无线传感器网络北航

1. 无线传感器网络机械振动监测系统设计都可以采用哪些方案

一、无线传感器网络是工业自动化的新热点无线传感器网络的出现引起了全世界范围的广泛关注，被称为二十一世纪最具影响的技术技术之一；改变世界的10大新技术之一；全球未来的四大高技术产业之一。而无线传感器网络技术很快也将进入工业自动化和工业测控领域，大多数工业仪表和自动化产品产品都将很快嵌入无线传输功能，完成从有线到无线过渡；图一是一个典型的工业用无线传感器网络示意图，核心部分是低功耗的传感器节点（可以使用电池长期供电、太阳能电池供电，或风能、机械机械振动发电等），网络路由器（具有网状网络路由功能）和无线网关（将信息传输到工业以太网和控制中心，或者传输通过互联网联网）； 图一，典型的工业用无线传感器网络 图一，典型的工业用无线传感器网络由于市场巨大，许多在工业自动化领域的老牌劲旅，如GE、Honeywell等，都推出了各种工业无线传感器网络产品和系统，国内也有不少研究机构和大型公司公司在进行相关研究，但是，涉及无线传感器网络的技术都是高度保密的东西，我们这些普通的工程师们，很难了解其中的细节和有机会参与任何设计工作；那么，我们作为从事自动化和工业控制的普通工程师们，能否有机会自己动手，来设计适合自己应用需要的工业用无线传感器网络产品？来开发我们自己需要的无线工业自动化项目？无线SoC技术的发展，将使我们的梦想，将变为现实，目前应该是一个明显的转折点和交汇点。回答的肯定的：我们完全可能自己动手，设计适合自己应用特点的工业用无线传感器网络；二、选择合适的微控制器和开发平台二、选择合适的微控制器和开发平台工业环境中的射频通信条件较为恶劣，厂房中遍布的各种大型器械、金属管道等对信号的反射、散射造成的多径效应，以及马达、器械运转时产生的电磁噪声，都会干扰无线信号的正确接收，同时，工业环境强烈的电磁干扰，也对使用在工业无线传感器网络的核心微处理器提出了新的挑战。我们自己动手设计在这样环境中运行的工业网络系统，首先需要选择合适的微处理器和高频电路；图二是一个典型的工业无线传感器网络节点硬件结构示意图 图二工业无线传感器网络节点示意图 图二工业无线传感器网络节点示意图目前TI公司和FREESCALE公司推出的3套最新无线单片机解决方案：MC13224,CC2530,MSP430F5437+CC2520，都是很好的SoC微控制器解决方案，（见表一）这些方案的特点是，高度集成化设计，微处理器和无线收发部分在同一芯片内部，需要电路板面积小于2平方厘米，外围只小于很少零件，就有很强抗干扰能力。工业无线传感器网络的网关，路由器和传感器节点，都可以使用同一微处理器来设计； 主要参数 MC13224 无线单片机 CC2530 无线单片机 CC2520 +MSP430F5437 MCU结构 单芯片，ARM7内核，32位MCU 单芯片8051内核 8位MCU 两片16位MCU 无线高频前端 IEEE802.15.4 IEEE802.15.4 IEEE802.15.4 无线网络协议 ZIGBEEpro 开源和免费 ZIGBEEpro 开源和免费 ZIGBEEpro 开源和免费 无线连接链路 >100DBM >100DBM >100DBM 内置闪存 128K 256K 256K 低功耗时电池寿命 10年 5年 5年 芯片大量采购价格 每片4美元 每片3美元 每套7美元 软件开发平台 IAREWARM IAREW8051 IAREW430 硬件开发系统 ARMRF-MC13224PK C51RF-CC2530PK MSPRF-430F5437 在线仿真器 ARM WXL-CC2530 TI430 网络测试工具 网络分析仪 网络分析仪 网络分析仪 主要参数MC13224无线单片机CC2530无线单片机CC2520+MSP430F5437MCU结构单芯片，ARM7内核，32位MCU单芯片8051内核8位MCU两片16位MCU无线高频前端IEEE802.15.4IEEE802.15.4IEEE802.15.4无线网络协议ZIGBEEpro开源和免费ZIGBEEpro开源和免费ZIGBEEpro开源和免费无线连接链路>100DBM>100DBM>100DBM内置闪存128K256K256K低功耗时电池寿命10年5年5年芯片大量采购价格每片4美元每片3美元每套7美元软件开发平台IAREWARMIAREW8051IAREW430硬件开发系统ARMRF-MC13224PKC51RF-CC2530PKMSPRF-430F5437在线仿真器ARMWXL-CC2530TI430网络测试工具网络分析仪网络分析仪网络分析仪采用上述方案，在保证系统可靠性的前提下，最大的特点是经济和方便，因为无线单片机芯片价格很低，甚至已经低于许多类型普通单片机，设计者可以放手进行设计和调试，不必担心芯片损坏等；另外目前国内嵌入式设计的知识已经相当普及，设计工业用无线传感器网络网关，路由器，节点和设计我们熟悉的普通单片机系统，核心技术没有什么不同，而且，的IAR编译，调试系统是目前世界是最强大的商业化嵌入式C语言软件设计工具，配合成都无线龙通讯提供的无线单片机开发平台，样板工程设计，JTAG在线仿真器，你可以精确的将故障定位到每一行指令，将无线组网和通讯，实现慢动作式的重放，并随时捕获空中无线数据包装；整个无线通讯软件硬件设计的的过程，在这些高级调试开发工具的帮助下，完全透明化，可控制化，使你像开发你的其它单片机系统一样，快捷容易的完成设计任务；三、ZIGBEEpro符合工业无线网络设计要求三、ZIGBEEpro符合工业无线网络设计要求与面向家庭的无线网络技术（ZIGBEE2004到ZIGBEE2006属于这类面向家庭的技术）不同，面向工业自动化应用的无线网络技术需要满足以下五个方面需求，■高可靠性：大部分的工业控制应用要求数据的可靠传输率要超过95%。为了实现在工业现场使用无线通信来实现高可靠传输面临以下挑战，ZIGBEEpro协议栈采用2.4GHz物理层都基于DSSS（DirectSequenceSpreadSpectrum，直接序列扩频）技术（包括数据的调制，激活和休眠射频收发器,信道能量检测,信道接收数据包的链路质量指示,空闲信道评估,收发数据等）具有很强抗干扰能力，而且MAC层和应用层(APS部分)有应答重传功能，另外MAC层的CSMA机制使节点发送之前先监听信道，也可以起到避开干扰的作用；网络层采用了网状网的组网方式，从源节点到达目的节点可以有多条路径，路径的冗余加强了网络的健壮性，如果原先的路径出现了问题，比如受到干扰，或者其中一个中间节点出现故障，ZIGBEEPRO可以进行路由修复，另选一条合适的路径来保持通信。同时，ZIGBEEPRO最新增加的频率捷变(frequencyagility)，也大大加强其作为工业网络使用的可靠性，ZigBeepro网络受到外界干扰，比如各种工业现场的无线干扰，无法正常工作时，整个ZIGBEEPRO网络可以自动动态的切换到全部16个频道的一个干净工作信道上（实现FHSS跳频功能）。和其它目前采用DSSS+FHSS的工业无线网络协议比较，ZIGBEEPRO可靠性和抗干扰性更胜一筹；采用表一的无线单片机，都可以支持ZIGBEEPRO的无线网络协议栈；■严格实时性：对于工业闭环控制应用，数据传输延迟应低于1.5倍的传感器采样时间。ZIGBEEPRO网络针对工业通信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。设备设备搜索时延典型值为毫秒级别，休眠激活时延典型值是15ms，活动设备信道接入时延为15ms，加上ZIGBEEPRO新的路由算法，大大提高了网络路由效率；在通过多跳接力的方式进行传输的延迟大幅度降低，完全能够保证端到端通信实时性。■低能耗：用于对工业全流程进行泛在感知的无线传感器网络节点由于成本的限制和安装条件限制，通常不采用外接电源的方式，而是靠自身携带的电池供电。由于表一中列出的新型无线单片机和ZIGBEEPRO无线前端的一系列革命性的新设计，，节点的电池寿命应达到3至10年。能够实现使用最少的能源的工业用无线传感器网络；■安全性：随着工业控制系统网络化进程的推进，网络安全和数据安全问题日益突出，一些安全漏洞将给工业控制应用造成巨大的损失。无线通信由于信道的开放特征更容易受到攻击，其安全保障机制将更加复杂；为了工业网络应用设计了高安全模式(HighSecurityMode)，就是当节点加入网路时，信托中心(TrustCenter,TC)会先配一把万能金钥(MasterKey)给新加入的节点，然后，新加入的节点再用这把万能金钥透过SKKE的流程，与网路中的任何节点建立连结金钥(LinkKey)，最后再利用连结金钥加密后产生一把网路共用的网路金钥，网路金钥(NWKKey)放在应用层有效载荷中传送给对方，然后再通过网路传输加密资料。ZIGBEEPro的安全设计，完全能够实现工业无线网络对安全通讯的主要要求；而且，如表一所示的新的16位，32位无线单片机具有强大的数据处理能力，已经完全具有能力实现复杂的安全算法的能力，对应工业无线传感器网络提出的挑战。■兼容性：为了保护用户的原有投资，基于工业无线传感器网络要具有与工厂原有的有线控制系统互连和互操作的能力。采用ZIGBEEPRO设计的无线网关，能够实现和目前工业以太网，CAN总线，各种工业控制总线的无缝连接，和互联网的IP通讯。ZIGBEE也是全球无线传感器网络的重要标准，是具有很好兼容性的工业无线传感器网络网络协议软件；综上所述，以传感和控制为目标的ZIGBEEPRO无线网络，具有加强版商业级和工业的协议栈，完全可以满足上述五个方面的要求，使用ZIGBEEPRO协议栈，完全可以设计出图二所示结构那样，满足自己特别应用要求的工业无线传感器网络项目和产品；四，有线到无线，我们笑迎新的技术挑战四，有线到无线，我们笑迎新的技术挑战通过上面的简单介绍，我们看到任何工程师，都有机会来进入这个全新的技术领域，入门并不难，精通也办得到；这是因为我们生活在互联网时代，也是因为国内在这个领域已经有像深圳无线龙科技这样的一批先行者，他们出版了相关中文书籍（北航出版《无线单片机丛书》十本，最新一册是《ZIGBEE2007PRO入门与实战》），提供相关C51RF,MSPRF，ARMRF系列低价格无线单片机开发工具，同时，对ZIGBEEPRO这样的协议栈的应用提供相关技术支持，提供高频模块等服务，这样，就使我们入门进行设计开发时，更加方便容易，另外，TI，Freescale公司，提供了廉价的无线单片机芯片，高性能的免费无线网络协议栈；这些，都为我们投入这个全线的技术领域——相对复杂的工业自动传感器网络和无线工业自动控制领域，打开了方便之门；本文重点介绍的是工业无线传感器网络部分的实现，其实，在已经实现工业无线传感器网络和节点间双向通讯的前提下，实现对工业设备的无线控制控制，包括继电器，I/O,开关控制，电机控制，都已经是很容易实现的，水到渠成的事情，只需要在软件和硬件上进行一些小的扩展就可以了；从有线到无线，从传统有线工业自动化系统，到新的工业无线传感器网络系统，我们面对全新的挑战，让我们现在就出发，在这些设计开发的挑战中，去完成我们技术更新和升华；

2. 如何研究zigbee协议栈

应该只能看说明文档，还要学习下CC2430， 推荐一本书北航的《ZigBee技术实践教程——基于CC2430/31的无线传感器网络解决方案》。
各个文档用途说明（取自上书）：
1、Z-Stack User's Guide - CC2430DB_F8W-2005-0036_.pdf：Z-Stack的总说明文件，里面介绍了CC2430DB的硬件开发平台和软件开发环境；
2、Z-Stack User's Guide - CC2431DB (F8W-2006-0025).pdf：跟上个文件功能类似，只不过将芯片由CC2430换成了具有定位功能的CC2431芯片；
3、Create New Application For The CC2430DB_F8W-2005-0033_.pdf：说明怎么利用现有的CC2430项目模板创建自己需要的项目；
4、Power Management For The CC2430DB_F8W-2006-0019_.pdf：如何利用协议栈对CC2430开发平台进行电源管理；
5、Upgrading To Z-Stack v1.4.2 For The CC2430_F8W-2007-0024_.pdf：如何把基于Z-Stack1.42的项目升级到Z-Stack1.43；
6、Z-Stack Compile Options_F8W-2005-0038_.pdf：在Z-Stack中有很多编译选项，这个文件对这些编译选项做了说明；
7、Z-Stack Location Profile (F8W-2006-0002).pdf：这个文件是针对于具有定位功能的CC2431DB开发平台的，提供并解释了定位profile；
8、Z-Stack Sample Application For CC2430DB_F8W-2007-0017_.pdf：解释了Z-Stack的一个简单应用例子SampleApp的用法，可以作为用户学习Z-Stack的第一个例子。
上述8个文件在\Documents\CC2430文件夹中，以下16个文件在Documents根文件夹里。
9、802.15.4 MAC API _F8W-2005-1503_.pdf:802.15.4MAC层用户接口函数说明（除非想深层学习Z-Stack，一般情况下可不作了解）；
10、Application-Level Tuning of Z-Stack_F8W-2006-0005_.pdf：应用层的全局变量定义、编译选项；
11、HAL Driver API _F8W-2005-1504_.pdf：硬件抽象层驱动接口函数说明；
12、Heap Memory Management_F8W-2006-0026_.pdf：堆内存管理；
13、Method for Discovering Network Topology_F8W-2005-0014_.pdf：发现网络拓扑的方法；
14、Migrating From Z-Stack Version 1.3 to 1.4_F8W-2006-0004_.pdf：如何把基于Z-Stack1.3的项目升级到Z-Stack1.4.；
15、OSAL API_F8W-2003-0002_.pdf：OSAL层API函数接口说明（协调操作系统运行的各个具体函数介绍）；
16、Protocol Versioning and 16-bit Cluster ID_F8W-2006-0006_.pdf：讲述ZigBee协议1.0和1.1两个版本选择和识别的问题，以及1.1版本所支持的簇ID；
17、Serial Port Interface_F8W-2003-0001_.pdf：讲述经过串口在PC上用Z-tools调试CC2430/31DB平台是的各个接口函数和具体参数；
18、Simple API for Z-Stack _F8W-2007-0021_.pdf：本文件是对包含在Z-Stack中的一个例子项目SimpleApp的教程和参考手册，SimpleApp项目演示了用户如何基于Z-Stack用最简单的API函数来开发应用程序；
19、Z-Stack API _F8W-2006-0021_.pdf：Z-Stack接口函数大全；
20、Z-Stack Developer's Guide _F8W-2006-0022_.pdf：Z-Stack开发指南，讲述了Z-Stack协议栈的一些组件和功能，解释了可配置的参数，以及如何修改这些参数来开发自己的引用程序；
21、Z-Stack HAL Porting Guide _F8W-2006-0024_.pdf：如何根据自己的硬件平台来修改硬件抽象层文件；
22、Z-Stack Sample Applications (F8W-2006-0023).pdf：讲述了Z-Stack包含的几个例子项目及其简单用法，包括GeneralApp，SampleApp，SimpleApp等；
23、Z-Stack ZCL API_F8W-2006-0020_.pdf：ZigBee簇库接口函数。

3. 北航的先进光学传感与仪器专业好吗

测试的比较好找工作，有传感器、图像处理、无线传感网络等方向；精仪比较专，主要是做陀螺的，所以找工作面比较窄，看你更偏向哪方面

4. 徐桢大学毕业于哪所学校

1997年在西北工业大学获得学士学位、2000年在西安交通大学获得硕士学位、2005年在Carleton University（加拿大）获得博士学位。2005年5月至今任教于北京航空航天大学电子信息工程学院。主要研究方向为无线自组织网络、卫星通信网络、信息包分类等。

主要研究领域：

研究方向包括空天一体化通信网络、无线传感器网络、移动Ad Hoc网络中的相关信息传输协议，航空数据链，卫星通信，自适应传输，网络化目标定位和跟踪的相关算法，信息包分类方法等。

正在研究：

1. 主持自然基金项目“绿色无线汇聚传感器网络的聚合拓扑与传输研究”；

2. 主持博士点基金“无线传感器网络多目标联合定位跟踪方法研究”；

3. 主持国家支撑计划子课题“多系统完好性监视技术研究及仿真平台”；

4. 主持航天创新基金“星地一体的空间信息高效传输方法”；

5. 主持开放创新基金“基于中继卫星的IP动态路由技术”。

社会学术兼职：

中国航空学会航电与空管分会总干事。

5. 北航软件学院在职物联网专业如何

这专业应该挺不错的。专业基础课足以使你去一家大企业的岗位，专业核心课感觉把物联网讲的比较深刻和全面吧。我看他们的课程有传感器与无线传感网络技术，高级芯片控制与接口技术，北斗导航技术与物联网应用实践，Zigbee网络与物联网应用，人体工程学，智慧城市工程等。现在可穿戴设备这么火，学这个应该很有前途吧。

6. 物联网工程专业开设课程设置,课程内容学什么

课程设置选项之一

2010年初教育部下达了高校设置物联网专业申报通知，众多高校争相申报。由于物联网涉及的领域非常广泛，从技术角度，主要涉及的现有高校院系与专业有：计算机科学与工程，电子与电气工程，电子信息与通讯，自动控制，遥感与遥测，精密仪器，电子商务等等。物联网专业可能会在上述这些院系中开设。与物联网应用相关的专业，如建筑与智能化，土木工程，交通运输与物流，节能与环保等等，可能会考虑开设选修课或在研究生、博士生阶段设置相关交叉学科的学位。

物联网可以是一个“专业”，但不一定是一个“学科”。国内有些专家反对设置“物联网专业”，因为定位不清，一个学校往往有好几个院系争夺“物联网专业“的申报，又不是一个明确的学科，难以培养出真正的专业人才，培养出来的人可能是“万精油”，懂得多但是不精，尤其是本科阶段，建议只作为研究生专业，像MBA一样的模式。和许多高校设置的“电子商务”专业一样，“电子商务”也有同样的定位不清问题，只要高校设置的物联网专业能够培养出社会需要的专业人才，尤其是跨专业复合型人才，就应该可以设置，不必拘泥于它究竟属于哪个现有的“学科”。下表列出了一个高校物联网专业课程设置的初步建议，算是抛砖引玉。

课程1物联网导论推荐使用科学出版社出版的《物联网导论》（国际著名物联网专家、ACM中国副主席、清

物联网工程华大学教授刘云浩编著）等教材。全面了解物联网的3个重要特征，并且需要大概了解物联网的感知识别、网络构建、管理服务等技术及其行业综合应用。

课程2C语言程序设计推荐使用清华大学出版社出版的《C语言程序设计》（谭浩强教授的经典著作）、机械工业出版社出版的《C程序设计语言(第2版新版)》（国际经典教材）等教材。物联网涉及底层编程，C语言为必修课，同时需要了解OSGi，OPC，Silverlight等技术标准。

课程3Java程序设计推荐使用机械工业出版社出版的《Java语言程序设计教程》等教材。物联网应用层，服务器端集成技术，开放Java技术也是必修课，同时需要了解Eclipse，SWT，Flash，HTML5，SaaS等技术。

课程4无线传感网络推荐使用清华出版社出版的《无线传感器网络》（中科院软件所研究员孙利民、哈工大教授李建中等编著）、北京航空航天大学出版社《短距离无线通讯入门与实战》等教材。学习各种无线RF通信技术与标准，Zigbee，蓝牙，红外，WiFi，GPRS，CDMA，3G，4G，5G等。

课程5TCP/IP网络协议推荐使用电子工业出版社出版的《用TCP/IP进行网际互连(第1卷):原理、协议与结构(第5版)》等教材。TCP/IP协议标准是所有有线和无线网络协议的基础，Socket编程技术也是基础技能，为必修课。

课程6嵌入式系统技术推荐使用人民邮电出版社出版的《嵌入式系统技术教程》等教材。嵌入式系统（包括TinyOS等IoT操作系统）,是物联网感知层和通讯层重要技术，为必修课。

课程7传感器技术推荐使用中国计量出版社出版的《传感器技术》等教材。物联网专业学生需要对传感器技术与发展，尤其是在应用中如何选用有所了解，但不一定需要了解传感器的设计与生产，对相关的材料科学，生物技术等有深入了解。

课程8RFID技术推荐使用电子工业出版社2013年出版的《物联网RFID原理与技术》，机械工业出版社出版的《射频识别（RFID）技术原理与应用》等教材。RFID作为物联网主要技术之一，需要了解，它本身（与智能卡技术融合）可以是一个细分专业或行业，也可以是研究生专业选题方向。

课程9工业信息化及现场总线技术推荐使用机械工业出版社出版的《现场总线技术及应用教程》等教材。工业信息化也是物联网主要应用领域，需要了解，它本身也可以是一个细分专业或行业，也可作为研究生专业选题方向。

课程10M2M技术推荐使用TSTCPublishing出版的《M2M:TheWirelessRevolution》等教材。本书是美国“TexasStateTechinicalCollege”推出的M2M专业教材，在美国首次提出了M2M专业教学大纲，M2M也是物联网主要领域，需要了解，建议直接用英文授课。

课程11物联网软件、标准、与中间件技术推荐使用清华大学出版社出版的《中间件技术原理与应用》、电子工业出版社出版的《物联网：技术、应用、标准和商业模式》等教材。物联网产业发展的关键在于应用，软件是灵魂，中间件是产业化的基石，需要学习和了解，尤其是对毕业后有志于物联网技术发展的学生。

7. 怎么把无限传感器网络应用于智慧校园中,画出应用矿机

无线传感器网络。无线传感器网络在智慧校园网中的应用，以及对教学的支撑、对科研环境的保障以及校园师生管理。需要使用传感器，才可以把网络应用于智慧校园中，画出应用矿机。矿机，顾名思义，用于挖掘(生产)加密货币的机器。