1、毕业设计文献综述通信工程基于WINCE的无线传感器数据采集软件的实现【摘要】无线传感器网络是融合了电系统、片上系统、无线通信、和低功耗嵌入式技术的新型网络系统。它是一种由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个用作信息收集、融合、并发送给观察者的多跳自组织的网络系统。由于无线传感器具有准确、超地形限制的优势使得它在环境监控领域有着广阔的前景。本课题以XSBASE270S为嵌入式开发平台，以WINCE50作为内核系统，PBPLATFORMBUILDER50、EVCEMBEDDEDVISUA1C作为开发工具，构建一款数据采集网络系统可以实时显示汇聚节点从传感器网络中
2、收集到的信息，并且进行处理后，通过图像直观地展示出来。该数据采集网络系统可广泛运用于区域环境温湿度的检测。【关键词】无线传感器网络；WINCE系统，生态环境监测。1、前言非常有幸能在王晓东老师手下做毕业设计。本次毕业设计的题目是在去年的“挑战杯”大学生创业计划竞赛中我们所做的智安家有限责任公司中的一个相关项目。因此我联系到王老师，希望能做这个项目，在此对王老师表示感谢。本次毕业设计课题相关的文献材料来自于宁波大学图书馆藏书，宁波大学图书馆网站（HTTP/LIBNBUEDUCN）数据库列表中提供的电子图书及电子期刊等，以及王晓东副教授及其研究生所提供的书刊，全经正规渠道所得，无抄袭、剽窃及其他非
3、法获取文献材料手段，恳请评委会老师审核。2、课题研究历史及现状无线传感器网络（WSN，WIRELESSSENSORNETWORK）滥觞于20世纪70年代，最早诞生于军事领域，比如音监测系统（SOSUS，SOUNDSURVEILLANCESYSTEM），空中预警与控制系统（AWACS，AIRBORNEWARNINGANDCONTROLSYSTEM）。这种原始的传感器网络通常只能捕获单一信号，传感器节点之间进行简单的点对点通信，网络一般采用分级处理结构。1980年，美国国防部高级研究项目局（DARPA，DEFENCEADVANCEDRESEARCHPROJECTAGENCY）的分布式传感器网络项目
4、（DSN，DISTRIBUTEDSENSORNETWORK）开启了现代传感器网络研究的先河。该项目由TCP/IP协议的发明人之一ROBERTKAHN主导，起初设想建立一个由空间分布的低功耗传感器节点构成的网络，这些节点之间相互协作，但自主运行，将信息送达需要他们处理的节点。通过多所美国高校的研究，项目在操作系统、信号处理、目标跟踪、节点实验平台等诸多方面都取得了一定进展。20世纪8090年代，传感器网络的研究依旧在军事领域进行，并成为网络中心战思想中的关键技术，其中比较著名的系统包括美国海军研制的协同交战能力系统（CEC，COOPERATIONENGAGEMENTCAPABILITY），用于反
5、潜的确定性分布系统（FDS，FIXEDDISTRIBUTEDSYSTEM）和高级配置装置（ADS，ADVANCEDDEPLOYMENTSYSTEM），以及远程战场传感器网络系统（REMBASS，REMOTEBATTLEFIELDSENSORSYSTEM）等无人看管地面传感器网络系统。1994年，加州大学洛杉矶分校的WILLIAMJKAISER教授向DARPA提交了研究建议书“LOWPOWERWIRELESSINTEGRATEDMICROSENSORS”，对推动WSN研究有里程碑的意义。21998年GJPOTTIE从网络研究的角度重新阐释了WSN的科学意义。同年，DARPA更投入巨资启动了SEN
6、SIT项目，目标是实现“超视距”战场检测。进入21世纪以后，随着无线通信技术、微芯片制造等技术的进步，WSN的研究在多种应用方面取得了重大进展。随着WSN技术愈发成熟，其应用领域也不再局限于军事方面。WSN为许多科学研究提供了便利的技术手段，已经有不少相当成功的案例，例如大鸭岛海燕监测、冰河检测、医疗监测平台、电子牧场、结构化监测、火山观测等。进入21世纪以后，随着互联网技术越来越成熟，“物联网”的概念呼之欲出，作为物联网基础的WSN获得了日本、韩国、英国、意大利、巴西等多国的青睐。而作为未来信息技术的前沿领地，我国对WSN投入了相当大的关注。在一份有关我国未来20年预见技术的调查报告中，信息
7、领域157项技术课题中有7项与传感器网络直接有关。2006年初发布的国家中长期科学与技术发展规划纲要为信息技术确定了三个前沿方向，其中两个与WSN的研究直接相关，即智能感知技术和自组织网络技术，组足见对无线传感器网络的重视程度。2005年，NFS启动了一个旨在促进网络体系结构、业务和应用研究，以及其产业化进程，最终实现互联网变革的研究计划GENI（GLOBALENVIRONMENTFORNETWORKINNOVATION，革新网络的全球环境）。GENI发布的概念性设计框架提出了面临的7项主要研究挑战。对新的网络技术、新的计算模式、新的分布式应用与系统的支持是其主要研究内容，WSN对这三者密切相
8、关。研究WSN应该将WSN体系结构研究置于这一背景,同时兼顾它自身的特点来进行。因此将WSN体系结构设计中需要考虑的要素归纳成1、节点资源的有效利用；2、支持网内数据处理；3、支持协议跨层设计；4、增强安全性；5、支持多协议；6、支持有效资源发现机制；7、支持可靠的低延时通信；8、支持容忍延时的非面向连接通信；9、开放性。WSN的研究涉及网络、通信、嵌入式系统、信号处理、传感器、MEMS等多个学科与领域，滋生出众多研究方向，下面进行粗略分类，见图1。“图1WSN的研究方向及分类3、本实验设计的观点与主张WSN研究网络安全体系结构协议机制密钥分发安全防御安全传输安全路由DOS攻击耗电攻击MAC协
9、议路由协议拓扑控制传输协议功率控制移动控制拥塞控制数据聚合应用协议覆盖与连通性主动型响应型混合型地理位置可靠传输不可靠传输端到端逐跳时间同步数据管理查询存储通信SINK链路断成无线通信蓝牙ZIGBEE射频嵌入式系统软件设计硬件设计操作系统仿真编程系统能耗管理构件库网内数据处理网络化编程中间件节点设计低功耗芯片信号处理定位与跟踪校正波束形成数据融合自身定位目标定位与跟踪协同探测目标辨识应用研究传感器研究微机电系统本实验旨在建立一个本课题要实现以无限传感器网络为平台，通过温湿度传感器采集所测地区温湿度数据，在基于WINCE开发环境下开发出一款软件实现以下功能1）数据监控功能2）活动节点查看3）数据
10、上传功能4）历史数据清理并能够实现在WEB模式下的对温湿度的直观观测。本课题主要研究的问题1了解无线传感器网络的概念，以及它所采集的数据的特点及其通信协议是什么2熟悉汇聚节点的特点，及其所起的作用，以及如何进行收集数据。3利用PBPLATFORMBUILDER50开发工具定制WINCE内核映像，完成WINCE内核映像的编译和移植工作，研究在WINCE上利用EVC开发软件的方法作为无线传感器网络重要的应用领域之一生态环境监测，虽然在欧美等国已开始起步，在国内也已经有中国科学院、中国科技大学、北京邮电大学等一批知名研究所或高校开始着手研究，但我国生态环境监测仍局限于人工采集或预先布线，通过有线方式
11、采集，人工采集加大了人员工作量且无法保证数据实时有效性。传统的基于计算机信息处理的现场监测系统也存在很多问题如较难进行数据采集设备的安装，无法利用现有的无线或有线网络等等，扩展性较差，布线繁琐，影响美观等问题。在这种情况下，利用无线传感器网络对生态环境进行监控的优势体现在1、无线传感器网络的自组织特性使得信息获取系统的组建不需要额外的硬件支持，微型化的无线传感器网络节点更易安装，且无线传感器网络节点还具有数据采集、数据处理与数据传输的功能，实施难度较其他方法容易；2、无线通信方式减少了布线的投入，降低了维护和维修的难度，增加了通信的灵活性；3、无线传感器网络节点集成多种类型的传感器，使得同时采
12、集多个事件特征数据成为可能；4、无线传感器网络的自组织特性。新节点可以随时加入，而不对原有网络造成影响。因此，基于无线传感器网络的远程数据获取系统具有较好的扩展性。随着信息化、智能化、网络化的的发展，嵌入式系统获得了广阔的发展空间，已经广泛渗透到科学研究、工程技术、军事技术、各类产业及商业应用、文化艺术以及人们生活的方方面面。嵌入式和无线传感器网络作为21世纪计算机相关学科中最热门中的两大方向，两者相互渗透、相互结合，密切相关。以嵌入式系统作为无线传感器网络的开发平台已是时代所趋。目前拥有的嵌入式平台较为成熟的有LINUX和WINCE。而WINCE同LINUX相比有着以下优势1、WINCE的操
13、作界面延续了WINDOWS系列的概念，对使用惯了WINDOWS的开发者有着容易上手的优势；2、WINCE系统中，微软做了大量的工作，简单了开发的过程，很适合小型团队作为产品开发的系统。基于以上原因，是我选择使用WINCE及无线传感器网络实现对生态环境监测，也是该课题具有广阔前景的原因。4、主要参考文献1李晓维,徐永军,任丰源无线传感器网络技术M北京北京理工大学出版社,200782李善仓,张克旺无限传感器网络原理与应用M北京机械工业出版社,200833孙立民,李建中无线传感器网络M北京清华大学出版社,200554任丰原,黄海宁,林闯无线传感器网络J软件学报2003,147128212915罗海勇
14、,李锦涛,赵方,等温室无线测控网络信息采集分系统设计研究J微电子学与计算机,24（10）1420076傅曦,陈黎等WINDOWSCE嵌入式开发入门基于XSCALE架构M人民邮电出版社200667何宗键WINDOWSCE嵌入式操作系统M北京航天航空大学出版社20068文志成GPRS网络技术M电子工业出版社20059段雨顺用于无线网络协议转换的嵌入式网关的设计与实现D山东大学硕士学位论文200910美国思科网络技术学院刘忠庆,郭立军，张晓峰译无线局域网基础/美国思科公司M北京人民邮电出版社200511黄伟基于无线传感器网络的远程数据获取平台设计及相关问题研究D中国科技大学硕士学位论文200912杨
15、丽琴基于无线传感器网络的数据采集系统设计D广西大学硕士学位论文200813郑绍华，蔡志明一种基于无线传感器网络的动态数据采集系统设计D现代商贸工业,第19卷12期，20071214AKYILDIZLF,SUW,SANKARASUBRAMANIAMYWIRELESSSENSORNETWORKSASURVEYJCOMPUTERNETWORKS2002,38439342215AJGOLDSMITHANDSBWICKEDESIGNCHALLENGESFORENERGYCONSTRAINEDADHOCWIRELESSNETWORKJIEEEWIRELESSCOMMUNICATIONS2002,98826
