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1、无线传感器网络基于温湿度传感器物联网应用实时数据处理 系 别 专 业 班 级 学 号 组 次 姓 名 指导教师 评定成绩 起止日期 2012年 10 月至 2013 年 10 月目录目录一 绪论-1.1 研究背景-1.2 国内外研究现状-1.3 项目研究内容-1.4 本文结构-二 无线传感器网络简介-2.1 无线传感器网络简述-2.2 无线传感器网络的特点和挑战-2.3 无线传感器网络与传统网络的实时性研究比较-2.31 与有线网络比较-2.32 环境传感器的简介2.4 实验仿真平台简介-2.5 本章小结-三 CSMA/CA 和 ZIGBEE四四 系统应用设计系统应用设计 4.1 1开发环境
2、4.2开发内容4.3 . 网络括扑图4.4.数据采集 4.54.5 TinyOS 无线传感器网络操作系统分析无线传感器网络操作系统分析4.64.6 tinyos 系统控制 4.7 nesC 语言4.8 TinyOS 系统的工作原理4.9 组件模型4.10 主动消息通信4.11. zigbeX Mote 设备套件以外的功能选项设备五 .开发内容和传输机制5.1 开发内容 5.25.2 数据传输机制 5.3 技术路线 5.4 传感器数据处理 5.5 传感器节点烧录 六 设置开发环境6.1 .数据采集及 A/D 转换电路 6.2 .CC2420 无线通信电路6.3 .CC2420 无线通信电路6.4
3、. zigbex 服务器（HBEEMPOS II）6.5 .针对 zigbex 的应用程序安装6.6 .TinyOS 和 Nesc6.7 .JAVA 应用程序（tinyos 的串行通信消息格式）6.8.6.8. 路由协议应用路由协议应用七七 C#C#平台的数据采集平台的数据采集7.17.17.27.27.37.3八八 系统调试及实地应用系统调试及实地应用1 12 23 3九温度和湿度传感器控制九温度和湿度传感器控制1 12 23 3十十 总结与展望总结与展望123主要符号表 CW Contention Window 竞争窗口 PQ Priority Queuing 优先级调度 SD Slow
4、CW Decrease CW 慢速递减算法 AOB Asymptotically Optimal Backoff Algorithm 渐进最优退避算法 BEB Binary Exponential Backoff 二进制指数退避 MAC Media Access Control 介质访问控制 QoS Quality of Service 服务质量 SBA Sense Backoff Algorithm 感知退避算法 DSCR Dual Stage Contention Resolution 双重状态的竞争策略 EIED Exponential Increase Exponential Decr
5、ease 指数增加指数递减 FCFS First Come First Service 先进先服务 MILD Multiplicative Increase Linear Decrease 倍数增加线性递减 MIMD Multiplicative Increase Multiplicative Decrease 倍数增加倍数递减 NSAD New Self-Adaptive DCF 新自适应 DCF REBS Residual Energy Based tree Splitting 基于剩余能量的树形 分裂算法 P-MAC Priority-based Fair MAC 基于优先级的公平 MA
6、C 协议 CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access 冲突避免的载波侦听 /Collision Avoided 多路访问协议 LMILD Linear/Multiplicative Increase Linear Decrease 线性倍数增加线性递减 一 绪 论 随着计算机应用的推广， 以计算机技术为代表的信息技术对人类社会已经产生了深刻的影响。Mark Weiser 在 1991 年首次提出了普适计算1 (ubiquitous computing)思想，普适计算作为 21 世纪的计算模式，其基本思想是使计算机技术从用户意识中彻底消失。在物理环境中结合计算处理
7、能力的控制能力， 人与人、 人与机器以及机器与机器的交互最终统一到人与自然的交互。 无线传感器网络技术正是这种普适计算思想的延伸。 借助于由大量微传感器构成的网络， 可以实时地监控周围物理环境的变化， 不断地将一些模糊的感觉量化。 无线传感器网络将逻辑上的信息世界与真实的物理世界融合在一起， 改变着人与自然交互的方式。 人们可以通过无线传感器网络直接感知客观世界， 从而极大地扩展现有的网络的功能和人类认识世界的能力。 无线传感网络 WSNs(Wireless Sensor Networks)技术作为普适计算思想大系统中的一个典型应用， 已经由军事领域扩展到其他许多领域， 能够完成诸如灾难预警与
8、救助、家庭健康监测、精细农业、空间探索等传统系统无法完成的任务。美国商业周刊和 MIT 技术评论中分别将其列为 21 世纪最有影响的 21 项技术和改变世界的 10 大技术之一。 1.1 研究背景 传感器是数据采集、 信息处理的关键部件， 它可以将物理世界中的一个物理量映射到一个定量的测量值， 使人们对物理世界形成量化认识。 目前传感器技术已广泛应用于国防、机械、电力、能源、交通等诸多领域。随着微电子、计算机和网络技术的发展，传感器技术正在向微型化、智能化、网络化、集成化的方向发展。研究表明，只有网络化的智能传感器技术才能适应各种控制系统对自动化水平、复杂性以及环境适应性越来越高的要求。 传感
9、器网络的发展可以划分为以下四个阶段： 第一代传感器网络是由具有简单点对点信号传输功能的传统传感器所组成的测控系统，只是初步实现了信息的单向传递； 第二代传感器网络是由智能传感器和现场控制站组成的测控网络。 传感器与现场控制站间的信号传输方式与第一代传感器网络基本相同。 第三代传感器网络是基于现场总线的智能传感器网络。 现场总线的不断发展和基于现场总线通信协议的智能传感器网络的广泛应用， 使智能传感器网络的通信技术进入局部测控网络阶段。 第四代传感器网络是由大量无处不在的， 具有通信与计算能力的微小传感器节点密集布设在无人值守的监控区域而构成的能够根据环境自主完成指定任务的“智能”自治测控系统。
10、 现在所指的无线传感器网络属于第四代传感器网络，是一种新型的无基础设施网络各个无线节点(传感器)静态地随机分布于某一区域，它们协作地监测、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， 获得详尽而准确的结果，并最终传送给需要这些结果的用户。 无线传感器网络最初来源于美国高级国防研究计划署(DARPA)的一个研究项目， 当时处于冷战时期，为了监测敌方潜艇的活动情况，需要在海洋中布置大量的传感器，使用这些传感器所监测的信息来实时监测海水中潜艇的行动3。DARPA 根据军方的要求研究无线传感器网络中的通信、 计算问题以及其在普适环境中的使用问题， 从而建立了网络中心战的
11、思想体系。随着无线通信、微处理器、微电机系统 MEMS(Micro Electro Mechanical System)等技术的发展，使得开发小体积、低成本、低功耗的微传感器成为可能，为无线传感器网络的构建奠定了基础。 目前，无线传感器网络广泛应用于跟踪、监测等领域，这些应用的共同特点是：网络负责监测周围区域并报告异常事件的发生， 因此在这类应用中， 网络传输的数据包所包含信息的重要性将有很大不同， 同时要求无线传感器网络能够将采集到的数据尽量在规定的时间内传输到数据中心， 然后由数据中心对数据进行分析， 并将最终分析结果交给决策者图 1.1 所示的是这些应用中的一个典型场景， 无线传感器网络被随机部署在一个指定的
