無線感測器網路北航

1. 無線感測器網路機械振動監測系統設計都可以採用哪些方案

一、無線感測器網路是工業自動化的新熱點無線感測器網路的出現引起了全世界范圍的廣泛關注，被稱為二十一世紀最具影響的技術技術之一；改變世界的10大新技術之一；全球未來的四大高技術產業之一。而無線感測器網路技術很快也將進入工業自動化和工業測控領域，大多數工業儀表和自動化產品產品都將很快嵌入無線傳輸功能，完成從有線到無線過渡；圖一是一個典型的工業用無線感測器網路示意圖，核心部分是低功耗的感測器節點（可以使用電池長期供電、太陽能電池供電，或風能、機械機械振動發電等），網路路由器（具有網狀網路路由功能）和無線網關（將信息傳輸到工業乙太網和控制中心，或者傳輸通過互聯網聯網）； 圖一，典型的工業用無線感測器網路 圖一，典型的工業用無線感測器網路由於市場巨大，許多在工業自動化領域的老牌勁旅，如GE、Honeywell等，都推出了各種工業無線感測器網路產品和系統，國內也有不少研究機構和大型公司公司在進行相關研究，但是，涉及無線感測器網路的技術都是高度保密的東西，我們這些普通的工程師們，很難了解其中的細節和有機會參與任何設計工作；那麼，我們作為從事自動化和工業控制的普通工程師們，能否有機會自己動手，來設計適合自己應用需要的工業用無線感測器網路產品？來開發我們自己需要的無線工業自動化項目？無線SoC技術的發展，將使我們的夢想，將變為現實，目前應該是一個明顯的轉折點和交匯點。回答的肯定的：我們完全可能自己動手，設計適合自己應用特點的工業用無線感測器網路；二、選擇合適的微控制器和開發平台二、選擇合適的微控制器和開發平台工業環境中的射頻通信條件較為惡劣，廠房中遍布的各種大型器械、金屬管道等對信號的反射、散射造成的多徑效應，以及馬達、器械運轉時產生的電磁雜訊，都會干擾無線信號的正確接收，同時，工業環境強烈的電磁干擾，也對使用在工業無線感測器網路的核心微處理器提出了新的挑戰。我們自己動手設計在這樣環境中運行的工業網路系統，首先需要選擇合適的微處理器和高頻電路；圖二是一個典型的工業無線感測器網路節點硬體結構示意圖 圖二工業無線感測器網路節點示意圖 圖二工業無線感測器網路節點示意圖目前TI公司和FREESCALE公司推出的3套最新無線單片機解決方案：MC13224,CC2530,MSP430F5437+CC2520，都是很好的SoC微控制器解決方案，（見表一）這些方案的特點是，高度集成化設計，微處理器和無線收發部分在同一晶元內部，需要電路板面積小於2平方厘米，外圍只小於很少零件，就有很強抗干擾能力。工業無線感測器網路的網關，路由器和感測器節點，都可以使用同一微處理器來設計； 主要參數 MC13224 無線單片機 CC2530 無線單片機 CC2520 +MSP430F5437 MCU結構 單晶元，ARM7內核，32位MCU 單晶元8051內核 8位MCU 兩片16位MCU 無線高頻前端 IEEE802.15.4 IEEE802.15.4 IEEE802.15.4 無線網路協議 ZIGBEEpro 開源和免費 ZIGBEEpro 開源和免費 ZIGBEEpro 開源和免費 無線連接鏈路 >100DBM >100DBM >100DBM 內置快閃記憶體 128K 256K 256K 低功耗時電池壽命 10年 5年 5年 晶元大量采購價格 每片4美元 每片3美元 每套7美元 軟體開發平台 IAREWARM IAREW8051 IAREW430 硬體開發系統 ARMRF-MC13224PK C51RF-CC2530PK MSPRF-430F5437 在線模擬器 ARM WXL-CC2530 TI430 網路測試工具 網路分析儀 網路分析儀 網路分析儀 主要參數MC13224無線單片機CC2530無線單片機CC2520+MSP430F5437MCU結構單晶元，ARM7內核，32位MCU單晶元8051內核8位MCU兩片16位MCU無線高頻前端IEEE802.15.4IEEE802.15.4IEEE802.15.4無線網路協議ZIGBEEpro開源和免費ZIGBEEpro開源和免費ZIGBEEpro開源和免費無線連接鏈路>100DBM>100DBM>100DBM內置快閃記憶體128K256K256K低功耗時電池壽命10年5年5年晶元大量采購價格每片4美元每片3美元每套7美元軟體開發平台IAREWARMIAREW8051IAREW430硬體開發系統ARMRF-MC13224PKC51RF-CC2530PKMSPRF-430F5437在線模擬器ARMWXL-CC2530TI430網路測試工具網路分析儀網路分析儀網路分析儀採用上述方案，在保證系統可靠性的前提下，最大的特點是經濟和方便，因為無線單片機晶元價格很低，甚至已經低於許多類型普通單片機，設計者可以放手進行設計和調試，不必擔心晶元損壞等；另外目前國內嵌入式設計的知識已經相當普及，設計工業用無線感測器網路網關，路由器，節點和設計我們熟悉的普通單片機系統，核心技術沒有什麼不同，而且，的IAR編譯，調試系統是目前世界是最強大的商業化嵌入式C語言軟體設計工具，配合成都無線龍通訊提供的無線單片機開發平台，樣板工程設計，JTAG在線模擬器，你可以精確的將故障定位到每一行指令，將無線組網和通訊，實現慢動作式的重放，並隨時捕獲空中無線數據包裝；整個無線通訊軟體硬體設計的的過程，在這些高級調試開發工具的幫助下，完全透明化，可控制化，使你像開發你的其它單片機系統一樣，快捷容易的完成設計任務；三、ZIGBEEpro符合工業無線網路設計要求三、ZIGBEEpro符合工業無線網路設計要求與面向家庭的無線網路技術（ZIGBEE2004到ZIGBEE2006屬於這類面向家庭的技術）不同，面向工業自動化應用的無線網路技術需要滿足以下五個方面需求，■高可靠性：大部分的工業控制應用要求數據的可靠傳輸率要超過95%。為了實現在工業現場使用無線通信來實現高可靠傳輸面臨以下挑戰，ZIGBEEpro協議棧採用2.4GHz物理層都基於DSSS（DirectSequenceSpreadSpectrum，直接序列擴頻）技術（包括數據的調制，激活和休眠射頻收發器,信道能量檢測,信道接收數據包的鏈路質量指示,空閑信道評估,收發數據等）具有很強抗干擾能力，而且MAC層和應用層(APS部分)有應答重傳功能，另外MAC層的CSMA機制使節點發送之前先監聽信道，也可以起到避開干擾的作用；網路層採用了網狀網的組網方式，從源節點到達目的節點可以有多條路徑，路徑的冗餘加強了網路的健壯性，如果原先的路徑出現了問題，比如受到干擾，或者其中一個中間節點出現故障，ZIGBEEPRO可以進行路由修復，另選一條合適的路徑來保持通信。同時，ZIGBEEPRO最新增加的頻率捷變(frequencyagility)，也大大加強其作為工業網路使用的可靠性，ZigBeepro網路受到外界干擾，比如各種工業現場的無線干擾，無法正常工作時，整個ZIGBEEPRO網路可以自動動態的切換到全部16個頻道的一個干凈工作信道上（實現FHSS跳頻功能）。和其它目前採用DSSS+FHSS的工業無線網路協議比較，ZIGBEEPRO可靠性和抗干擾性更勝一籌；採用表一的無線單片機，都可以支持ZIGBEEPRO的無線網路協議棧；■嚴格實時性：對於工業閉環控制應用，數據傳輸延遲應低於1.5倍的感測器采樣時間。ZIGBEEPRO網路針對工業通信對時延敏感的應用做了優化，通信時延和從休眠狀態激活的時延都非常短。設備設備搜索時延典型值為毫秒級別，休眠激活時延典型值是15ms，活動設備信道接入時延為15ms，加上ZIGBEEPRO新的路由演算法，大大提高了網路路由效率；在通過多跳接力的方式進行傳輸的延遲大幅度降低，完全能夠保證端到端通信實時性。■低能耗：用於對工業全流程進行泛在感知的無線感測器網路節點由於成本的限制和安裝條件限制，通常不採用外接電源的方式，而是靠自身攜帶的電池供電。由於表一中列出的新型無線單片機和ZIGBEEPRO無線前端的一系列革命性的新設計，，節點的電池壽命應達到3至10年。能夠實現使用最少的能源的工業用無線感測器網路；■安全性：隨著工業控制系統網路化進程的推進，網路安全和數據安全問題日益突出，一些安全漏洞將給工業控制應用造成巨大的損失。無線通信由於信道的開放特徵更容易受到攻擊，其安全保障機制將更加復雜；為了工業網路應用設計了高安全模式(HighSecurityMode)，就是當節點加入網路時，信託中心(TrustCenter,TC)會先配一把萬能金鑰(MasterKey)給新加入的節點，然後，新加入的節點再用這把萬能金鑰透過SKKE的流程，與網路中的任何節點建立連結金鑰(LinkKey)，最後再利用連結金鑰加密後產生一把網路共用的網路金鑰，網路金鑰(NWKKey)放在應用層有效載荷中傳送給對方，然後再通過網路傳輸加密資料。ZIGBEEPro的安全設計，完全能夠實現工業無線網路對安全通訊的主要要求；而且，如表一所示的新的16位，32位無線單片機具有強大的數據處理能力，已經完全具有能力實現復雜的安全演算法的能力，對應工業無線感測器網路提出的挑戰。■兼容性：為了保護用戶的原有投資，基於工業無線感測器網路要具有與工廠原有的有線控制系統互連和互操作的能力。採用ZIGBEEPRO設計的無線網關，能夠實現和目前工業乙太網，CAN匯流排，各種工業控制匯流排的無縫連接，和互聯網的IP通訊。ZIGBEE也是全球無線感測器網路的重要標准，是具有很好兼容性的工業無線感測器網路網路協議軟體；綜上所述，以感測和控制為目標的ZIGBEEPRO無線網路，具有加強版商業級和工業的協議棧，完全可以滿足上述五個方面的要求，使用ZIGBEEPRO協議棧，完全可以設計出圖二所示結構那樣，滿足自己特別應用要求的工業無線感測器網路項目和產品；四，有線到無線，我們笑迎新的技術挑戰四，有線到無線，我們笑迎新的技術挑戰通過上面的簡單介紹，我們看到任何工程師，都有機會來進入這個全新的技術領域，入門並不難，精通也辦得到；這是因為我們生活在互聯網時代，也是因為國內在這個領域已經有像深圳無線龍科技這樣的一批先行者，他們出版了相關中文書籍（北航出版《無線單片機叢書》十本，最新一冊是《ZIGBEE2007PRO入門與實戰》），提供相關C51RF,MSPRF，ARMRF系列低價格無線單片機開發工具，同時，對ZIGBEEPRO這樣的協議棧的應用提供相關技術支持，提供高頻模塊等服務，這樣，就使我們入門進行設計開發時，更加方便容易，另外，TI，Freescale公司，提供了廉價的無線單片機晶元，高性能的免費無線網路協議棧；這些，都為我們投入這個全線的技術領域——相對復雜的工業自動感測器網路和無線工業自動控制領域，打開了方便之門；本文重點介紹的是工業無線感測器網路部分的實現，其實，在已經實現工業無線感測器網路和節點間雙向通訊的前提下，實現對工業設備的無線控制控制，包括繼電器，I/O,開關控制，電機控制，都已經是很容易實現的，水到渠成的事情，只需要在軟體和硬體上進行一些小的擴展就可以了；從有線到無線，從傳統有線工業自動化系統，到新的工業無線感測器網路系統，我們面對全新的挑戰，讓我們現在就出發，在這些設計開發的挑戰中，去完成我們技術更新和升華；

2. 如何研究zigbee協議棧

應該只能看說明文檔，還要學習下CC2430， 推薦一本書北航的《ZigBee技術實踐教程——基於CC2430/31的無線感測器網路解決方案》。
各個文檔用途說明（取自上書）：
1、Z-Stack User's Guide - CC2430DB_F8W-2005-0036_.pdf：Z-Stack的總說明文件，裡面介紹了CC2430DB的硬體開發平台和軟體開發環境；
2、Z-Stack User's Guide - CC2431DB (F8W-2006-0025).pdf：跟上個文件功能類似，只不過將晶元由CC2430換成了具有定位功能的CC2431晶元；
3、Create New Application For The CC2430DB_F8W-2005-0033_.pdf：說明怎麼利用現有的CC2430項目模板創建自己需要的項目；
4、Power Management For The CC2430DB_F8W-2006-0019_.pdf：如何利用協議棧對CC2430開發平台進行電源管理；
5、Upgrading To Z-Stack v1.4.2 For The CC2430_F8W-2007-0024_.pdf：如何把基於Z-Stack1.42的項目升級到Z-Stack1.43；
6、Z-Stack Compile Options_F8W-2005-0038_.pdf：在Z-Stack中有很多編譯選項，這個文件對這些編譯選項做了說明；
7、Z-Stack Location Profile (F8W-2006-0002).pdf：這個文件是針對於具有定位功能的CC2431DB開發平台的，提供並解釋了定位profile；
8、Z-Stack Sample Application For CC2430DB_F8W-2007-0017_.pdf：解釋了Z-Stack的一個簡單應用例子SampleApp的用法，可以作為用戶學習Z-Stack的第一個例子。
上述8個文件在\Documents\CC2430文件夾中，以下16個文件在Documents根文件夾里。
9、802.15.4 MAC API _F8W-2005-1503_.pdf:802.15.4MAC層用戶介面函數說明（除非想深層學習Z-Stack，一般情況下可不作了解）；
10、Application-Level Tuning of Z-Stack_F8W-2006-0005_.pdf：應用層的全局變數定義、編譯選項；
11、HAL Driver API _F8W-2005-1504_.pdf：硬體抽象層驅動介面函數說明；
12、Heap Memory Management_F8W-2006-0026_.pdf：堆內存管理；
13、Method for Discovering Network Topology_F8W-2005-0014_.pdf：發現網路拓撲的方法；
14、Migrating From Z-Stack Version 1.3 to 1.4_F8W-2006-0004_.pdf：如何把基於Z-Stack1.3的項目升級到Z-Stack1.4.；
15、OSAL API_F8W-2003-0002_.pdf：OSAL層API函數介面說明（協調操作系統運行的各個具體函數介紹）；
16、Protocol Versioning and 16-bit Cluster ID_F8W-2006-0006_.pdf：講述ZigBee協議1.0和1.1兩個版本選擇和識別的問題，以及1.1版本所支持的簇ID；
17、Serial Port Interface_F8W-2003-0001_.pdf：講述經過串口在PC上用Z-tools調試CC2430/31DB平台是的各個介面函數和具體參數；
18、Simple API for Z-Stack _F8W-2007-0021_.pdf：本文件是對包含在Z-Stack中的一個例子項目SimpleApp的教程和參考手冊，SimpleApp項目演示了用戶如何基於Z-Stack用最簡單的API函數來開發應用程序；
19、Z-Stack API _F8W-2006-0021_.pdf：Z-Stack介面函數大全；
20、Z-Stack Developer's Guide _F8W-2006-0022_.pdf：Z-Stack開發指南，講述了Z-Stack協議棧的一些組件和功能，解釋了可配置的參數，以及如何修改這些參數來開發自己的引用程序；
21、Z-Stack HAL Porting Guide _F8W-2006-0024_.pdf：如何根據自己的硬體平台來修改硬體抽象層文件；
22、Z-Stack Sample Applications (F8W-2006-0023).pdf：講述了Z-Stack包含的幾個例子項目及其簡單用法，包括GeneralApp，SampleApp，SimpleApp等；
23、Z-Stack ZCL API_F8W-2006-0020_.pdf：ZigBee簇庫介面函數。

3. 北航的先進光學感測與儀器專業好嗎

測試的比較好找工作，有感測器、圖像處理、無線感測網路等方向；精儀比較專，主要是做陀螺的，所以找工作面比較窄，看你更偏向哪方面

4. 徐楨大學畢業於哪所學校

1997年在西北工業大學獲得學士學位、2000年在西安交通大學獲得碩士學位、2005年在Carleton University（加拿大）獲得博士學位。2005年5月至今任教於北京航空航天大學電子信息工程學院。主要研究方向為無線自組織網路、衛星通信網路、信息包分類等。

主要研究領域：

研究方向包括空天一體化通信網路、無線感測器網路、移動Ad Hoc網路中的相關信息傳輸協議，航空數據鏈，衛星通信，自適應傳輸，網路化目標定位和跟蹤的相關演算法，信息包分類方法等。

正在研究：

1. 主持自然基金項目「綠色無線匯聚感測器網路的聚合拓撲與傳輸研究」；

2. 主持博士點基金「無線感測器網路多目標聯合定位跟蹤方法研究」；

3. 主持國家支撐計劃子課題「多系統完好性監視技術研究及模擬平台」；

4. 主持航天創新基金「星地一體的空間信息高效傳輸方法」；

5. 主持開放創新基金「基於中繼衛星的IP動態路由技術」。

社會學術兼職：

中國航空學會航電與空管分會總幹事。

5. 北航軟體學院在職物聯網專業如何

這專業應該挺不錯的。專業基礎課足以使你去一家大企業的崗位，專業核心課感覺把物聯網講的比較深刻和全面吧。我看他們的課程有感測器與無線感測網路技術，高級晶元控制與介面技術，北斗導航技術與物聯網應用實踐，Zigbee網路與物聯網應用，人體工程學，智慧城市工程等。現在可穿戴設備這么火，學這個應該很有前途吧。

6. 物聯網工程專業開設課程設置,課程內容學什麼

課程設置選項之一

2010年初教育部下達了高校設置物聯網專業申報通知，眾多高校爭相申報。由於物聯網涉及的領域非常廣泛，從技術角度，主要涉及的現有高校院系與專業有：計算機科學與工程，電子與電氣工程，電子信息與通訊，自動控制，遙感與遙測，精密儀器，電子商務等等。物聯網專業可能會在上述這些院系中開設。與物聯網應用相關的專業，如建築與智能化，土木工程，交通運輸與物流，節能與環保等等，可能會考慮開設選修課或在研究生、博士生階段設置相關交叉學科的學位。

物聯網可以是一個「專業」，但不一定是一個「學科」。國內有些專家反對設置「物聯網專業」，因為定位不清，一個學校往往有好幾個院系爭奪「物聯網專業「的申報，又不是一個明確的學科，難以培養出真正的專業人才，培養出來的人可能是「萬精油」，懂得多但是不精，尤其是本科階段，建議只作為研究生專業，像MBA一樣的模式。和許多高校設置的「電子商務」專業一樣，「電子商務」也有同樣的定位不清問題，只要高校設置的物聯網專業能夠培養出社會需要的專業人才，尤其是跨專業復合型人才，就應該可以設置，不必拘泥於它究竟屬於哪個現有的「學科」。下表列出了一個高校物聯網專業課程設置的初步建議，算是拋磚引玉。

課程1物聯網導論推薦使用科學出版社出版的《物聯網導論》（國際著名物聯網專家、ACM中國副主席、清

物聯網工程華大學教授劉雲浩編著）等教材。全面了解物聯網的3個重要特徵，並且需要大概了解物聯網的感知識別、網路構建、管理服務等技術及其行業綜合應用。

課程2C語言程序設計推薦使用清華大學出版社出版的《C語言程序設計》（譚浩強教授的經典著作）、機械工業出版社出版的《C程序設計語言(第2版新版)》（國際經典教材）等教材。物聯網涉及底層編程，C語言為必修課，同時需要了解OSGi，OPC，Silverlight等技術標准。

課程3Java程序設計推薦使用機械工業出版社出版的《Java語言程序設計教程》等教材。物聯網應用層，伺服器端集成技術，開放Java技術也是必修課，同時需要了解Eclipse，SWT，Flash，HTML5，SaaS等技術。

課程4無線感測網路推薦使用清華出版社出版的《無線感測器網路》（中科院軟體所研究員孫利民、哈工大教授李建中等編著）、北京航空航天大學出版社《短距離無線通訊入門與實戰》等教材。學習各種無線RF通信技術與標准，Zigbee，藍牙，紅外，WiFi，GPRS，CDMA，3G，4G，5G等。

課程5TCP/IP網路協議推薦使用電子工業出版社出版的《用TCP/IP進行網際互連(第1卷):原理、協議與結構(第5版)》等教材。TCP/IP協議標準是所有有線和無線網路協議的基礎，Socket編程技術也是基礎技能，為必修課。

課程6嵌入式系統技術推薦使用人民郵電出版社出版的《嵌入式系統技術教程》等教材。嵌入式系統（包括TinyOS等IoT操作系統）,是物聯網感知層和通訊層重要技術，為必修課。

課程7感測器技術推薦使用中國計量出版社出版的《感測器技術》等教材。物聯網專業學生需要對感測器技術與發展，尤其是在應用中如何選用有所了解，但不一定需要了解感測器的設計與生產，對相關的材料科學，生物技術等有深入了解。

課程8RFID技術推薦使用電子工業出版社2013年出版的《物聯網RFID原理與技術》，機械工業出版社出版的《射頻識別（RFID）技術原理與應用》等教材。RFID作為物聯網主要技術之一，需要了解，它本身（與智能卡技術融合）可以是一個細分專業或行業，也可以是研究生專業選題方向。

課程9工業信息化及現場匯流排技術推薦使用機械工業出版社出版的《現場匯流排技術及應用教程》等教材。工業信息化也是物聯網主要應用領域，需要了解，它本身也可以是一個細分專業或行業，也可作為研究生專業選題方向。

課程10M2M技術推薦使用TSTCPublishing出版的《M2M:TheWirelessRevolution》等教材。本書是美國「TexasStateTechinicalCollege」推出的M2M專業教材，在美國首次提出了M2M專業教學大綱，M2M也是物聯網主要領域，需要了解，建議直接用英文授課。

課程11物聯網軟體、標准、與中間件技術推薦使用清華大學出版社出版的《中間件技術原理與應用》、電子工業出版社出版的《物聯網：技術、應用、標准和商業模式》等教材。物聯網產業發展的關鍵在於應用，軟體是靈魂，中間件是產業化的基石，需要學習和了解，尤其是對畢業後有志於物聯網技術發展的學生。

7. 怎麼把無限感測器網路應用於智慧校園中,畫出應用礦機

無線感測器網路。無線感測器網路在智慧校園網中的應用，以及對教學的支撐、對科研環境的保障以及校園師生管理。需要使用感測器，才可以把網路應用於智慧校園中，畫出應用礦機。礦機，顧名思義，用於挖掘(生產)加密貨幣的機器。