记为N=|V|, 边数记为M=|E|。E中每条边都有V中一对协同节点与之相对应。

平均路径长度:网络中两个协同节点i和j之间的距离dij定义为连接这两个节点的最短路径上的边数。任意两个节点之间的距离的最大值称为网络直径, 记为D, 即D=maxdij。网络的平均路径长度L也可称为网络的特征路径长度, 定义为任意两个协同节点之间的距离的平均值, 即

聚类系数:假设网络中的一个协同节点i有ki条边将它和其它节点相连, 这ki个节点就称为i的邻居节点。显然, 在这ki个节点之间最多可能有ki (ki-1) /2条边。而这ki个节点之间实际存在的边数Ei和总的可能的边数之比就定义为节点i的聚类系数Ci, 即Ci=2Ei/[ki (ki-1) ]。整个网络的聚类系数C就是所有协同节点i的聚类系数Ci的平均值。显然, 0≤C≤1。C=0当且仅当所有的节点均为非协同的孤立节点, 即没有任何连接边;C=1当且仅当网络是全局耦合的完全协同网络, 即网络中任意两个节点都直接相连。对于完全随机的含有N个协同节点的情况, 当N很大时, C=O (N-1) , 实际大规模的传感器网络是具有明显的聚类效应的, 根据其协同程度的差异, 聚类系数虽然小于1, 但引入协同机制后将远大于O (N-1) 。

度与度分布:协同节点i的度hi定义为与该节点连接的其它节点的数目。有向协同情况下, 还要定义节点的出度 (outdegree) 和入度 (in degree) 。出度是指从该节点指向其它节点的边的数目。入度是指从其它节点指向该节点的边的数目。

无标度性质:考虑一个概率分布函数f (x) , 如果对任意给定常数a, 存在b使得f (x) 满足如下无标度条件:即f (ax) =b (x) , 则若假定f (1) f′ (1) =0, 必有f (x) =f (1) x-r, r=-f (1) /f′ (1) 。

3 基于无线传感器节点特征的适应度协同应用网络模型

文献[4-7]对无标度模型的网络应用作了深入研究, 由于实际网络常常具有一些非幂律特征, 如指数截断、小变量饱和等。因此, 在无标度模型的基础上, 需要做各种各样的扩展, 其中一些重要的扩展模型都是通过修改模型中的优先连接方式而获得的, 如考虑初始吸引度和非线性优先连接概率等。协同感知应用系统中, 协同节点的度及其增长速度并非只与该节点的存在时间有关, 例如, 多传感器网络中的某些融合处理节点, 如果具有较强的计算能力, 就可以较为容易地把一次随机协同任务受理通过管理报文记录为一个持续的协同处理资源节点, 从而在下一阶段获得大量的协同连接和信息交互应用。那么, 对于诸如协同节点的处理能力、网络预分配的通信带宽、可感知的信息源范围或区域等相关参数, 都是与协同节点的内在性质相关的, 在协同感知应用网络分析过程中有效地利用这些特征, 将加强我们对协同系统的把握。因此, 参考Bianconi和Barabfisi在文献[7]中的思路, 把上述协同特征和性质归纳称为协同节点的适应度 (fitness) , 并据此提出适应度模型 (fitness model) , 相应构造算法如下:

(1) 协同节点增长:从一个具有m0个协同节点的感知应用网络开始, 每次引入一个新的节点并且连到m个已经存在的节点上, 这里m≤m0。每个节点的适应度按分布p (η) 选取。

(2) 基于协同特征的优先连接:一个新节点与一个已经存在的协同节点i相连接的概率Qi, 与节点i的度hi、节点j的度hj和适应度ηi之间满足如下关系:Qi=ηiki/jΣηikj。

在基于节点协同特征的适应度模型中, 优先连接概率与节点的度和适应度之积成正比, 而不是仅与节点的度成正比。这样, 在适应度模型中, 如果一个新加入的协同节点具有通信带宽、处理能力、多信息源等方面较高的适应度特征, 那么该节点就有可能在随后的网络协同演化过程中获取更多的边, 体现出充分利用协同网络主动性的优势。

4 结束语

面向移动传感器的无线网络协同感知应用, 本文基于动态网络的有效性、稳定性需求, 构造了基于无线传感器节点特征的适应度协同应用网络模型, 为进一步研究无线传感器网络协同应用提供了一种有效设计方法。

参考文献

[1]Wang X F, Chen G.Pinning control of scale-free dynamical net-works.Physica A, 2002 (310) :521-531.

[2]Li X, Wang X F.Pinning control of scale-free Chen's networks.The Second Asia-Pacific Workshopon Chaos Control and Synchroniza-tion at Shanghai, 2003.

[3]Li X, Wang X F.Feedback control of scale-free coupled Henon maps.Proceeding of the Eighth International Conference on Control, Automation, Robotics and Vision (ICARCV) at Kunming, China, 2004:574-578.

3.无线网络传感器的研究 篇三

【关键词】无线传感网络；智能电网；通信

引言

无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）将传统的传感器信息获取技术从独立的单一化模式向集成化、微型化、网络化、智能化的方向发展，成为近年来IT 领域重要的研究热点。无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，能够协作地感知和采集网络分布区域内监测对象的信息，并传送给观测者。作为沟通客观物理世界和主观感知世界的载体与桥梁，无线传感器网络提供了一种与以往不同的信息获取和处理技术，是信息感知和采集的一场革命。无线传感器网络凭借其自身的技术特点， 可以被广泛地应用于国防军事、环境监测、城市管理、医疗卫生、工业控制、反恐抗灾等诸多领域。在电力系统自动化领域，已有研究把无线传感器网络应用于远程抄表、负荷预测、变电站自动化、配电网继电保护、配电线路故障定位、输电线路实时监测与预警等方面。这些应用有效地监测了电力系统运行状态，提高了电力系统的运行效率，使得无线传感器网络成为电能生产、传输、分配、消费环节的有益补充。

当前，关于智能电网的文献层出不穷，多集中在智能电网概念、发展历程、体系结构等方面，关于具体实现技术的研究报道很少。要实现智能电网的开放、互动的目标，必须具备一个可靠、高效的通信网络。智能电网的功能覆盖电能传输的各个环节，数据在发电、输电、配电和用户等不同主体及各类应用系统之间的传递必须依靠通信载体。常见的通信载体包括铜芯线、光纤、电力线通信、无线通信等，它们在不同的应用环境下具有各自的优势。

本文将针对智能电网不同应用领域的具体情况，探讨WSN在智能电网中的具体应用，旨在为建设智能电网的通信网络提供一种新的思路。

一、WSN的网络简述

WSN通常是指由一组带有嵌入式处理器、传感器以及无线收发装置的节点以自组织的方式构成的无线网络，通过节点间的协同工作来采集和处理网络覆盖区域中的目标信息。

在这种架构中，传感器节点部署在一个目标区域内部或附近，能够通过自组织方式构成网络。传感器节点测得的信息通过多跳的方式传送到汇聚节点，通过汇聚点连入Internet 或卫星，最后接入任务管理节点。传感器节点是一个具有测量能力、处理能力、存储能力、通信能力的嵌入式系统，兼顾传统网络节点终端和路由的双重功能，不仅进行信息的收集与处理，还要对其他节点转发来的数据进行存储、管理和融合。汇聚节点是拥有较强通信能力、计算能力和丰富资源的系统，它连接传感器网络与Internet 等外部网络，实现两种通信协议之间的转换，负责将管理节点的监控任务下发，并将收集到的数据转发至外部网络，它可以是一个增强功能的传感器节点，也可以是一个没有监测功能的专用网关设备。任务管理节点具有人机界面，可以进行干预、遥控和管理。

二、WSN在输电线路监测中的应用

输电线路监测系统主要采集输电线路的运行环境数据和线路铁塔的运行环境数据等，包括线路温度、湿度、污秽、覆冰、风偏、山火、雷击，铁塔环境温度、应力状况等，并在多信息集成和融合条件下实现线路故障监测及管理，为数字化线路奠定基础。国家电力建设研究所目前已将Crossbow公司开发的无线传感器网络节点部署在高压输电线上，传感器网络网关固定在高压输电塔上，用于监测大跨据输电线路的应力、温度和震动等参数。此外，带有视频采集功能的无线传感器网络节点可以采集现场图像，用于进行灾害预警，实现全网可视化。

三、WSN在设备状态检修中的应用

造成电力行业资产运行维护和管理水平偏低的主要原因之一是设备检修模式滞后。目前，设备检修普遍采用的是一种定期检修策略，多年的生产实践证明，这一策略存在着严重缺陷，如检修不足和检修过剩。因此，设备检修要积极向状态检修过渡，提高资产运行维护和管理水平。IBM 全球企业咨询服务部制定的智能电网白皮书认为，电力行业提高资产运维和管理水平的关键技术是设计一个远程资产监视和控制(remote asset monitoring andcontrol)系统。远程资产监视和控制系统通过传感装置检测到电力设备状态数据，根据检测数据对设备状态进行评估，判断可能出现的故障(比如，通过对变压器油温、油色谱的监测，判断是否出现绝缘裂化)，并提示运行维护人员设备可能存在的不安全因素，依据设备状态，帮助运行维护人员优化设备检修和设备更换时机，减少维修成本和停电时间。

四、WSN 在电力系统故障定位中的应用

自愈是智能电网的主要特征之一，当故障发生时，在没有或少量人工干预下，能够快速隔离故障、自我恢复，避免大面积停电的发生。及时发现故障点并清除故障是构建自愈型智能电网的重要前提。芬兰Helsinki大学电力系统与高压工程实验室的Mikael M. Nordman 博士提出利用在开关站或二级变电站的分支线路上布置能够检测相电流的传感器节点，将传感器节点采集到的相电流信息通过多跳路由的方式发送给网络控制中心，网络控制中心通过比较各节点之间的相电流信息确定故障的位置。该方法能在单相接地后故障信号较弱的情况下有效地定位故障。该定位方法的精度取决于节点的布置密度，节点布置得越多，节点间距离越短，精度越高。

结论

本文对无线传感器网络在智能电网中的应用进行了研究，并分析了需要解决的主要技术问题。从无线传感器网络在电力系统中的研究现状看，已经取得了一定的研究成果，但还没有在大规模实际应用中检验。本文就WSN在智能电网中的一些实际应用业务进行了初步探讨。相信随着智能电网建设的推进，WSN 将具有更加广阔的应用舞台。针对实际应用情况，WSN中诸如拓扑控制、能量管理、路由算法、网络安全等关键技术问题，将随着智能电网建设的深入而逐步得到解决。

参考文献：

[1]孙利民,李建中,陈渝,等.无线传感器网络[M].北京:清华大学出版社,2005:1-5．

[2]王殊,阎毓杰,胡富平,等.无线传感器网络的理论及应用[M].北京:北京航空航大大学出版社,2007.

[3]苗世洪,谌小莉,刘沛,等.基于无线传感器网络的配电线路故障定位方案[J].电力系统自动化,2008,32(20):61-66.

4.无线网络传感器的研究 篇四

所谓的无线传感器网络是具有感知能力、计算能力和通信能力的无线传感器网络（WSN, wireless sensor networks）综合了传感器技术、嵌人式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，获得详尽而准确的信息，传送到需要这些信息的用户。是一种无中心节点的全分布系统。通过随机投放的方式，众多传感器节点被密集部署于监控区域。这些传感器节点集成有传感器、数据处理单元、通信模块和能源单元，它们通过无线信道相连，自组织地构成网络系统。其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中

被监测对象的信息并发送给观察者。

无线传感器网络集传感器技术、微机电系统（MEMS）技术、无线通信技术、嵌入式计算技术和分布式信息处理技术于一体，因其广阔的应用前景而成为当今世界上备受关注的、多学科高度交叉的热点研究领域。由于WSN的巨大应用价值，它已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的广泛关注，被广泛地应用于军事，工业过程控制、国家安全、环境监测等领域。哈尔滨工业大学的李建中教授将WSN定义为：WSN是由一组传感器节点以自组织的方式构成的有线或无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并发布给观察者。如下图，从软件上看，它借助于节点中内置传感器有效探测所处区域的物理参数，并通过无线网络将探测信息传送到数据汇聚中心进行处理、分析和转发。

目前，传感器网络已经获得了广泛的应用，可以说已经覆盖了社会的各个领域。本文选择其中几个重要的领域简单介绍一下。

1.军事防御：军事传感器网络探测和获取敌军情报。由于战场情况复杂，如果靠人去收集敌方情报是很危险的，而通过将传感器网络放置在敌军阵地却可以安全地获得精确的信息，同时也不容易被敌军察觉。在士兵、装备及军火上加装传感器以供识别，分清敌我，防止误打。监控战场上的状态。通过飞机空投等方式将大量廉价微型的传感器节点散布在预定区域，通过这些传感器节点实时监测周围环境的变化，并将监测到的数据通过卫星信道等方式发回基地，这样就可以实时地监控战场上的状态。跟踪射击对象的位置。通过传感器节点对射击对象的跟踪、定位，实现精确制导。探测及判定化学、生物、放射、核子等物质和攻击。利用传感器网络及时、准确地判断是否有生化武器及核武器的攻击，确定生化源、爆炸中心的位置，为军队提供反应时间，从而最大可能地减小伤亡。

2.环境监测：目前的环境状况逐渐恶化，已引起人们广泛的关注。加强对环境的研究，防止进一步的恶化，具有重大的意义。环境监测主要包括以下几个方面：监测平原、森林、海洋等的环境变化；提供遭受化学污染的位置并检定出化学污染的种类，避免工作人员冒险进入受污染区域；灾害判定；监测空气污染、水污染及土壤污染；生态上的监控，例如生物栖息地与觅食习惯。

3.医疗卫生 ：佩戴在病人身上，对血压、心率等各项健康指标进行实时监测；作为隔离病房的监控设备，减少医生护士进病房的次数。

4.反恐抗灾：美国911事件的发生，使反恐成为各国普遍关注的问题。反恐问题主要是要及时的收集信息，加强对周围环境的监测，能够及时有效地应对突发事件，将传感器网络技术应用于反恐问题，可以有效地放置恐怖袭击事件的发生。另外还有在工业制造、交通控制、空间探索、能源、食品安全等领域中的应用，在此不一一赘述。

总的来说，未来的传感器网络主要有以下几个发展方向：

（1）节点微型化。利用现在的微机电、微无线通信技术，设计微体积、长寿命的传感器节点是一个重要的研究方向。伯克利大学研制的尘埃传感器节点，把传感器的大小降低到一个立方毫米，使这些传感器颗粒可以悬浮在空中。

（2）寻求系统节能策略。无线传感器网络应用于特殊场合时，电源不可更换，因此功耗问题显得至关重要。现在国内外在节点的低功耗问题上已经取得了很大的研究成果，提出了一些低功耗的无线传感器网络协议，未来将会取得更大的进步。

（3）低成本。由于传感器网络的节点数量非常大，往往是成千上万个。要使传感器网络达到实用化，要求每个节点的价格控制在1美元以下，而现在每个传感器节点的造价大约在80美元左右。如果能够有效地降低节点的成本，将会大大推动传感器网络的发展。

（4）传感器网络安全性问题和抗干扰问题。与普通的网络一样，传感器网络同样也面临着安全性的考验，即如何利用较少的能量和较小的计算量来完成数据加密、身份认证等。在破坏或受干扰的情况下可靠地完成执行的任务，也是一个重要的研究课题。

（5）节点的自动配置。未来将着重于研究如何将大量的节点按照一定的规则组成一个网络。当其中某些节点出现错误时，网络能够迅速找到这些节点，并且不影响到网络的正常使用。配置冗余节点是必要的。

5.无线网络传感器的研究 篇五

一种面向无线传感器网络节点安全的成簇机制

无线传感器网络容易受到节点欺骗和虚假信息的影响造成所采集信息的安全问题,正常节点可能被占领而变为恶意节点,从而给网络带来不利影响.研究并提出了面向传感器网络的节点安全成簇机制,采用基本的随机密钥预分配模型和有效的密钥管理技术实现网络在成簇阶段进行恶意节点的识别和剔除;同时,增加节点和簇头的.安全认证以及重新分簇方法增强节点的安全性.仿真结果表明该成簇机制能够准确捕捉、剔除恶意节点,并能显著降低网络中的广播能耗,对延长网络寿命将起到积极作用.

作 者：崔屏 胡向东 作者单位：重庆邮电大学自动化学院,重庆,400065刊 名：数字技术与应用英文刊名：DIGITAL TECHNOLOGY AND APPLICATION年，卷(期)：2010“”(1)分类号：U关键词：无线传感器网络 节点安全 成簇机制 身份认证

6.无线传感器网络实验感想 篇六

本次实验我们进行的是无线传感器网络综合实验。在实验中，我们小组成员学习了无线传输的基本原理，合作完成实验系统的安装、调试与数据分析，在这一过程中我受益良多。

无线传感器网络系统是基于ZigBee技术。ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。

现在无线传感网络技术广泛用于很多方面，如农业物联网、工业自动化以及智能家居等。无线传感的使用使传感器和自动化技术得到了空前的发展，并给人们的生活带来了很大的便利。

我们平时的实验课更多注重对理论的验证，但是没有创新性和自主研发性，虽然这次的实验我们大部分也是照着实验说明书进行连接、烧录程序、演示等，但是此次的实验增加了我对电子设计的浓厚兴趣。只要有兴趣，我相信化兴趣为动力，我肯定能更加努力加强电子专业的学习，努力提高专业素养。

当然实验中还有注重团队的协作，我们分工明确，合作愉快，因此更快、更好地完成了实验。现在的项目工程，凭一己之力几乎不可能完成，所以企业也十分注重员工的团队意识，我们想要进入好的企业，对这块不能等闲视之，必须加以重视。

7.无线传感器网络路由策略的研究 篇七

关键词：无线的传感器网络,生成树,路由策略

0 引言

无线传感器网络是目前计算机领域较为流行的一种新兴技术,在当前的国际领域备受关注,涉及到多个学科的高度交叉,其重视高度集成,也综合了传感器技术、嵌入式的计算技术以及分布式的信息处理技术等高科技技术,但是,由于无线的传感器网络通常需要在环境较为恶劣,人类难以接近的地带运行,无法随时受到人为的操作和指挥,网络中的节点数目非常庞大分布也广泛,每个节点控制的区域有限,其通信能力与计算能力都有很大的局限性,而且节点通常又只携带有限的无法补充的能量,因此,无线的传感器网络就需要具备较低的能耗、易扩展、较高的环境适应能力以及较高的实时性等特点,而要获得这些能力,就需要一种简单而高效的路由策略,以延长网络的生命周期。本文将对无线的传感器网络的路由策略进行详细的分析和研究。

1 无线传感器网络理由处理的基本概况

无线的传感器网络是由大量的低成本、具备感知能力、低能耗、通信能力强、多功能的微型传感器,通过无线通信,相互协作而构成的,该网络可以很好的协作、感知、采集与处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息,并向客户发布。因此,无线的传感器网络可以当做是传感器与传感器、传感器与客户之间的一种通信手段。

目前,国内外对无线的传感器网络这种新兴的,前景极为广阔的技术有着多个领域的深入研究和探讨,而其网络的路由协议就是其中一种极为重要的研究方向。然而,由于目前无线的传感器网络尚处于初级阶段,其路由协议就更是处于研究阶段,国际上还没有统一的标准,也没有一致的准则,已经成形而且大量投入使用的路由策略暂时还没有出现。

在无线的传感器网络中,路由协议的性能会对整个网络的性能产生直接的影响,伴随着近年以来无线的传感器网络的快速扩展应用,根据具体的应用情况设计出对应的路由就显得极为有必要,也对提高无线的传感器网络的工作效率起到至关重要的作用。通过总结无线的传感器网络的协议设计经验,设计出简单而高效的无线的传感器网络路由协议是当前我们发展无线的传感器网络的当务之急,也具备十分重要的理论意义与实践价值。

当然,无线的传感器网络路由策略设计会受到较多因素的影响,首先要考虑其节能性,而且要从整体网络系统的高度,根据实际的具体应用背景,来综合考虑网络能量的使用均衡,以达到延长整个网络的寿命的最终目的。目前,已经有很多研究人员运用多种策略来对无线的传感器的网络路由进行设计,也提出丰富多彩的路由协议设计,不过这些协议大多都还存在一定的局限性。

2 无线传感器网络路由的基本特点及其策略的要求

要探讨无线的传感器网络路由的策略就一定要对无线的传感器网络有基本的了解,再针对其特点去设计策略,具体而言无线的传感器网络结构具备以下几个特点:(1)没有基础网络设施的支持。与常规的通信网络相比较,无线的传感器网络不需要基础网络设备的支持就可以在任何的时刻与地点,快速的构建一个移动的通信网络,其建立可以实现快速、独立与灵活等特点,常常运用于突发事故的救灾与偏远地区的通信等情况。(2)网络的规模较大,节点的密度较高。要获取更加精确的数据信息,并保证网络的高度可用性与生存能力,我们会在无线网络的监测区域内部署数目可观的传感器节点,规模极大,而且网络的密度也很高,系统也具备较强的容错性能,检测盲区较少。(3)节点的能量存储、计算能力以及存储容量都是有限的。无线的传感器网络节点属于微型的嵌入式设备,其能量来自于电池的供给。而网络中节点在进行监测、数据处理和通信等工作的过程一般要消耗很多的能量,这对网络的寿命带来极大的威胁,也无法进行大量的复杂计算与数据存储。(4)自组织的网络。无线的传感器网络节点的部署一般会采用飞行器布撒似的随机方式,无法预先设定精确的节点位置,因此无线传感器一定更要具备自组织网路的能力,要在无人干预情况下,自动的进行网络配置与管理。

而无线传感器网络的路由协议又具备以下几个特点:(1)从路由的策略类型上来看,属于一种被动的路由协议;而从其逻辑的拓扑结构上来看,属于一种层次式的路由协议,而且也是一种多路径的路由协议。(2)网络节点低能量,对于一次性随意部署的无线传感器节点而言,对其进行维护与更换能源的可能性较小等特点使得节能成为无线传感器网络路由协议一个极为重要的设计优化目标。(3)规模较为庞大,无线传感器网络庞大的规模也就要求我们的路由协议一定要具备较高的可扩展性。其网络应该可以支持成千上万个节点,而且路由协议的收敛时间、路由的发现时间等都更长,但是网络拓扑维持不变的间隔却变得更短。(4)拓扑变化性较强,无线传感器的路由协议一定要能够适应极为快速的拓扑变化,在适应高度的拓扑时变的同时,也不会造成过多的协议开销或者路由发现延迟。

由以上分析总结可知,一个合格的无线传感器网络的路由策略协议必须具有以下这些特征:(1)资源的有效性。无线的传感器网络节点的能量有限,且无法进行能量补充要求路由协议一定能高效的利用能量,实现资源有效性的最大化。(2)可扩展性。由于网络检测区域范围或者节点密度的不同,就极易造成网络大小的不同,而且新节点的加入,节点的休眠或者能量的耗尽等情况都会使网络的拓扑结构发生动态的变化,这就需要我们的路由机制具备良好的扩展性。(3)数据的融合能力。在无线网络中,只有当节点可以很快地实现数据的分类与融合,才能大大减少数据的传输量,尽量减小网络的开销。(4)随机选路的机制。在很多网络路由协议中,都没有充分考虑容错性。但是如果在路由的算法中,具备随即选路机制,在同等条件时可以选择多条路径,也就会大大的减少因为某以条路径的出错而导致的能量损失或者延迟。(5)动态的设置能量与时延门限值。在网络路由协议中,要设置合理的网络节点发送、中继数据的能量以及时延门限值,针对网络内部的能量均衡,延长无线传感器网络的生存寿命有着非常重要的作用。随着感知技术、通讯技术和计算技术的飞速发展,传感器网络受到了越来越多的关注,也出现了很多无线的传感器网络中的路由层协议。

3 现行的几种无线传感器网络的路由技术及其比较

根据网络结构的差异,我们一般将无线的传感器网络中的路由协议分为平面的路由协议、层次化的协议以及地理位置的路由协议等,而根据协议算法的差异,可以分为基于多路选择的路由协议、基于查询的路由协议、基于协商的路由协议以及基于QoS的路由协议等;根据路由工程的启动过程差异,可以分为主动式的路由协议、反应式的路由协议以及混合式的路由协议。

以下具体介绍几类路由协议:

3.1 平面路由协议

在平面路由协议中,所有的节点都不分层次,是传感器网络中应用最原始、最简单的协议,无需任何路由算法,而且也不需要对网络的拓扑结构进行维护,这种路由协议无法适应复杂的危险传感器网络路由传输,只能运用于较简单的网络中。这种路由协议的代表是Flooding协议和Gossiping协议。SPIN协议则可以对数据的数据核进行高度的描述,并以此命名,其通信模式是点到点的模式,很好的解决了内爆、重叠以及与资源无关等一系列问题,所有的节点都只需要清楚它的一跳邻居即可。定向扩散则是通过命名的方式来实现数据的分发的平面路由协议。

3.2 层次化的路由协议

此类协议会将每一个节点集中力,将它们分为若干个簇,每个簇都选举一个簇头。再由簇头对簇内的节点进行调节。最早的这类协议是LEACH协议。但是LEACH协议无法选举均匀的簇头分布,而且其动态成簇过程也会增加网络中额外的开销。而TEEN协议是一种主动型的传感器网络路由,比LEACH协议更有效。还有一些基于位置的路由协议也属于层次化的路由协议。

3.3 基于QoS的路由协议

在未来的无线传感器网络路由研究中,对路由层中具备QoS的保障能力、节点的移动能力等条件下的路由协议应该加大关注力度。因为具备QoS的保障能力的路由协议,一方面可以为我们提供能量的有效选路,而且也可以确保带宽的有效性。其应用范围也很广泛,诸如战争时期对目标的实时跟踪、突发事件的触发等都可以用到QoS路由。

无线的传感器网络中的路由研究是近年来计算机研究领域的一个关注重点和焦点,但是很多现行的路由协议大多还存在很大的缺陷,而且都有一定的相互关系,很多路由协议也是基于同一个考虑重点而设计的。在众多的路由策略中,我们根本无法明确的去说哪个协议更好,哪个协议很差,只能说路由与具体的网络应用有着非常密切的关系,只有最适合具体网络应用的协议才是最好的路由协议。

参考文献

[1]沈二琳,李德其.无线的传感器网络的模型和路由研究[J].广西计算机信息,2010.26:74-77.

[2]王永芝,季磊.一种无线的传感器网络的路由策略研究[J].安庆师范学院学报,2009.8,1(l3):56-59.

[3]陆乾容,杜少敏.无线的传感器网络研究进展[J].中国计算机研究,2008.5:12-23.

[4]许娟,刘军燕.传感器网络及其数据管理的概念、问题与进展[J].软件学报,2009.8,1(l3):56-59.

[5]钟桓昌.无线Ad hoc网络及其路由研究难点[J].中国计算机研究,2007,(5):46-57.

[6]刘光耀,冯凡卡.刘军.一种WSN的非一致性数据故障检测机制[J].软件学报,2010.12:112-115.

8.无线网络传感器的研究 篇八

关键词：遥控台管理;无线传感器网络;ZigBee

中图分类号：TN925.93     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2014）35-0068-01

随着我国民航事业的迅猛发展，航空飞行流量不断增加，航空管理难度越发加大，极大地促进了中国民用航空交通管理水平的提高和进步，航空管制部门对于设备运行稳定程度的要求也越来越大。根据《民航空管通信系统设备配置规范》，要求甚高频、雷达、导航通信信号在每个扇区至少有两个台站共同覆盖，在某些重要航线、航路店更要求达到三重覆盖，甚高频、雷达、导航遥控台管理成为保障中一个及其重要环节。本文通过建立一个基于ZigBee无线传感器网络的遥控台综合管理系统，以达到对遥控台的全方面管理，实时了解遥控台的运行状态，为设备保障部门及时做好紧急情况下的应急处置措施打下良好的信息基础。

1  遥控台管理现状

目前，就民航华东地区甚高频遥控台来看，上海区域管制中心现共使用25个遥控台站。遥控台管理现状可以分为以下几个方面。

1.1  部分遥控台通行不便，故障响应时间过长

由于部分遥控台位于山上或者军区管理范围内，通行极为不便，例如：武夷山遥控台。

1.2  现有的遥控台管理手段无法全面了解遥控台状态

虽然甚高频设备RCMS监控信号均引接至上海，但除年维护或者设备巡检时可全面了解遥控台状态外，其他时间内无法实时全面了解其运行状态。本文旨在构建一个实时、准确、完善的遥控台综合管理系统，达到对遥控台全方位监控的目的。

2  遥控台综合管理系统功能框架

遥控台综合管理系统主要有四个功能区，下文详细分析。

2.1  监控系统

视频监控：由视频采集单元实现，提供回放功能;安保：由门禁单元实现;电力：断电直接发送告警信号;温度湿度：由相应的温度湿度传感器采集;消防：由烟雾传感器采集消防信息;所有采集信号由ZigBee短距离传输单元发送至监控终端。

2.2  信息系统

遥控台综合管理，包括每周信息通报、停机通知上报及批复情况、实时故障发生后值班人员现场确认、维护记录以及遥控台设备备件统计、缺件上报等。

2.3  管理系统

用户权限设定、视频回放、待办事宜提醒、历史事件查询、上级发文确认等。

2.4  告警系统

发生火情、电力中断、非法闯入等事件发送告警信息至本地监控端和区管总监控端，同时通过GPRS网络，告警信息发送至当地负责人手机，达到告警信息实时传递。

3  遥控台综合管理系统网络构架

遥控台综合管理系统创新的采用了无线（GPRS无线网络）和有线（Internet）双网传输的模式，遥控台端采用ZigBee+传感器采集信号经过ZigBee基站传送至监控服务器，所有信息区管总监控端汇总显示。告警信号通过GPRS网络发送至手机终端，同时在遥控台监控端和区管总监控端显示。

4  ZigBee无线传感器网络功能实现

4.1  ZigBee协议栈与网络拓扑结构

ZigBee是一种低功耗、低速率、低成本、低复杂度的短距离双向无线通信技术，主要而向消费电子、家居和楼宇自动化、工业控制、计算机外设、医疗护理等领域的应用。ZigBee协议栈是参考标准的开放系统互连模型而设计的，主要包括物理层、媒质访问控制层、网络层和应用层。物理层和媒质访问控制层规范来自IEEE802.15.4标准，它定义了在无线个人局域网络（WPAN）内部使用低数据速率、低功耗和低复杂度的短距离射频设备进行数据通信的协议和互操作性。以此为基础，ZigBee联盟制定了上层协议——网络层和应用层规范。ZigBee的协议栈的层次结构如图1所示，ZigBee支持3种典型的网络拓扑结构，分别是星形网络、簇状网络和网状网络，如图2所示。

4.2  ZigBee技术特点

ZigBee作为无线传输领域中的新兴技术标准有其独特之处，具有以下特点。

4.2.1  成本低

通过大幅简化协议（不到蓝牙的1/10），降低了对通信控制器的要求，ZigBee协议免专利费。

4.2.2  功耗低

由于工作周期很短、收发信息需要的能量少、并且采用了休眠模式。

4.2.3  可靠性高

采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输机制，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。

4.2.4  时延短

针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。

4.2.5  网络容量大

一个ZigBee网络可以容纳最多254个从设备和一个主设备。

由于以上技术特点，和其他无线通信协议相比，ZigBee在工业和家庭控制领域具有无可比拟的优势，它在带宽、传输距离、功耗以及成本之间取得了比较好的平衡。因此我们选用ZigBee作为遥控台综合管理系统网络的无线通信协议。ZigBee节点可以通过传感器采集消防、门禁、电力、温度等信号，传输至监控终端达到集中综合监控的目的。

5  结  语

随着我国民航事业的蓬勃发展，各地飞行流量均有阶跃性的增加，通信、雷达、导航遥控台安全可靠稳定的运行，对保证飞机飞行安全、实现管制扇区内飞机高质量通信等方面具有重大的意义，遥控台综合管理系统的建立实现遥控台的实时化监控，消除了因遥控台运行信息缺乏而导致发生事故，为设备保障部门及时了解运行状态，在紧急情况下做好应急措施打下良好基础。

参考文献：

[1] 李晓帆，刘天生.基于Zigbee无线传感器网络技术的煤矿安全监测系统[J].机械管理开发，2009，（3）.

摘  要：文章针对通信、雷达、导航遥控台综合管理现状，提出建立一个基于ZigBee无线传感器网络的遥控台综合管理系统，实时了解遥控台状态，达到消防、电力、安保、信息传递等多方面综合管理的目的。此管理系统采用ZigBee这种低功耗、低速率、低成本、低复杂度的短距离双向无线通信新技术，实现全方位信息传递功效。此系统的建立为设备保障部门在紧急情况下及时做好应急措施打下良好的信息基础。

关键词：遥控台管理;无线传感器网络;ZigBee

中图分类号：TN925.93     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2014）35-0068-01

随着我国民航事业的迅猛发展，航空飞行流量不断增加，航空管理难度越发加大，极大地促进了中国民用航空交通管理水平的提高和进步，航空管制部门对于设备运行稳定程度的要求也越来越大。根据《民航空管通信系统设备配置规范》，要求甚高频、雷达、导航通信信号在每个扇区至少有两个台站共同覆盖，在某些重要航线、航路店更要求达到三重覆盖，甚高频、雷达、导航遥控台管理成为保障中一个及其重要环节。本文通过建立一个基于ZigBee无线传感器网络的遥控台综合管理系统，以达到对遥控台的全方面管理，实时了解遥控台的运行状态，为设备保障部门及时做好紧急情况下的应急处置措施打下良好的信息基础。

1  遥控台管理现状

目前，就民航华东地区甚高频遥控台来看，上海区域管制中心现共使用25个遥控台站。遥控台管理现状可以分为以下几个方面。

1.1  部分遥控台通行不便，故障响应时间过长

由于部分遥控台位于山上或者军区管理范围内，通行极为不便，例如：武夷山遥控台。

1.2  现有的遥控台管理手段无法全面了解遥控台状态

虽然甚高频设备RCMS监控信号均引接至上海，但除年维护或者设备巡检时可全面了解遥控台状态外，其他时间内无法实时全面了解其运行状态。本文旨在构建一个实时、准确、完善的遥控台综合管理系统，达到对遥控台全方位监控的目的。

2  遥控台综合管理系统功能框架

遥控台综合管理系统主要有四个功能区，下文详细分析。

2.1  监控系统

视频监控：由视频采集单元实现，提供回放功能;安保：由门禁单元实现;电力：断电直接发送告警信号;温度湿度：由相应的温度湿度传感器采集;消防：由烟雾传感器采集消防信息;所有采集信号由ZigBee短距离传输单元发送至监控终端。

2.2  信息系统

遥控台综合管理，包括每周信息通报、停机通知上报及批复情况、实时故障发生后值班人员现场确认、维护记录以及遥控台设备备件统计、缺件上报等。

2.3  管理系统

用户权限设定、视频回放、待办事宜提醒、历史事件查询、上级发文确认等。

2.4  告警系统

发生火情、电力中断、非法闯入等事件发送告警信息至本地监控端和区管总监控端，同时通过GPRS网络，告警信息发送至当地负责人手机，达到告警信息实时传递。

3  遥控台综合管理系统网络构架

遥控台综合管理系统创新的采用了无线（GPRS无线网络）和有线（Internet）双网传输的模式，遥控台端采用ZigBee+传感器采集信号经过ZigBee基站传送至监控服务器，所有信息区管总监控端汇总显示。告警信号通过GPRS网络发送至手机终端，同时在遥控台监控端和区管总监控端显示。

4  ZigBee无线传感器网络功能实现

4.1  ZigBee协议栈与网络拓扑结构

ZigBee是一种低功耗、低速率、低成本、低复杂度的短距离双向无线通信技术，主要而向消费电子、家居和楼宇自动化、工业控制、计算机外设、医疗护理等领域的应用。ZigBee协议栈是参考标准的开放系统互连模型而设计的，主要包括物理层、媒质访问控制层、网络层和应用层。物理层和媒质访问控制层规范来自IEEE802.15.4标准，它定义了在无线个人局域网络（WPAN）内部使用低数据速率、低功耗和低复杂度的短距离射频设备进行数据通信的协议和互操作性。以此为基础，ZigBee联盟制定了上层协议——网络层和应用层规范。ZigBee的协议栈的层次结构如图1所示，ZigBee支持3种典型的网络拓扑结构，分别是星形网络、簇状网络和网状网络，如图2所示。

4.2  ZigBee技术特点

ZigBee作为无线传输领域中的新兴技术标准有其独特之处，具有以下特点。

4.2.1  成本低

通过大幅简化协议（不到蓝牙的1/10），降低了对通信控制器的要求，ZigBee协议免专利费。

4.2.2  功耗低

由于工作周期很短、收发信息需要的能量少、并且采用了休眠模式。

4.2.3  可靠性高

采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输机制，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。

4.2.4  时延短

针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。

4.2.5  网络容量大

一个ZigBee网络可以容纳最多254个从设备和一个主设备。

由于以上技术特点，和其他无线通信协议相比，ZigBee在工业和家庭控制领域具有无可比拟的优势，它在带宽、传输距离、功耗以及成本之间取得了比较好的平衡。因此我们选用ZigBee作为遥控台综合管理系统网络的无线通信协议。ZigBee节点可以通过传感器采集消防、门禁、电力、温度等信号，传输至监控终端达到集中综合监控的目的。

5  结  语

随着我国民航事业的蓬勃发展，各地飞行流量均有阶跃性的增加，通信、雷达、导航遥控台安全可靠稳定的运行，对保证飞机飞行安全、实现管制扇区内飞机高质量通信等方面具有重大的意义，遥控台综合管理系统的建立实现遥控台的实时化监控，消除了因遥控台运行信息缺乏而导致发生事故，为设备保障部门及时了解运行状态，在紧急情况下做好应急措施打下良好基础。

参考文献：

[1] 李晓帆，刘天生.基于Zigbee无线传感器网络技术的煤矿安全监测系统[J].机械管理开发，2009，（3）.

摘  要：文章针对通信、雷达、导航遥控台综合管理现状，提出建立一个基于ZigBee无线传感器网络的遥控台综合管理系统，实时了解遥控台状态，达到消防、电力、安保、信息传递等多方面综合管理的目的。此管理系统采用ZigBee这种低功耗、低速率、低成本、低复杂度的短距离双向无线通信新技术，实现全方位信息传递功效。此系统的建立为设备保障部门在紧急情况下及时做好应急措施打下良好的信息基础。

关键词：遥控台管理;无线传感器网络;ZigBee

中图分类号：TN925.93     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2014）35-0068-01

随着我国民航事业的迅猛发展，航空飞行流量不断增加，航空管理难度越发加大，极大地促进了中国民用航空交通管理水平的提高和进步，航空管制部门对于设备运行稳定程度的要求也越来越大。根据《民航空管通信系统设备配置规范》，要求甚高频、雷达、导航通信信号在每个扇区至少有两个台站共同覆盖，在某些重要航线、航路店更要求达到三重覆盖，甚高频、雷达、导航遥控台管理成为保障中一个及其重要环节。本文通过建立一个基于ZigBee无线传感器网络的遥控台综合管理系统，以达到对遥控台的全方面管理，实时了解遥控台的运行状态，为设备保障部门及时做好紧急情况下的应急处置措施打下良好的信息基础。

1  遥控台管理现状

目前，就民航华东地区甚高频遥控台来看，上海区域管制中心现共使用25个遥控台站。遥控台管理现状可以分为以下几个方面。

1.1  部分遥控台通行不便，故障响应时间过长

由于部分遥控台位于山上或者军区管理范围内，通行极为不便，例如：武夷山遥控台。

1.2  现有的遥控台管理手段无法全面了解遥控台状态

虽然甚高频设备RCMS监控信号均引接至上海，但除年维护或者设备巡检时可全面了解遥控台状态外，其他时间内无法实时全面了解其运行状态。本文旨在构建一个实时、准确、完善的遥控台综合管理系统，达到对遥控台全方位监控的目的。

2  遥控台综合管理系统功能框架

遥控台综合管理系统主要有四个功能区，下文详细分析。

2.1  监控系统

视频监控：由视频采集单元实现，提供回放功能;安保：由门禁单元实现;电力：断电直接发送告警信号;温度湿度：由相应的温度湿度传感器采集;消防：由烟雾传感器采集消防信息;所有采集信号由ZigBee短距离传输单元发送至监控终端。

2.2  信息系统

遥控台综合管理，包括每周信息通报、停机通知上报及批复情况、实时故障发生后值班人员现场确认、维护记录以及遥控台设备备件统计、缺件上报等。

2.3  管理系统

用户权限设定、视频回放、待办事宜提醒、历史事件查询、上级发文确认等。

2.4  告警系统

发生火情、电力中断、非法闯入等事件发送告警信息至本地监控端和区管总监控端，同时通过GPRS网络，告警信息发送至当地负责人手机，达到告警信息实时传递。

3  遥控台综合管理系统网络构架

遥控台综合管理系统创新的采用了无线（GPRS无线网络）和有线（Internet）双网传输的模式，遥控台端采用ZigBee+传感器采集信号经过ZigBee基站传送至监控服务器，所有信息区管总监控端汇总显示。告警信号通过GPRS网络发送至手机终端，同时在遥控台监控端和区管总监控端显示。

4  ZigBee无线传感器网络功能实现

4.1  ZigBee协议栈与网络拓扑结构

ZigBee是一种低功耗、低速率、低成本、低复杂度的短距离双向无线通信技术，主要而向消费电子、家居和楼宇自动化、工业控制、计算机外设、医疗护理等领域的应用。ZigBee协议栈是参考标准的开放系统互连模型而设计的，主要包括物理层、媒质访问控制层、网络层和应用层。物理层和媒质访问控制层规范来自IEEE802.15.4标准，它定义了在无线个人局域网络（WPAN）内部使用低数据速率、低功耗和低复杂度的短距离射频设备进行数据通信的协议和互操作性。以此为基础，ZigBee联盟制定了上层协议——网络层和应用层规范。ZigBee的协议栈的层次结构如图1所示，ZigBee支持3种典型的网络拓扑结构，分别是星形网络、簇状网络和网状网络，如图2所示。

4.2  ZigBee技术特点

ZigBee作为无线传输领域中的新兴技术标准有其独特之处，具有以下特点。

4.2.1  成本低

通过大幅简化协议（不到蓝牙的1/10），降低了对通信控制器的要求，ZigBee协议免专利费。

4.2.2  功耗低

由于工作周期很短、收发信息需要的能量少、并且采用了休眠模式。

4.2.3  可靠性高

采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输机制，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。

4.2.4  时延短

针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。

4.2.5  网络容量大

一个ZigBee网络可以容纳最多254个从设备和一个主设备。

由于以上技术特点，和其他无线通信协议相比，ZigBee在工业和家庭控制领域具有无可比拟的优势，它在带宽、传输距离、功耗以及成本之间取得了比较好的平衡。因此我们选用ZigBee作为遥控台综合管理系统网络的无线通信协议。ZigBee节点可以通过传感器采集消防、门禁、电力、温度等信号，传输至监控终端达到集中综合监控的目的。

5  结  语

随着我国民航事业的蓬勃发展，各地飞行流量均有阶跃性的增加，通信、雷达、导航遥控台安全可靠稳定的运行，对保证飞机飞行安全、实现管制扇区内飞机高质量通信等方面具有重大的意义，遥控台综合管理系统的建立实现遥控台的实时化监控，消除了因遥控台运行信息缺乏而导致发生事故，为设备保障部门及时了解运行状态，在紧急情况下做好应急措施打下良好基础。

参考文献：