面向机械振动监测的无线传感器网络时间同步研究

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1、重庆大学硕士学位论文1绪论传感器模块微处理器 无线收发模A/D转换器存储器数据采集模块数据处理与控制模块通信模块能量供应模块图1.2传感器节点功能结构Fig.1.2ThearchitectureofSensornode1.3.3无线传感器网络的主要特征由于是普适计算发展而来，所以无线传感器网络仍符合普适计算的“间断连接”和“轻量计算”两大特性[8]。主要具有以下技术特征：①节点硬件资源有限，能量效率要求高。传感器节点通常价格低廉，其处理能力弱、存储器容量小，这使得它不能进行复杂的计算，因此传统网络上成熟的协议和算法对于无线传感器网络而言开销过大，必须重新设计简单、能量效率高的协

2、议和算法。②节点数量众多，分布密集。无线传感器网络通常密集部署在大片的监测区域内，其节点的数量和密度较无线自组网络成数量级地提高。③无线传感器网络相对于其他无线网络可靠可靠性较高。由于传感器节点往往是在无人值守的状态下工作，这使得网络的维护变得十分困难，因此要求传感器节点具有较好的可靠性以适应各种极端的环境。④无中心自组织。通常网络中所处环境以及自身具有很多不可预测的因素，并且由于节点数量众多，不能排除部分节点由于能量耗尽或者其他原因而失效，新的节点需要加入到网络中，这就要求无线传感器网络必须具备无中心、自组织的特点。⑤动态拓扑。网络中节点往往可以随着应用要求而移动，加之无线信

3、道之间的相互干扰、地形以及天气等因素的影响，这些都可能使得网络的拓扑结构发生变化。因此无线传感器网络要能适应拓扑变化，具有动态拓扑的特性。⑥应用相关。由于在不同应用中所监测的物理量不同，因而对传感器网络系统的要求也不同，其硬件软件平台以及通信协议都会有较大的差异。这往往要求在不同的应用中开展不同的设计工作。⑦以数据为中心。无线传感器网络中，我们所需要获取的重点信息在于某些物理量的数值，并不会具体关心某个节点的观测数据。这就是无线传感器网络以数据为中心的特点。4重庆大学硕士学位论文1绪论1.3.3无线传感器网络的应用无线传感器网络的应用前景非常广阔，目前已广泛应用于军事、环境监测

4、和预报、建筑物状态监测、智能化农业生产、智能家居、智能交通、智能电网等领域。随着无线传感器网络的快速发展和进一步成熟，它将越来越深的融入到我们的生活当中。①军事应用。军队可以通过飞机或者炮弹的形式将传感器节点播撒到敌方阵地，使用无线传感器网络隐蔽而快速的收集敌方兵力部署、装备、军火情况。利用无线传感器网络定位技术可以为火控和制导系统提供精确的制导信息。美国军方2001年开始研究一项名为“狼群”的军事计划，其目的是建立一个多种用途的无线传感器网络以监视战场上需要了解的磁场、污染、毒物、温度乃至核、生化武器等信息。②环境监测与预测。无线传感器网络的低功耗性与大规模性可以为环境监测提

5、供便利的条件，传感器节点体积小而且只需布置一次，因此无线传感器网络对被监测环境的人为影响比较小。环境监测往往是一个地域广阔、时间长久的过程，而无线传感器网络节点具有功耗低、工作时间长、成本低的特点，可以实现危险区域内的无人值守、连续在线监测[9-11]。2002年春，加州大学伯克利分校计算机系Intel实验室和大西洋学院联合开展一个名叫“in-situ”的无线传感器网络监测海岛生态环境的项目，在大鸭岛展开对海燕栖息地的研究。海岛上的海燕往往对外来生物活动的反应特别敏感，反复的人类活动可能导致整个栖息地的严重破坏，无线传感器网络具有一次部署、有效期长、无人值守等特点，从而大大减少

6、了外来因素对生态环境的影响。③建筑物健康状态监测。无线传感器网络可以用于监测桥梁、高架桥、高速公路等道路环境[12-15]。对许多老旧的桥梁，桥墩长期受到水流的冲刷，将传感器节点放置在桥墩底部、用以感测桥墩结构。也可放置在桥梁两侧或底部，搜集桥梁的温度、湿度、震动幅度、桥墩被侵蚀程度等，能減少断桥所造成生命财产的损失。④现代精细农业生产。无线传感器网络的发展给现代农业生产带来了前所未有的手段[16-17]。由西北工业大学等单位承担的国家科技支撑计划项目“西北优势农作物生产精准管理系统”将无线传感器网络应用于农业生产，为发展现代农业提供了新的技术支撑。该项目开发出可实时采集大气温

7、湿度、CO2浓度、土壤温湿度的传感器网络节点，建立了由感知节点、汇聚节点、通信服务器、基于WEB的监控中心、农业专家系统、交互式农户生产指导平台组成的农业生产管理系统。目前，该系统已应用于安塞、杨凌、阎良日光温室的番茄、甜瓜等设施作物，洛川苹果、周至猕猴桃、商洛丹参等生产当中，并取得了丰硕的成果。⑤智能家居。随着生活水平的提高，人们对居住环境的要求日益提高。无线传感器网络应用于家居可以改善居住环境的舒适度并减少能源的损耗。世界各国相继开展了智能居住环境的研究工作,如Texas大学的MavHo