第一篇：基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的公園游客跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)

無線傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)報(bào)告

題目 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的公園游客跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)

報(bào)告人

指導(dǎo)老師

二○一六年十二月 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的公園游客跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對具有聲音特性的公園游客進(jìn)行跟蹤的特點(diǎn)，研究了基于時延估[1][2][3]計(jì)的聲源定位方法。選擇廣義互相關(guān)法作為時延估計(jì)算法，并改進(jìn)球形插值法用于聲源定位，從而減小了算法復(fù)雜度；設(shè)計(jì)了一個面向目標(biāo)跟蹤的聲學(xué)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原型系統(tǒng)。利用所設(shè)計(jì)的原型系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對移動的游客進(jìn)行跟蹤，而且跟蹤精度較高。

關(guān)鍵詞：聲源定位； 目標(biāo)跟蹤； 時延估計(jì)； 無線傳感網(wǎng)絡(luò)

1． 課程設(shè)計(jì)任務(wù)

本文擬采用基于時延估計(jì)的聲源定位方法，設(shè)計(jì)了一個游客定位與跟蹤系統(tǒng)。把在公園三個角作為基站，同時也作為參考節(jié)點(diǎn)。首先利用廣義互相關(guān)法，計(jì)算出目標(biāo)到各個節(jié)點(diǎn)與參考節(jié)點(diǎn)之間的時延；然后根據(jù)時延，采用改進(jìn)的球形插值法得出目標(biāo)的方位；最后將該系統(tǒng)應(yīng)用到一個移動的公園游客跟蹤實(shí)驗(yàn)中。

1.1 課程設(shè)計(jì)題目

本課程設(shè)計(jì)關(guān)于游客跟蹤，擬采取配備聲音傳感器的傳感器網(wǎng)絡(luò)，對聲源進(jìn)行定位及跟蹤。由于聲音傳感器具有體積小、成本低的優(yōu)點(diǎn)，配備了聲音傳感器的傳感器網(wǎng)絡(luò)可以對跟蹤，尤其適合對處于電磁干擾區(qū)的低空或地面目標(biāo)的定位[4]。并且目前，利用聲音傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行目標(biāo)的定位與跟蹤是目前的一個研究熱點(diǎn)。在每一個節(jié)點(diǎn)上配置一個聲音傳感器，一個節(jié)點(diǎn)對可以計(jì)算出聲源的方位角，利用2個或多個節(jié)點(diǎn)對，根據(jù)三角法計(jì)算目標(biāo)的位置；然后利用卡爾曼濾波估計(jì)聲源的運(yùn)動趨勢，而選擇合適的節(jié)點(diǎn)集合計(jì)算聲源位置。但該方法計(jì)算聲源方位角時，需假設(shè)聲源符合遠(yuǎn)場條件[5]。

1.2 設(shè)計(jì)的要求

為滿足對公園游客安全實(shí)施監(jiān)控要求，防止游客（尤其是小孩子）丟失，所以設(shè)計(jì)一個基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的公園游客跟蹤系統(tǒng)。在每一個進(jìn)園游客身上佩戴一個傳感器，能夠根據(jù)環(huán)境自主完成目標(biāo)監(jiān)測、發(fā)現(xiàn)、識別、定位與跟蹤等任務(wù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wireless sensor networks，WSN)是由大量具有感知、計(jì)算和無線通信能力的傳感器節(jié)點(diǎn)通過自組織方式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。由于WSN具有隨機(jī)布設(shè)、自組織和隱蔽性強(qiáng)等特點(diǎn)，目前能夠廣泛應(yīng)用于軍事、工業(yè)和商業(yè)等領(lǐng)域[6]。2． 關(guān)鍵技術(shù)及總體方案

2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)定位跟蹤原理

基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)跟蹤通常包括偵測、定位和通知三個階段。1）偵測階段。在一個配備了聲音傳感器的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測區(qū)域中，傳感器節(jié)點(diǎn)對聲音信息進(jìn)行周期的采集。當(dāng)游客進(jìn)入某個區(qū)域時，某個傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)聲音強(qiáng)度超過閾值，則喚醒其他節(jié)點(diǎn)處理突發(fā)事件，啟動目標(biāo)定位與跟蹤任務(wù)。

2）定位階段。目標(biāo)附近的節(jié)點(diǎn)被喚醒。被喚醒的節(jié)點(diǎn)利用基于聲音傳感器陣列的聲源定位技術(shù)對目標(biāo)進(jìn)行定位。

3）通知階段。當(dāng)計(jì)算出目標(biāo)位置之后，需喚醒其他節(jié)點(diǎn)，使其加入到跟蹤行李額。同時需把目標(biāo)的位置信息發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的融合處理后將數(shù)據(jù)發(fā)送到指揮中心。就可以實(shí)時對游客的位置進(jìn)行定位。

2.2 聲源定位于跟蹤方法研究

基于時延估計(jì)的聲源定位方法因其定位精度相對較高、實(shí)時性較強(qiáng)而成為近年來的研究熱點(diǎn)，而得到了廣泛的應(yīng)用[7]。該方法主要分為時延估計(jì)和目標(biāo)定位兩個主要步驟，如圖1所示。

傳感器節(jié)點(diǎn)接收聲源信號估計(jì)各節(jié)點(diǎn)與參考節(jié)點(diǎn)之間的聲源信號到達(dá)時間延遲利用時延數(shù)據(jù)進(jìn)行聲源定位

圖1 基于時延估計(jì)的聲源定位方法示意圖

1）時延估計(jì)方法的研究

假設(shè)兩個聲音傳感器接收信號的離散事件信號模型為：

（1）式中，為聲源信號；和為互不相關(guān)的高斯白噪聲；和、也互不相關(guān)；和為聲波的衰減系數(shù)；和分別為聲波從生源到聲音傳感器1和聲音傳感器2的傳播時間，為兩個聲音傳感器間的時延。時延估計(jì)算法主要包括基本互相關(guān)法、廣義互相關(guān)法和最小均方差法（LMS）等[8]。

基本互相關(guān)法的主要特點(diǎn)是方法簡單，但該方法嘉定信號與噪聲及噪聲與噪聲之間均互不相關(guān)，這在某些情況下不一定能得到滿足，而且時延估計(jì)的精度較低。廣義互相關(guān)法在功率譜域?qū)π盘栠M(jìn)行加權(quán)，突出相關(guān)的信號部分而抑制受噪聲干擾的部分，以便使相關(guān)函數(shù)在時延處的峰值更為明顯，從而在一定程度上提高了時延估計(jì)精度[9]。LMS法用一個通道的信號去逼近另一個，使系統(tǒng)的均方差達(dá)到最小，在收斂的情況下給出時延估計(jì)，它不需要輸入信噪比等先驗(yàn)知識；但是LMS法是一個迭代學(xué)習(xí)過程，運(yùn)算量要大于廣義互相關(guān)法，其估計(jì)精度隨濾波器長度增加而提高，及核算復(fù)雜度也隨之迅速增長，不適合跟蹤快速移動的聲源和對實(shí)時性要求較高的場合。

本文考慮到傳感器節(jié)點(diǎn)的性能，采用廣義互相關(guān)法。兩信號之間的廣義互相關(guān)法（GCC）函數(shù)為：

（2）

式中，為廣義互相關(guān)法加權(quán)函數(shù)；為接收信號、為互功率譜。

本文選擇的互功率譜相位（CSP）加權(quán)函數(shù)為廣義互相關(guān)加權(quán)函數(shù)。所加噪聲是均值為0的高斯白噪聲，采樣頻率為16KHz。

2.3 具體設(shè)計(jì)實(shí)施方案(基于時延估計(jì)的聲源定位方法)由廣義互相關(guān)法求得時延后，根據(jù)估計(jì)的時延值對生源進(jìn)行定位。定位主要有目標(biāo)函數(shù)空間搜索定位法和幾何定位法。目標(biāo)函數(shù)空間搜索法計(jì)算量較大，實(shí)時性差，容易出現(xiàn)局部極值點(diǎn)，不適合應(yīng)用于傳感器節(jié)點(diǎn)。幾何定位法分為線性插值法和球形插值法。線性插值法對聲音傳感器的擺放位置沒有嚴(yán)格的要求，但其計(jì)算量稍大。由于傳感器節(jié)點(diǎn)是素及分布的，因此，本文利用球形插值法進(jìn)行目標(biāo)定位，并在球形插值法的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行改造，減少其運(yùn)算量，降低算法復(fù)雜度[10]。球形插值法首先設(shè)定一個參考節(jié)點(diǎn)，求得其他節(jié)點(diǎn)相對參考節(jié)點(diǎn)的時延，然后根據(jù)時延和各節(jié)點(diǎn)的矢量位置得到一個誤差方程組，求其最小二乘解[11]。

設(shè)系統(tǒng)由N+1個配備了聲音傳感器的節(jié)點(diǎn)組成，分別位于處。不失一般性，設(shè)參考節(jié)點(diǎn)位于坐標(biāo)原點(diǎn)，其位置矢量處。不失一般性，設(shè)參考節(jié)點(diǎn)位于坐標(biāo)原點(diǎn)，其位置矢量，聲源位置矢量，各節(jié)點(diǎn)、聲源到源點(diǎn)的距離分別為和，各節(jié)點(diǎn)與參考節(jié)點(diǎn)到聲源的距離差用表示[12]。節(jié)點(diǎn)與聲源的幾何關(guān)系如圖2所示。由圖可知，節(jié)點(diǎn)與參考節(jié)點(diǎn)到聲源S的距離差為[13]：

（3）可得：

（4）即：

（5）

Z聲源sRs參考節(jié)點(diǎn)m0yRiRs+di節(jié)點(diǎn)mix

圖2傳感器節(jié)點(diǎn)-聲源幾何模型

由于是由延時估計(jì)得到的，所以存在一定的誤差，因此（5）式不為0，應(yīng)為[14]：（6）（7）其中：

（8）

為減少一般球形插值法的運(yùn)算量，將（7）式改寫為：

（9）其中：

（10）（11）當(dāng)：

（12）

式（8）的均方差最小，即：

（13）

根據(jù)逆矩陣的定義，由式（10）可得：

（14）聲源的位置為：

（15）

式(9)中ATA始終是一個4×4的矩陣，整個式子求解所需的乘法和加法的數(shù)量不大，運(yùn)算復(fù)雜度僅為O(N)，而一般球形插值法的運(yùn)算復(fù)雜度為O()。當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多時，改進(jìn)的球形插值法的運(yùn)算復(fù)雜度將顯著小于球形插值法[15]。

3． 總結(jié)

目標(biāo)定位與跟蹤是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要應(yīng)用之一。本文在每個游客身上配置一個聲音傳感器，分析了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)定位和跟蹤原理，討論了時延估計(jì)方法和聲源定位方法。根據(jù)相關(guān)算法的性能，選擇CSP廣義互相關(guān)法作為時延估計(jì)算法，并改進(jìn)了球形插值法用于聲源定位。利用公園的三點(diǎn)確立連接點(diǎn)，搭建了目標(biāo)跟蹤原型系統(tǒng)，來對園區(qū)內(nèi)的游客進(jìn)行實(shí)時的定位和監(jiān)控。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用廣義互相關(guān)法和改進(jìn)的球形插值法進(jìn)行目標(biāo)跟蹤的精度較高。

4． 主要參考文獻(xiàn)

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Wireless Sensor Network Abstract：To track the target with acoustic characteristics in wireless sensor networks, the acoustic source localization algorithm based on time delay estimation is proposed.In this algorithm, the generalized cross correlation(GCC)is employed as the time delay estimation algorithm, and a revised spherical interpolation(RSI)algorithm is presented for acoustic source localization with a less computational complexity.Then a target tracking prototype system using IRIS sensor nodes is implemented.Experiment results demonstrate that the prototype system can effectively track the target and improve the target tracking precision.Keywords： Acoustic source localization;Target tracking;time delay estimation;wireless sensor networks

第二篇：基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)調(diào)光系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究論文

1系統(tǒng)工作原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)核心處理模塊基于CC2530開發(fā)設(shè)計(jì)，選用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，具有容量大、低成本和低功耗等特點(diǎn)，且相鄰兩個節(jié)點(diǎn)傳輸距離可達(dá)10～150m，完全滿足溫室內(nèi)無線調(diào)光系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求。其中，主控節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、環(huán)境信息采集、數(shù)據(jù)處理分析、人機(jī)交互及調(diào)光命令下發(fā)等功能;驅(qū)動節(jié)點(diǎn)主要實(shí)現(xiàn)控制命令接收、數(shù)據(jù)解析及調(diào)光數(shù)據(jù)輸出等功能;植物L(fēng)ED執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)LED燈組調(diào)控及亮度輸出。主控節(jié)點(diǎn)采用全功能設(shè)備FFD(FullFunctionDe-vice)，具備網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)功能，可聯(lián)結(jié)其他FFD或精簡功能設(shè)備(RFD)，組建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，可雙向傳輸信息，具有協(xié)調(diào)作用;同時，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，主控節(jié)點(diǎn)具有控制功能。電路設(shè)計(jì)增加環(huán)境光照與溫度信息采集模塊、人機(jī)交互模塊(即液晶顯示及按鍵)、工作指示燈、時鐘模塊以及復(fù)位模塊，分別完成數(shù)據(jù)采集、人機(jī)交互和復(fù)位等控制功能。驅(qū)動節(jié)點(diǎn)采用簡化功能設(shè)備RFD(ReducedFunc-tionDevice)與主控節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息傳輸，同時完成控制命令輸出;植物L(fēng)ED執(zhí)行器基于植物光合作用分析，選用中心波長為660nm、半波帶寬度為40nm的紅光LED，以及中心波長為450nm、半波帶寬度為40nm的藍(lán)光LED兩種特定波段LED作為光源，可根據(jù)驅(qū)動節(jié)點(diǎn)輸出不同的調(diào)光命令，實(shí)現(xiàn)不同配光比的光環(huán)境調(diào)節(jié)。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2．1主控節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)及硬件設(shè)計(jì)

主控節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)構(gòu)建及啟動網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)選擇、當(dāng)前環(huán)境信息監(jiān)測、控制方式選擇、計(jì)算調(diào)光值、調(diào)光命令下發(fā)、人機(jī)交互等功能，包括電源模塊、核心處理模塊、無線模塊。

2．1．1核心處理模塊

系統(tǒng)選用CC2530作為中央處理器，內(nèi)含高性能低功耗8051微控制器，工作電壓3．3V，外設(shè)21個I/O口。其中，P1．0接入系統(tǒng)正常工作信號LED指示燈;P0．1接入手動按鈕;人機(jī)交互模塊電路為液晶分別與P0．0，P1．2，P1．5和P1．6連接，按鍵與P0．6和P2．0口連接;P0．2，P0．4，P0．5與時鐘芯片DS1302相連;P1．4口與溫度傳感器連接，P1．1和P1．3口與光照傳感器相連。具體電路根據(jù)CC2530芯片手冊設(shè)計(jì)開發(fā)，降低了開發(fā)難度。

2．1．2人機(jī)交互模塊

系統(tǒng)選用DB12864－16C作為液晶顯示，采用普通復(fù)位按鍵作為設(shè)備按鍵，在滿足系統(tǒng)工作要求的條件下，為節(jié)省I/O口使用，液晶與CC2530連接采用串行SPI方式進(jìn)行通信，按鍵電路利用SN74HC32或門和LM358運(yùn)放共同實(shí)現(xiàn)。具體電路根據(jù)SPI方式及運(yùn)放典型電路開發(fā)設(shè)計(jì)。

2．1．3其他模塊

電源模塊采用5V適配器為主控節(jié)點(diǎn)供電。電源輸入后，經(jīng)過降壓芯片ASM－1117典型電路為系統(tǒng)提供3．3V直流電壓。數(shù)據(jù)采集模塊包括環(huán)境溫度采集和光照采集兩種。其中，溫度采集選用DS18B20作為溫度傳感器和ISL29010作為光照傳感器，通過在光照傳感器上覆蓋紅藍(lán)光濾光片以及軟件修正，實(shí)現(xiàn)對光合作用有效波段監(jiān)測。時鐘模塊根據(jù)DS1302芯片手冊中典型電路設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)時間設(shè)制以及定時控制功能。同時，為滿足系統(tǒng)后期擴(kuò)展需求，將剩余I/O口作為備用擴(kuò)展口使用，以提高系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用及二次開發(fā)能力。

2．2驅(qū)動節(jié)點(diǎn)及植物L(fēng)ED執(zhí)行器設(shè)計(jì)

驅(qū)動節(jié)點(diǎn)屬于精簡功能設(shè)備，只完成調(diào)光控制命令接收與信號輸出功能，可減少外圍電路設(shè)計(jì)，降低了智能調(diào)光系統(tǒng)的成本。驅(qū)動節(jié)點(diǎn)包括核心處理模塊、無線接收模塊、電源模塊和繼電器模塊。具體電路為:P1．0連接紅光LED驅(qū)動電路，P1．1連接藍(lán)光LED驅(qū)動電路，P1．5連接紅光信號繼電器，P1．6連接藍(lán)光信號繼電器。LED執(zhí)行器包括驅(qū)動模塊及紅藍(lán)光LED燈組，由24V電源供電。驅(qū)動模塊選擇PT4115驅(qū)動芯片，是一款連續(xù)電感電流導(dǎo)通模式的降壓恒流源，可用于驅(qū)動一顆或多顆LED串聯(lián)。LED燈組根據(jù)植物生長所需光環(huán)境由若干紅藍(lán)光LED按比例組成。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以IAR為軟件開發(fā)平臺，可以直接對Zig-Bee2007協(xié)議棧進(jìn)行開發(fā)移植，生成高效可靠的可執(zhí)行代碼，并對代碼進(jìn)行調(diào)試。代碼采用C語言開發(fā)，不僅有利于軟件代碼的可讀性，而且能夠滿足對硬件功能的調(diào)試和控制，大大縮短了系統(tǒng)開發(fā)周期。系統(tǒng)軟件主要包括節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)傳輸和節(jié)點(diǎn)功能軟件兩個部分。節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸過程:首先，通過主控節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信道掃描，選擇合適的信道組建網(wǎng)絡(luò)。在IEEEE802．15．4協(xié)議中，將2．4G頻段劃分16個信道，編號為11－26。本系統(tǒng)選擇默認(rèn)值11信道。構(gòu)建成功后，驅(qū)動節(jié)點(diǎn)以直接方式加入網(wǎng)絡(luò)，即驅(qū)動節(jié)點(diǎn)作為主控節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，由主控節(jié)點(diǎn)向驅(qū)動節(jié)點(diǎn)發(fā)送，作為其子設(shè)備命令。主控節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中起協(xié)調(diào)器作用，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。為確保系統(tǒng)安全可靠工作，系統(tǒng)采用分布式分配機(jī)制為每個節(jié)點(diǎn)分配自己的地址，主控節(jié)點(diǎn)在組網(wǎng)以后使用0x0000作為自己的短地址，在驅(qū)動執(zhí)行節(jié)點(diǎn)加入系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)后，由主控設(shè)備隨機(jī)分配一個不重復(fù)的16位短地址作為自己唯一的地址來進(jìn)行通訊。主控節(jié)點(diǎn)控制軟件包括兩類傳感器解析函數(shù)、計(jì)算決策程序、參數(shù)設(shè)定程序、液晶顯示程序和時鐘程序等子程序;驅(qū)動節(jié)點(diǎn)作為終端節(jié)點(diǎn)，在完成調(diào)光控制命令接收后，將控制信號輸出給繼電器和驅(qū)動電路;LED執(zhí)行器根據(jù)調(diào)光控制命令實(shí)時調(diào)節(jié)紅藍(lán)光LED燈組狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)溫室光環(huán)境的多種方式以及無線控制。

4運(yùn)行結(jié)果

本設(shè)備已通過實(shí)驗(yàn)測試，并應(yīng)用于西北農(nóng)林科技大學(xué)某實(shí)驗(yàn)基地。試驗(yàn)證明，系統(tǒng)可根據(jù)用戶實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)手動控制、定時控制、閾值控制以及定量控制等多種控制方式調(diào)光，且所有控制命令均可采用無線傳輸方式進(jìn)行準(zhǔn)確傳輸。其中，在閾值控制方式下，主控節(jié)點(diǎn)可完成溫室實(shí)時溫度、紅藍(lán)光光強(qiáng)等環(huán)境因子檢測，并基于光合作用機(jī)理精確決策溫室作物實(shí)際需光量;驅(qū)動節(jié)點(diǎn)可穩(wěn)定接收實(shí)際調(diào)光數(shù)據(jù)，并準(zhǔn)確輸出給驅(qū)動電路和繼電器，LED執(zhí)行器可根據(jù)控制命令準(zhǔn)確調(diào)節(jié)LED燈組輸出狀態(tài)。

5結(jié)論

（1）本文設(shè)計(jì)了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)施農(nóng)業(yè)調(diào)光系統(tǒng)，可通過用戶實(shí)際需求選擇多種控制方式對溫室作物光環(huán)境進(jìn)行無線調(diào)控。其中，閾值控制方式綜合考慮作物光合作用影響因素，根據(jù)溫室溫度、紅藍(lán)光光強(qiáng)等環(huán)境因子精確計(jì)算作物實(shí)際需光量，實(shí)現(xiàn)了溫室光環(huán)境的實(shí)時按需調(diào)節(jié)。

（2）系統(tǒng)結(jié)合溫室實(shí)際生產(chǎn)條件，采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳輸調(diào)光命令，有效降低了系統(tǒng)部署難度與維護(hù)成本;采用新一代LED光源，減少了生產(chǎn)成本，節(jié)約了能源。

（3）經(jīng)過實(shí)際部署和運(yùn)行證明，系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確性高、部署簡單和能耗少等優(yōu)點(diǎn)。

第三篇：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜述(網(wǎng)安).

2008.2 80 網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜述 唐啟濤

陶滔

南華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

湖南

421001 摘要:本文介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念、特點(diǎn)、通信結(jié)構(gòu)及其安全需求,并對其應(yīng)用過程中可能遇到的攻擊方式和相 應(yīng)的抵御方法做了簡單介紹。指出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)今后的研究方向及最新研究動態(tài)。

關(guān)鍵詞:無線傳感器網(wǎng)絡(luò);網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧;傳感器節(jié)點(diǎn);多跳路由 0

引言

近年來隨著傳感器、計(jì)算機(jī)、無線通信及微機(jī)電等技術(shù) 的發(fā)展和相互融合,產(chǎn)生了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN, wireless sensor networks。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與當(dāng)今主流無線網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)使用同一個標(biāo)準(zhǔn)——802.15.14, 它是一種新型的信息獲 取和處理技術(shù)。無線傳感網(wǎng)絡(luò)綜合了嵌入式計(jì)算技術(shù)、傳感 器技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)以及通信技術(shù),能夠協(xié)作地實(shí)時 監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的不同監(jiān)測對象的信息。它的應(yīng)用極其廣泛, 當(dāng)前主要應(yīng)用于國防軍事、智能建筑、國 家安全、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生、家庭等方面。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(WSNS, wireless sensor networks system通常由傳感器節(jié)點(diǎn)、聚節(jié)點(diǎn)和管理節(jié)點(diǎn)組成。它的結(jié) 構(gòu)圖如圖1。傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)將所監(jiān)測的數(shù)據(jù)沿著其他傳感器 節(jié)點(diǎn)逐跳地進(jìn)行傳輸, 經(jīng)過多跳路由, 然后到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn), 最 后通過衛(wèi)星或者互聯(lián)網(wǎng)到達(dá)管理節(jié)點(diǎn), 然后, 用戶1通過管理 節(jié)點(diǎn)對傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理, 發(fā)布監(jiān)測任務(wù)及收集監(jiān)測數(shù)據(jù)。通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)融合、任務(wù)的 協(xié)同控制等。

圖

1無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 1

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)

目前常見的無線網(wǎng)絡(luò)包括移動通信網(wǎng)、Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)、無 線局域網(wǎng)、藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)等,與這些網(wǎng)絡(luò)相比,無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 具有以下特征:(1硬件資源有限

由于受到價(jià)格、硬件體積、功耗等的限制,WSN 節(jié)點(diǎn)的 信號處理能力、計(jì)算能力有限,在程序空間和內(nèi)存空間上與 普通的計(jì)算機(jī)相比較,其功能更弱。

(2電源容量有限

由于受到硬件條件的限制,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通常由電池供電, 電池能量有限。同時,無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通常被放置在惡劣 環(huán)境或者無人區(qū)域,使用過程中,不能及時給電池充電或更 換電池。

(3無中心

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中沒有嚴(yán)格的中心節(jié)點(diǎn),所有節(jié)點(diǎn)地位平等,是一個對等式網(wǎng)絡(luò)。每一個節(jié)點(diǎn)僅知道自己鄰近節(jié)點(diǎn) 的位置及相應(yīng)標(biāo)識,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)利用相鄰節(jié)點(diǎn)之間的相 互協(xié)作來進(jìn)行信號處理和通信,它具有很強(qiáng)的協(xié)作性。

(4自組織

網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)和展開不需要依賴于任何預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備, 節(jié)點(diǎn)通過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調(diào)各自的監(jiān)控行為,節(jié)點(diǎn) 開機(jī)后就可以快速、自動地組成一個獨(dú)立的無線網(wǎng)絡(luò)。

(5多跳路由

在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,節(jié)點(diǎn)只能同它的鄰居直接通信。如果想與其射頻覆蓋范圍之外的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,則需要 通過中間網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行路由。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的多跳路由 是由普通網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)來完成的,沒有專門的路由設(shè)備。

(6動態(tài)拓?fù)?/p>

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個動態(tài)的網(wǎng)絡(luò),節(jié)點(diǎn)能夠隨處移 動;一個節(jié)點(diǎn)可能會因?yàn)殡姵啬芰坑猛昊蚱渌收显?退 出網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行;一個節(jié)點(diǎn)也可能由于某種需要而被添加到當(dāng)前 網(wǎng)絡(luò)中。這些都會使網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化,因此無線傳

感器網(wǎng)絡(luò)具有動態(tài)拓?fù)浣M織功能。(7節(jié)點(diǎn)數(shù)量多,分布密集

為了對一個區(qū)域執(zhí)行監(jiān)測,往往需要很多的傳感器節(jié)點(diǎn) 被放置到該區(qū)域。傳感器節(jié)點(diǎn)分布非常密集,通常利用節(jié)點(diǎn) 之間高度連接性來保證系統(tǒng)的抗毀性和容錯性。

2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧由以下五部分組成:物理層、數(shù) 據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層,與互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議棧的五 層協(xié)議相對應(yīng),其結(jié)構(gòu)如圖

2。

作者簡介:唐啟濤(1982-,男,南華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 2006級碩士研究生,研究方向:計(jì)算機(jī)網(wǎng)

絡(luò)與信安全。陶滔(1969-,男,網(wǎng)絡(luò)教研室主任、副教授,碩士生導(dǎo)師,研究方向:計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全。2008.2

網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用 圖

2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧 2.1物理層

物理層主要負(fù)責(zé)感知數(shù)據(jù)的收集,并對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行 采樣、信號的發(fā)送和接收、信號的調(diào)制解調(diào)等任務(wù)。在物理 層中的主要安全問題是建立有效的數(shù)據(jù)加密機(jī)制。由于對稱 加密算法的局限性,它不能在 WSN 中很好的發(fā)揮作用,因而 如何使用高效的公鑰算法是 W S N 有待解決的問題。

2.數(shù)據(jù)鏈路層

數(shù)據(jù)鏈路層主要負(fù)責(zé)媒體接入控制和建立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間 可靠通信鏈路,為鄰居節(jié)點(diǎn)提供可靠的通信通道,主要由介 質(zhì)訪問控制層組成。介質(zhì)訪問控制層使用載波監(jiān)聽方式來與 鄰節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)使用信道,一旦發(fā)生信道沖突,節(jié)點(diǎn)使用相應(yīng)的 算法來確定重新傳輸數(shù)據(jù)的時機(jī)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)訪 問控制協(xié)議通常采用基于預(yù)先規(guī)劃的機(jī)制來保護(hù)節(jié)點(diǎn)的能量。

2.3網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層的主要任務(wù)是發(fā)現(xiàn)和維護(hù)路由。正常情況下,無 線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的大量傳感器節(jié)點(diǎn)分布在一個區(qū)域里,消息 可能需要經(jīng)過多個節(jié)點(diǎn)才能到達(dá)目的地,且由于傳感器網(wǎng)絡(luò) 的動態(tài)性,使得每個節(jié)點(diǎn)都需要具有路由的功能。節(jié)點(diǎn)一般 采用多跳路由連接信源和信宿。

2.4傳輸層

由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件限制,節(jié)點(diǎn)無法維持端到 端連接的大量信息傳輸,而且節(jié)點(diǎn)發(fā)送應(yīng)答消息也會消耗大量 能量,因而,目前還沒有成熟的關(guān)于傳感器節(jié)點(diǎn)上的傳輸層 協(xié)議的研究。匯聚節(jié)點(diǎn)只是傳感器網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)的接口。

2.5應(yīng)用層

應(yīng)用層主要負(fù)責(zé)為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)提供安全支持,即實(shí) 現(xiàn)密鑰管理和安全組播。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用十分廣泛, 其中一些重要的應(yīng)用領(lǐng)域有:軍事方面,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可 以布置在敵方的陣地上,用來收集敵方一些重要目標(biāo)信息, 并跟蹤敵方的軍事動向:環(huán)境檢測方面,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能 夠用來檢測空氣的質(zhì)量,并跟蹤污染源;民用方面,無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)也可用來構(gòu)建智能家居和個人健康等系統(tǒng)。

3安全性需求

基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特殊性,形成了與其他網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不 同的網(wǎng)絡(luò)安全特性, 并能直接應(yīng)用到實(shí)際的無線傳感網(wǎng)絡(luò)中。歸納為以下幾個方面: 3.1魯棒性

傳感器網(wǎng)絡(luò)一般被放置在惡劣環(huán)境、無人區(qū)域或敵方陣 地中,環(huán)境條件、現(xiàn)實(shí)威脅和當(dāng)前任務(wù)具有不確定性,它需 要設(shè)計(jì)具有抵抗節(jié)點(diǎn)故障的機(jī)制。一種常用方法是部署大量 節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議應(yīng)該具有識別發(fā)生故障的相鄰節(jié)點(diǎn)的能力, 并根據(jù)更新的拓?fù)溥M(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。

3.2擴(kuò)展性

WSN 節(jié)點(diǎn)會隨著環(huán)境條件的變化或惡意攻擊或任務(wù)的變 化而發(fā)生變化,從而影響傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。同時,節(jié)點(diǎn)的 加入或失效也會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不斷變化,路由組網(wǎng)協(xié) 議和 W S N S 必須適應(yīng) W S N 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化的特點(diǎn)。

3.3機(jī)密性

傳感器網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)傳輸過程中,應(yīng)該保證不泄露任何敏 感信息。應(yīng)用中,通過密鑰管理協(xié)議建立的秘密密鑰和其他 的機(jī)密信息,必須保證只對授權(quán)用戶公開。同時,也應(yīng)將因 密鑰泄露造成的影響盡可能控制在一個較小范圍,不影響整 個網(wǎng)絡(luò)的安全。解決數(shù)據(jù)機(jī)密性的常用方法是使用會話密鑰 來加密待傳遞的消息。

3.4數(shù)據(jù)認(rèn)證

由于敵方能夠很容易侵入信息, 接收方從安全角度考慮, 有必要確定數(shù)據(jù)的正確來源。數(shù)據(jù)認(rèn)證可以分為兩種,即兩 部分單一通信和廣播通信。

3.5數(shù)據(jù)完整性

在網(wǎng)絡(luò)通信中,數(shù)據(jù)的完整性用來確保數(shù)據(jù)在傳輸過程 中不被敵方所修改,可以檢查接收數(shù)據(jù)是否被篡改。根據(jù)不 同的數(shù)據(jù)種類,數(shù)據(jù)完整性可分為三類:選域完整性、無連 接完整性和連接完整性業(yè)務(wù)。

3.6

數(shù)據(jù)更新

表示數(shù)據(jù)是最新的,是沒有被敵手侵入過的舊信息。網(wǎng)絡(luò) 中有弱更新和強(qiáng)更新兩種類型的更新。弱更新用于提供局部 信息排序,它不支持延時消息;強(qiáng)更新要求提供完整的次序, 并且允許延時估計(jì)。

3.7

可用性

它要求 WSN 能夠按預(yù)先設(shè)定的工作方式向合法的系統(tǒng)用 戶提供信息訪問服務(wù),然而,攻擊者可以通過信號干擾、偽 造或者復(fù)制等方式使傳感器網(wǎng)絡(luò)處于部分或全部癱瘓狀態(tài), 從而破壞系統(tǒng)的可用性。

3.8

訪問控制

W S N 不能通過設(shè)置防火墻進(jìn)行訪問過濾;由于硬件受 限, 也不能采用非對稱加密體制的數(shù)字簽名和公鑰證書機(jī)制。WSN 必須建立一套符合自身特點(diǎn)的、綜合考慮性能、效率和 安全性的訪問控制機(jī)制。

4攻擊方式及采取的相應(yīng)措施

無線傳感網(wǎng)絡(luò)可能遭遇多種攻擊。攻擊者可以直接從物

2008.2 82 網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用 理上將其破壞。另一方面,攻擊者可以通過操縱數(shù)據(jù)或路由 協(xié)議報(bào)文,在更大范圍內(nèi)對無線傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行破壞。具體的 攻擊類別如下: 4.1欺騙、篡改或重發(fā)路由信息

攻擊者通過向 WSN 中注入大量欺騙路由報(bào)文,或者截取 并篡改路由報(bào)文,把自己偽裝成發(fā)送路由請求的基站節(jié)點(diǎn), 使全網(wǎng)范圍內(nèi)的報(bào)文傳輸被吸引到某一區(qū)域內(nèi),致使各傳感 器節(jié)點(diǎn)之間能效失衡。對于這種攻擊方式的攻擊,通常采用 數(shù)據(jù)加密技術(shù)抵御。

4.2選擇轉(zhuǎn)發(fā)攻擊

攻擊者在俘獲傳感器節(jié)點(diǎn)后,丟棄需要轉(zhuǎn)發(fā)的報(bào)文。為 了避免識破攻擊點(diǎn),通常情況下,攻擊者只選擇丟棄一部分 應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)的報(bào)文,從而迷惑鄰居傳感節(jié)點(diǎn)。通常采用多路徑路 由選擇方法抵御選擇性轉(zhuǎn)發(fā)攻擊。

4.3DoS拒絕服務(wù)攻擊

攻擊者通過以不同的身份連續(xù)向某一鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送路由 或數(shù)據(jù)請求報(bào)文,使該鄰居節(jié)點(diǎn)不停的分配資源以維持一個 新的連接。對于這種攻擊方式,可以采用驗(yàn)證廣播和泛洪予 以抵御。

4.4污水池攻擊

攻擊點(diǎn)在基站和攻擊點(diǎn)之間形成單跳路由或是比其他節(jié) 點(diǎn)更快到達(dá)基站的路由,以此吸引附近的傳感器以其為父節(jié) 點(diǎn)向基站轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。污水池攻擊“調(diào)度”了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報(bào)文的 傳輸流向,破壞了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載平衡?？梢圆捎没诘乩砦恢玫?路由選擇協(xié)議抵御污水池攻擊。

4.5告知收到欺騙攻擊

當(dāng)攻擊點(diǎn)偵聽到某個鄰居節(jié)點(diǎn)處于將失效狀態(tài)時,冒充 該鄰居節(jié)點(diǎn)向源節(jié)點(diǎn)反饋一個信息報(bào)文, 告知數(shù)據(jù)已被接受。使發(fā)往該鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)報(bào)文相當(dāng)于進(jìn)了“黑洞”?？梢哉{(diào)控 全球知識以抵御告知收到欺騙。

4.6

女巫攻擊

攻擊點(diǎn)偽裝成具有多個身份標(biāo)識的節(jié)點(diǎn)。當(dāng)通過該節(jié)點(diǎn) 的一條路由破壞時,網(wǎng)絡(luò)會選擇另一條完全不同的路由,由 于該節(jié)點(diǎn)的多重身份,該路由可能又通過了該攻擊點(diǎn)。它降 低了多經(jīng)選路的效果。針對這種攻擊方式,可以采用鑒別技 術(shù)抵御。

5今后的研究方向

目前,有關(guān)傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究還處于初步階段,由于無 線傳感網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)和模型沒有形成最后的標(biāo)準(zhǔn),無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)安全研究方面還面臨著許多不確定的因素,對于 W S N 而言,仍然存在著如下有待進(jìn)一步研究的問題。

5.1安全的異常檢測和節(jié)點(diǎn)廢除

在傳感器網(wǎng)絡(luò)中,由于被盜用節(jié)點(diǎn)對網(wǎng)絡(luò)非常有害,因 而希望能即時檢測和廢除被盜用節(jié)點(diǎn)。Chan 提出使用分布式

投票系統(tǒng)來解決這個問題。5.2

安全路由

安全的路由協(xié)議應(yīng)允許在有不利活動的情況下,繼續(xù)保 持網(wǎng)絡(luò)的正常通信。傳感器網(wǎng)絡(luò)中的許多類型的攻擊方式的 抵御可以通過提高路由的安全設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。如何設(shè)計(jì)一種高 效、安全的路由有待進(jìn)一步的研究。

5.有效的加密原語

Perrig 提出了 SPINS 協(xié)議族, 通過該協(xié)議, 使用有效的 塊加密,對于不同塊進(jìn)行不同的加密操作。Karlof

設(shè)計(jì)了 TinySec,在效率與安全性之間折中。在密鑰建立和數(shù)字簽名 時,如何使用有效的非對稱加密機(jī)制,是一個值得進(jìn)一步研 究的方向。

5.4入侵檢測問題

在數(shù)據(jù)認(rèn)證和源認(rèn)證之前,有必要設(shè)計(jì)相應(yīng)的方案來確 認(rèn)通信方是不是惡意節(jié)點(diǎn)。目前有些無線傳感網(wǎng)絡(luò)都是假設(shè) 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具有全網(wǎng)惟一標(biāo)識,這其實(shí)是不符合現(xiàn)實(shí)的。

5.5傳感器安全方案和技術(shù)方案的有機(jī)結(jié)合

根據(jù) W S N 的特點(diǎn),其安全解決方案不能設(shè)計(jì)得過于復(fù) 雜,并盡可能的避免使用公鑰算法。如何在不明顯增加網(wǎng)絡(luò) 開銷的情況下,使性能和效率達(dá)到最佳,并設(shè)計(jì)出相應(yīng)的協(xié) 議和算法有待于進(jìn)一步的研究。

5.6

管理和維護(hù)節(jié)點(diǎn)的密鑰數(shù)據(jù)庫

在傳感器網(wǎng)絡(luò)中,每個節(jié)點(diǎn)需要維護(hù)和保持一個密鑰數(shù)據(jù) 庫。在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)存儲能力有限的情況下, 如何保證密鑰建立、撤 消和更新等階段動態(tài)地維護(hù)和管理數(shù)據(jù)庫需要進(jìn)一步的研究。

6總結(jié)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事和民用領(lǐng)域都有著廣泛的潛在用 途,是當(dāng)前技術(shù)研究的熱點(diǎn)。本文從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議棧、安全需求、可能受到的安全攻擊及 相應(yīng)的防御方法及今后有待進(jìn)一步研究的問題等方面對目前 國內(nèi)外開展的研究進(jìn)行了較為系統(tǒng)的總結(jié),有助于了解當(dāng)前無 線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展及現(xiàn)狀。

參考文獻(xiàn)

[1]Prtra JC,PalR N.A functional link artificial neural network foradaptive c hannel e qualization[J].Signal P rocessing.1995.[2]PasqualeArpaia,Pasquale Daponte,DomcaicoGrmi ald,i et a.l ANN-Based Error Reduction for Expermi entally Modeled Sensors [J].IEEE Trans.on Instrumentation andMeasurement.2002.[3]徐麗娜.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制[M].哈爾濱:哈爾濱

工業(yè)大學(xué)出版社.1999.[4]遺傳算法結(jié)合FANN實(shí)現(xiàn)加速度傳感器動態(tài)特性補(bǔ)償[J].計(jì) 量學(xué)報(bào).2005.[5]郎為民,楊宗凱,吳世忠,譚運(yùn)猛.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全研究.計(jì) 算機(jī)科學(xué).2005.

第四篇：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

桂林電子科技大學(xué)

實(shí)驗(yàn)報(bào)告

2015 5--2016 6 學(xué)年第 一 學(xué)期

開 課 單 位

海洋信息工程學(xué)院

適用年級、專業(yè)

課 程 名 稱

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

主 講 教 師

王曉瑩

課 程 序 號

1510344

課 程 代 碼

BS1620009X0

實(shí) 驗(yàn) 名 稱

ns2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境配置及應(yīng)用

實(shí) 驗(yàn) 學(xué) 時學(xué)時

學(xué)

號

姓

名

一、

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?)掌握虛擬機(jī)的安裝方法。

2)熟悉 Ubuntu 系統(tǒng)的基本操作方法。

3)掌握 ns2 環(huán)境配置。

4)掌握 tcl 語言的基本語句及編程規(guī)則。

5)了解使用 ns2 進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)仿真的過程。

二、

實(shí)驗(yàn)環(huán)境

1)系統(tǒng)：Windows 10 專業(yè)版 64 位 2)內(nèi)存：8G 3)軟件：VMware Workstation 12 Pro 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

((一 一))安裝虛擬機(jī)（簡述安裝步驟）

a)在 VMware 官網(wǎng)（https://#allinone 復(fù)制到根目錄，解壓到當(dāng)前位置 tar xvfz ns-allinone-2.35.tar.gz

在根目錄下打開 ns-allinone-2.35 文件夾，在里面找到 ns-2.35 打開找 linkstate文 件 夾，打 開 里 面 的 ls.h 文 件，將 第 137 行 的 void eraseAll(){ erase(baseMap::begin(), baseMap::end());} 改成 void eraseAll(){ this->erase(baseMap::begin(), baseMap::end());}

運(yùn)行 cd./ns-allinone-2.35 運(yùn)行./install #進(jìn)行安裝

d)設(shè)置環(huán) 境變量：

終端中輸入 cd，返回根目錄，然后

sudo gedit.bashrc 在文件末尾加入：

export PATH=“$PATH:/home/kevin/ns-allinone-2.35/bin:/home/kevin/ns-allinone-2.35/tcl8.5.10/unix:/home/kevin/ns-allinone-2.35/tk8.5.10/unix” export LD_LIBRARY_PATH=“$LD_LIBRARY_PATH:/home/kevin/ns-allinone-2.35ns-allinone-2.35/otcl-1.14:/home/kevin/ns-allinone-2.35/lib” export TCL_LIBRARY=“$TCL_LIBRARY:/home/kevin/ns-allinone-2.35/tcl8.5.10/library” 保存退出

e)驗(yàn)證 完成后在新終端窗口 輸入 ns 出現(xiàn)%

測試：

ns./ns-allinone-2.35/ns-2.35/tcl/ex/simple.tcl

輸入 exit 退出 ns2

((四 四))l tcl 語言基本使用（舉例說明）

a)創(chuàng)建 test01.tcl 文件，編輯 test01.tcl 文件,在終端輸入 touch test01.tcl #創(chuàng)建文件 gedit test01.tcl #編輯文件 b)在 test01.tcl 中輸入“九九乘法表”TCL 語言

c)運(yùn)行 test01.tcl，結(jié)果如圖：

((五 五))網(wǎng)絡(luò)仿真（可以選示例，也可以自己參考資料設(shè)計(jì)仿真）

((六 六))遇到的問題及解決方法

1.Ns2 驗(yàn)證：安裝完成后在新終端窗口 輸入 ns 不出現(xiàn) %

使用 sudo apt-get install ns2 安裝后新窗口輸入 ns 出現(xiàn) %

2.TCL 語言測試：找不到 tk.tcl

ns./ns-allinone-2.35/ns-2.35/tcl/ex/simple.tcl 提示找不到 tk.tcl，因?yàn)闆]安裝 nam，輸入命令 sudo apt-get install nam 安裝成功，再驗(yàn)證就可以了。

四、

實(shí)驗(yàn)總結(jié)

通過本次實(shí)驗(yàn)，熟悉掌握了虛擬機(jī) VMware Workstation Pro 的安裝與系統(tǒng)創(chuàng)建安裝使用，熟悉掌握 Ubuntu 系統(tǒng)的基本命令操作，掌握 ns2 環(huán)境配置，掌握 tcl 語言的基本語句及編程規(guī)則，了解但還尚未能掌握使用 ns2進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)仿真的操作。相信之后通過理論與實(shí)踐更深的了解熟悉網(wǎng)絡(luò)仿真的知識與操作。

第五篇：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)感想

無線傳感實(shí)驗(yàn)感想

本次實(shí)驗(yàn)我們進(jìn)行的是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，我們小組成員學(xué)習(xí)了無線傳輸?shù)幕驹?，合作完成?shí)驗(yàn)系統(tǒng)的安裝、調(diào)試與數(shù)據(jù)分析，在這一過程中我受益良多。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是基于ZigBee技術(shù)。ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。

現(xiàn)在無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)廣泛用于很多方面，如農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)自動化以及智能家居等。無線傳感的使用使傳感器和自動化技術(shù)得到了空前的發(fā)展，并給人們的生活帶來了很大的便利。

我們平時的實(shí)驗(yàn)課更多注重對理論的驗(yàn)證，但是沒有創(chuàng)新性和自主研發(fā)性，雖然這次的實(shí)驗(yàn)我們大部分也是照著實(shí)驗(yàn)說明書進(jìn)行連接、燒錄程序、演示等，但是此次的實(shí)驗(yàn)增加了我對電子設(shè)計(jì)的濃厚興趣。只要有興趣，我相信化興趣為動力，我肯定能更加努力加強(qiáng)電子專業(yè)的學(xué)習(xí)，努力提高專業(yè)素養(yǎng)。

當(dāng)然實(shí)驗(yàn)中還有注重團(tuán)隊(duì)的協(xié)作，我們分工明確，合作愉快，因此更快、更好地完成了實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)在的項(xiàng)目工程，憑一己之力幾乎不可能完成，所以企業(yè)也十分注重員工的團(tuán)隊(duì)意識，我們想要進(jìn)入好的企業(yè)，對這塊不能等閑視之，必須加以重視。

最后，通過這次的傳感器技術(shù)實(shí)驗(yàn)我不但對理論知識有了更加深的理解，對于實(shí)際的操作和也有了質(zhì)的飛躍。經(jīng)過這次的實(shí)驗(yàn)，我們整體對各個方面都得到了不少的提高，希望以后學(xué)校和系里能夠開設(shè)更多類似的實(shí)驗(yàn)，能夠讓我們得到更好的鍛煉。