海底观测网络研究进展
软件学报ISSN 1000-9825, CODEN RUXUEW E-mail: jos@https://www.docsj.com/doc/2117660457.html,
Journal of Software,2013,24(Suppl.(1)):148?157 https://www.docsj.com/doc/2117660457.html,
+86-10-62562563 ?中国科学院软件研究所版权所有. Tel/Fax:
?
海底观测网络研究进展
李正宝, 杜立彬, 刘杰, 吕斌, 曲君乐, 王秀芬
(山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东青岛 266001)
通讯作者: 李正宝, E-mail: lizhengb@https://www.docsj.com/doc/2117660457.html,
摘要: 海底观测网络已成为海洋科学研究的重要数据获取平台.首先简要介绍了世界各国在海底观测网络研究
领域的发展历史,然后对各国海底观测网络的研究进展进行了详细介绍,指出了海底观测网络系统的关键技术和初
步解决方案,探讨了海底观测网络下一步的发展.
关键词: 海底观测网络;关键技术;进展;展望
中文引用格式: 李正宝,杜立彬,刘杰,吕斌,曲君乐,王秀芬.海底观测网络研究进展.软件学报,2013,24(Suppl.(1)):148?157.
https://www.docsj.com/doc/2117660457.html,/1000-9825/13016.htm
英文引用格式: Li ZB, Du LB, Liu J, Lü B, Qu JL, Wang XF. Research development of seafloor observatory network. Ruan Jian
Xue Bao/Journal of Software, 2013,24(Suppl.(1)):148?157 (in Chinese).https://www.docsj.com/doc/2117660457.html,/1000-9825/13016.htm
Research Development of Seafloor Observatory Network
LI Zheng-Bao, DU Li-Bin, LIU Jie, Lü Bin, QU Jun-Le, WANG Xiu-Fen
(Institute of Oceanographic Instrumentation, Shandong Science Academy, Qingdao 266001, China)
Corresponding author: LI Zheng-Bao, E-mail: lizhengb@https://www.docsj.com/doc/2117660457.html,
Abstract: Seafloor observatory network has been an important data acquisition platform in marine scientific research. This pager
provides a brief introduction to the history of seafloor observatory network system, followed by detailed description of the progress from
the different countries round the world on seafloor cable observatory network systems. It also explores future development of the seafloor
observatory network with a discussion on the key technologies and preliminary solutions employed in seafloor observatory network
system.
Key words: seafloor observatory system; key issue; development; development tendency
海洋占地球表面积的71%,蕴藏着丰富的资源,已成为世界各国激烈争夺的重要战略目标.由于缺乏有效的
观测手段,目前人类对海洋尤其是深海的认识依然肤浅.继海洋调查船和遥感卫星之后,海底观测网络成为人类
探测深海的第3个重要平台[1].海底观测网络能够长期、实时、连续地获取所观测海区海洋环境信息,为人类认
识海洋变化规律、提高对海洋环境和气候变化的预测能力提供支撑,对于海洋减灾防灾、海洋生态系统保护、
气候变化应对、资源/能源可持续开发利用、海洋权益维护、海上航运和国防安全等具有重大的战略意义[2].
本文回顾了海底观测网络的发展历史,分析和研究了国内外海底观测网络的建设成果,指出构建海底观测
网络系统的关键技术和初步解决方案,探讨海底观测网络下一步的发展方向,以期对世界和我国海底观测网络
建设有所借鉴.
1 国外海底观测网络系统发展现状
20世纪末以来,美国、欧洲各国、日本等国家和地区凭借在海洋观测领域的先发优势,纷纷投入巨资开展
?基金项目: 国家高技术研究发展计划(863)(2013AA09A411); 海洋公益性行业科研专项经费(201105030, 201305026); 山东省
自然科学基金(ZR2012FL14)
收稿时间:2013-05-02; 定稿时间: 2013-08-22
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海底观测网络关键技术研究,构建海底观测网络,以海底观测网络为平台的科学、技术和国防安全的国际竞争日渐激烈.
1.1 美国海底观测网络
美国是最早开展海底观测研究和建设的国家,早在冷战时期美国海军就开始了海底网络的研究和应用.早期美国建立的海底观测系统有SOSUS [3],LEO-15[4,5],H2O [6]等,但它们都是单一科学节点的海底观测系统.1998年,美国提出了“海王星”海底观测网络计划(the North East Pacific Time —Integrated Undersea Networked Experiment,简称NEPTUNE)[7],1999年6月加拿大的科研机构加入其中,海底观测网络系统正式开始规划实施.为了进行原型实验和技术储备,美国和加拿大分别建立小型实验观测系统MARS(Monterey Accelerated Research System)[9]和VENUS(Victoria Experimental Network Under the Sea)[10].
MARS 系统于2007年已完成了电力和通信两用光缆的铺设、所有水下观测仪器设备及相关装置的安装,并主要开展水下光缆的供电和数据通信方面的研究.如图1所示,MARS 主要由岸基基站、供电系统、光电复合缆、水下节点(接驳盒)和水下观测仪器组成.MARS 系统部署海域最大水深约900m,在海底深1m 的泥层中共埋设52km 长的光电复合缆,作为能量和数据传输的物理介质.在光电复合缆末端连接一个4×3.7×1.2m 的主节点,并针对不同的观测项目设置多个次级接驳盒作为枢纽.每个次级接驳盒均搭载多个观测仪器,如CTD 、流速仪等.该网络由岸上基站向各个观测点供应电力,采用岸基高压直流传输方式将10kV 直流高压电能传输到水下节点中,由高压-中压、中压-低压两级降压模块处理后得到水下设备可用的375V 和48V 电能
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Fig.1 MARS network structure diagram (cited from https://www.docsj.com/doc/2117660457.html,/mars/)
图1 MARS 网络结构示意图(引自https://www.docsj.com/doc/2117660457.html,/mars/)
NEPTUNE 是美国华盛顿大学的约翰·德莱尼和美国著名的伍兹霍尔海洋究所的科学家们于1998年共同提出的,其后,加拿大的科研机构加入其中[8].海王星计划在环绕胡安·德·夫卡板块500km ×1000km 的海域铺设3000km 长的海底光电复合缆,进行为期25年的海底实时观测.观测参数包括深海物理、化学、生物、地质的实时信息,通过光纤传回到岸基基站,并通过互联网传给世界各国的终端.NEPTUNE 的北段由加拿大在其海岸外建设,南段由美国在其海岸外建设.具体的海底观测网络布局如图2所示
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Fig.2 NEPTUNE network layout (cited from http://www.neptunecanada.ca/)
图2 海王星计划网络布局图(引自http://www.neptunecanada.ca/)
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海王星计划主要开展3个领域的研究:一是板块构造运动研究,主要用于地震预测、海啸预警及其所产生的影响;二是研究海洋对气候的影响以及南部富氧洋流,用于揭示气候变化的反应及其对生物变化的影响;三是深海生态系统研究,主要观察深海中的生物群落、能量和营养物质的循环途径以及生态系统在自然环境发生变化时的响应.
NEPTUNE 包括水下部分和陆地部分(如图3所示).水下部分计划设立30个海底观测节点,每个节点将安装水文仪器、物理化学传感器、水下移动平台、地震仪、海底钻头等传感器阵列,利用水下光电复合缆组成海底观测网络,实现与深海环境动力过程的实时交互.水上部分建立岸基基站,负责陆上能源供应、海底数据接收存储、数据产品发布等
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Fig.3 NEPTUNE network structure (cited from Ref.[2])
图3 NEPTUNE 的网络结构示意图(引自文献[2])
经过多年的方案论证后,美国于2009年通过了“海洋观测行动”(ocean observatories initiative,简称OOI)计划[11],建设一个基于网络的海洋观测系统(如图4所示).该系统于2011年开始布放海底光电复合缆,计划2015年完成整个网络的建设.OOI 充分利用传感器、计算速度、通信带宽、互联网资源、小型化、基因组分析、高清晰成像、机器人和数据同化建模可视化技术等领域的最新发展成果,建立一个传感器分布全球的近实时观测网络.在近海、公海和海底等位置观测气候变化、生态系统的变化、海洋酸化和碳循环等复杂的海洋过程,提高环境变化预测水平,对生物多样性、海岸生态系统和气候效应研究也具有重要的意义.OOI 共分3级,即海岸观测系统、区域观测系统和全球观测系统[12]
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Fig.4 OOI observing location (cited from https://www.docsj.com/doc/2117660457.html,)
图4 OOI 设备分布图(引自https://www.docsj.com/doc/2117660457.html,)
OOI 全球观测系统主要是在全球范围内部署浮标系统,用于测量热量、水分和动量等海气通量,整个水柱的物理、生物和化学性质,海底地球物理观测等,研究海洋对气候变化的应对和作用.这一部分工作由伍兹霍尔
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海洋研究所、俄勒冈州立大学和斯克里普斯海洋学研究所负责.
NEPTUNE从属于OOI区域海底观测系统,计划在区域海洋中长时间、自适应地观测一系列物理、化学、地质等参量和生物过程,弥补传统的船上观测的缺陷.该部分工作由华盛顿大学负责.
OOI海岸观测系统将加强和扩大现有的沿海观测资产,通过整合锚系浮标、电缆、地面雷达、水下机器人、空中和卫星传感器、船舶等资源,研究大/中尺度的沿海海洋环流极端变化、物料平衡(例如大陆架间的营养和碳通量)、生态系统的稳定性和变化、沿海形态、海滩侵蚀和其他人为尺寸的海陆相互作用.该部分工作由伍兹霍尔海洋研究所、俄勒冈州立大学和斯克里普斯海洋学研究所负责.
OOI通过网络基础设施组件,将以上分布式系统连接起来,形成一个多代理和国际性的观察网格,以创建复杂的实时和离线分析.该部分工作由加州大学圣地亚哥分校负责.
1.2 加拿大海底观测网络
加拿大目前正在建设和使用的海底观测网络系统主要包括VENUS和海王星计划加拿大部分(NEPTUE Canada).这两个网络是维多利亚大学的姊妹项目,拥有很多相同的设计理念,很多NEPTUNE Canada 的实验都是在VENUS上进行的.
2001年,加拿大维多利亚大学开始主持建立VENUS计划.2007年8月,VENUS开始铺设海底光电缆,11月完成了第1阶段的光电缆铺设和仪器安装,并与Internet接通.VENUS系统分别在维多利亚地区的Saanich海湾(约80m水深)、Georgia海峡170m和287m水深处布设了3个节点.Saanich海湾节点作为一个海洋技术实验平台,可以对海洋观测研究技术、设备进行原形测试,同时也连接有硝酸盐传感器、沉积物捕获器、数字摄像机、回音探测器等仪器设备.在Georgia海峡的两个节点上接入了声学分析器、声学多普勒流速剖面仪、溶解氧传感器、浑浊度传感器、水中听音器、CTD等10余种海洋观测设备(如图5所示).VENUS项目对外开放,
全世界的海洋科学家都可以向其提交自己的研究实验计划,并可实时获取研究数据
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Fig.5 VENUS network location (cited from http://venus.uvic.ca/)
图5 VENUS海底观测网络系统布设示意图(引自http://venus.uvic.ca/)
NEPTUNE Canada从2007年开始进行海底光电缆和观测仪器安装铺设,2009年投入使用,目前已经安装了5个水下节点(计划再增加1个),成为世界上首个区域光缆海底观测网络(如图6所示)[13].全世界的科研人员可以通过互联网实时查询和下载该系统的观测数据.NEPTUNE Canada的主要研究包括海底地壳运动、海底热液活动、海洋过程与气候变化、深海生态系统等[14,15].
NEPTUNE Canada从温哥华岛西岸出发,穿过大陆架进入深海平原,向外延伸到大洋中脊的扩张中心,共布设了长达800km的光电复合缆组成海底观测骨干网络,整个观测范围为水下17m~2660m,采用高压直流供电模式,供电能力达到10kV/60kW,数据传输能力为10Gb/s.骨干网采用环路拓扑结构,能量和数据可以双向传输,提
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高了系统的可靠性
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Fig.6 NEPTUNE Canada structure (cited from http://www.neptunecanada.ca/)
图6 NEPTUNE Canada 结构示意图(引自http://www.neptunecanada.ca/)
NEPTUNE Canada 目前已经安装了5个节点,分别为Folger Passage(17m~100m),Barkley Canyon(400m~ 653m),ODP889(1250m),Endeavour(2300m),ODP1027(2660m),在新的经费支持下计划安装1个新的节点(Middle Valley,2400m).这些海底观测节点通过分支单元和骨干网连接,通过二级降压模式将电缆传输来的高压电进行降压,供水下接驳盒使用.每个节点周围连有数个接驳盒,接驳盒通过分支光电缆与观测仪器和传感器相连.整个系统现在连接有上百个观测传感器,进行水下实时连续的观测,并通过光纤实时地将观测数据传向岸基基站.
1.3 欧洲海底观测网络
2004年,欧洲14个国家共同制定了“欧洲海底观测网计划(The European Sea Floor Observatory Network,简称ESONET)”[16],在大西洋与地中海精选10个海区设站建网(如图7所示),进行长期的海底观测.针对从北冰洋到黑海不同海域的科学问题,承担一系列科学研究项目,诸如评估挪威海海冰的变化对深水循环的影响以及监视北大西洋地区的生物多样性和地中海的地震活动等.该计划将涵盖从北冰洋到黑海的所有欧洲水域,也将探寻从冷水珊瑚到泥火山等大量神秘的自然现象.与NEPTUN 不同,ESONET 是由不同地域间的网络系统组成的联合体.该项目将根据实际情况逐渐探求发展完整的网络系统,在20年后具备监视整个欧洲周边海域的强大 能力
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Fig.7 ESONET location (cited from Ref.[16])
图7 ESONET 观测海域分布图(引自文献[16])
2002年~2007年,欧洲完成了ESONET-CA 计划[17],该计划首次对欧洲海洋观测能力进行了评估,允许对ESONET 的潜在利益相关者进行鉴定,制定了观测节点的第1级配置定义.在以上研究的基础上,欧洲于2007年~2011年开展了ESONET-NoE 计划[18],目的是推动对环欧洲长期多学科深海观测网络的实施和管理[19].2007年开始的欧洲多学科海底观测计划(European Multidisciplinary Seafloor Observatory,简称EMOS)[20],计划建立5个节点,提升ESONET 的数据获取能力,预计2016年进入正式操作阶段.筹备阶段(EMSO-PP)是为期4年的项目,
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其主要目标是建立EMSO 的法律和管理框架.
1.4 日本海底观测网络 DONET 网络[21]是日本开展的海底观测项目,主要用来实现对地震和海啸的实时连续监测,网络节点的分布如图8所示.第1阶段从2006年开始,2011年完成建设.该网络以15km~20km 为间隔,在海底布置20个科学节点,每个科学节点连接多个高精度的海底地震仪、强震仪、水中地震检波器、温度计和压力传感器等多种海底观测仪器,监测范围涵盖伊豆半岛近海东南海地震震源区[23].DONET 主干网上可以承载3kW 电力输送,主干网对每个科学节点的输入功率为500W,科学节点与基站之间的最高数据传输率达到600Mbit/s.网络建成后,DONET 数据通常发送到日本气象厅(JMA)和美国国家地球科学和防灾研究所,目前压力表传感器已经用于日本气象厅的海啸警报,并监测到2011年日本东太平洋海域地震、2012年苏门答腊岛北部西海岸的地震、2012年日本Sanriku 海岸地震等.
2012年,日本在南开震源区开始DONET2的建设,主干网络将于2013年开始铺设,计划于2015年完成
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Fig.8 DONET network node’s location (cited from http://www.jamstec.go.jp/donet/e/)
图8 DONET 网络节点分布图(引自http://www.jamstec.go.jp/donet/e/)
2 我国海底观测网络研究进展
我国在“十一五”期间开展了海底长期观测网络关键技术的研究.2009年4月,同济大学等科研单位在上海附近海域进行了海底观测组网技术的实验,并且建立了中国第一个海底综合观测实验与示范系统——东海海底观测小衢山试验站[24].该试验站由海洋登陆平台及传输控制模块、1.1km 海底光电复合缆、基站及特种接驳盒组成(如图9所示),接驳盒外接ADCP,CTD,OBS 等多种观测仪器.同济大学等国内高校研制的海底观测节点在2011年4月已与美国MARS 网络并网成功[25].2011年,山东省科学院海洋仪器仪表研究所在青岛胶州湾海洋岸边试验站开展了海底观测网络岸边实验[26]
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Fig.9 Xiaoqushan Observing Station (cited from Ref.[25])
图9 小衢山试验站(引自文献[25])
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2007年,台湾地区开始执行“台湾东部海域电缆式海底地震仪及海洋物理观测系统建设计划(Marine Cable Hosted Observatory,简称MACHO)”[27,28],并于2011年11月完成建设后正式运行.MACHO从宜兰县头城镇向东南外海铺设1条全长45km的海底光电复合缆,并在深度约300m的海底设置1个科学观测节点,连接地震仪、海啸压力计、温盐仪与水听器等仪器设备,通过海底光电缆24小时连续实时地将监测数据传送至陆上监测站,不仅能够加强对地震与海啸活动的监测,还可长期提供海洋科学观测数据[29].
3 海底观测网络关键技术
海底观测网络将观测仪器长期放置在水下,实现长期、实时和高分辨率的原位观测.本节对构建和保障海底观测网络长期稳定运行的关键技术进行分析,并总结了目前国内外的相关解决方案,希望对未来的研究工作有一定的借鉴和参考价值.
3.1 能源供应技术
电能是海底观测网络正常运行的基础.目前针对单个科学观测节点的能源供应已有很好的解决方案,但对于包含多个观测节点的海底观测网来说,海底电缆长度达到几百甚至上千千米,需要的电能比较大且要长期供电,具有一定的难度,当前国际上通常采用高压电缆供电方式.
高压输电可以采用直流电和交流电两种方式,考虑到单位长度电缆的电阻影响和绝缘因素,传输的电压要低于10kV~15kV.采用交流电存在容抗损耗大补偿昂贵、水下降压设备体积巨大等限制,通常采用直流并联供电法[27,30,31].这种能源供应方式虽然取得了较好的工作效率,但仍存在最大传输的能量受到线路特性和负载分布影响、负载变化时会导致电压变化等缺点.同时,随着供电距离的增大,在水下降压、能源监控管理、中继器保护、错误定位隔离[32]等方面存在较多的问题.需要研究者研制小型化高压直流降压设备、设计开发电能分配管理系统,提高海底观测网络能源供应能力和容错能力,实现海底观测网络的远距离能源供应与供电故障处理[33].
3.2 海底接驳技术
海底接驳技术通常用于将水下仪器设备和海底骨干网连接,提供能源和信号传输.海底接驳盒是专门研制的海底接驳装置,一般具有中继功能、数据通信功能、控制指令传输功能、电能转换和分配功能、接口规范转换功能、自监控功能、即插即用功能[34,35].在进行海底接驳盒设计时,需要考虑多种影响因素.接驳盒放置在海底,耐压、耐腐蚀和防水是首要考虑的问题.为了提供更好的安全防护,小型化和防拖网设计成为考察接驳盒性能的重要技术指标;海底观测网络采用湿插拔技术对观测仪器和传感器动态增减和维修,实现能在水下湿插拔的配对接口是接驳盒接口设计的重点[2].接驳盒给水下设备提供机械和电子连接接口,对电能和数据信号进行集中、转换和处理.电能转换器、数据通信装备成为接驳盒的基本功能单元,研制能够可靠地工作于海底的电路系统,是接驳盒设计的核心内容之一[36].接驳盒的结构设计、材料选择、内部散热等问题也是考虑的重点.接驳盒还可能有很多辅助功能,如水声通信实现于水下潜器、水声传感器网络的连接,需要设计辅助接口以满足功能的扩展[37].
3.3 网络基础设施
网络基础设施主要包括用于岸基能源供应的电能供给设备、信号传输设备、数据分析处理设备和数据储存设备等[2],实现对整个海底观测系统的远程监控管理.电能供给设备主要解决岸基能源供应和电能监控问题,通过故障处理系统以保障水下设备的正常运行,数据分析处理设备和数据存储设备主要负责收集、处理、存储大量不同类型的数据,一般可以采用成熟的商业解决方案降低运行风险.开发相应的数据管理系统负责收集、管理、存放、分发数据,处理和显示数据,设计高效的通信协议以提高水下观测数据的完整率,用软件工具来分析多学科、大空间范围、间断的数据并实现数据和界面的标准化[38].建立网络基础设施是保证系统正常运行以及收集来的数据具有更广泛的应用的关键.
李正宝等:海底观测网络研究进展155
3.4 工程布设技术
海底观测系统中骨干光电复合缆的敷设是海底观测系统安全可靠运行的前提.在整个海底观测系统的建设过程中,需要重点考虑路由设计与选择、敷设工程两个方面[39].在开展路由设计和选择的过程中,应以骨干网规划和设计任务书为依据,依照路由稳定可靠、走向科学合理、易施工维护及抢修的原则,进行多方案设计.在现有地形地貌、海底地质调查的基础上,考虑海况和涉海活动,确定出经济合理的路由选择方案.海底光电复合缆的安装分为直接敷设和埋设两种,考虑路由选择方案,确定出经济、合理的敷设技术方案,选用相应的光缆和施工方式进行施工布放.
4 海底观测网络系统研究展望
当前建设中的海底观测系统,各国也都处在起步阶段,我国也紧跟国际发展趋势,开展了相关的研究.作为一个新的研究领域,海底观测网络系统仍存在较多的技术难点和问题亟待解决.本节对海底观测网络的下一步研究进行展望:
(1) 随着电子技术、能源供应技术、仪器仪表等相关科学技术的发展,海底观测网络向网格化、易维护性、可扩展性、接口通用性和标准化、自维护性和强容错能力的方向发展,并在可靠性、观测时间跨度和测量精度等方面有更大的提高.
(2) 需要针对海底长期实施观测的需求,开展适用于海底观测网络的新型传感器.传统的海洋传感器在测量原理、能源供应、长期工作稳定性等方面存在缺陷,需要开展适用于长期海底观测的传感器,以提高海底观测网络的探测能力和可维护性.
(3) 加强不同网络之间、不同国家之间的合作.海底观测网络要加强和海面浮标网络、陆基和天基网络的数据共享,以提高对地球的观测能力.不同国家之间加强国际合作,充分利用互联网络的国际并联能力,实现各国海底观测网络建设的技术交流和数据共享.
(4) 我国要加快和国外相关机构的技术交流合作,吸收和借鉴国外的先进经验,并加大投入,组织力量重点攻关其关键技术(尤其是深海观测技术),尽快建成我国自己的海底观测网络系统,并建立专门的管理机构进行日常维护管理、数据分析处理和产品数据发布,这对我国赶超国外海洋科学研究发展、提高在海洋观测和海洋技术领域的能力有着重要的意义.
5 结论
海底观测网络系统是一种新的深海大洋海底信息获取技术,在基于海洋观测的海洋科学研究中,可以对重点地区进行大区域、长时间、跨尺度、多途径的综合观测研究,具有传统技术不可比拟的优势.因此,大力发展海底观测网络系统对推动我国的海洋科学研究、资源勘探和海洋气候研究具有重大的意义.在本文中,我们着重介绍了国内外海底观测网络研究的最新成果,分析探讨了海底观测网络研究中的关键技术问题和初步的解决方案,展望了海底观测网络在未来的发展方向,期望能借此推动我国对海底观测新技术的关注与研究.
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李正宝等:海底观测网络研究进展157
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[39] 许惠平,姜恩祝,徐昌伟,刘丁,覃如府.海底观测系统及其工程布设.科学,2012,64(6):19?22.
李正宝(1981－),男,山东微山人,博士,副研究员,主要研究领域为水声传感器网络,海底观测网络,海洋环境监测技术.
E-mail: lizhengb@https://www.docsj.com/doc/2117660457.html,
吕斌(1980－),男,助理研究员,主要研究领域为电子工程,软件系统.
E-mail: lvbin20031@https://www.docsj.com/doc/2117660457.html,
杜立彬(1976－),男,博士,研究员,主要研
究领域为海洋环境立体监测.
E-mail: dulibinhit@https://www.docsj.com/doc/2117660457.html,
曲君乐(1960－),男,高级工程师,主要研究
领域为机械设计,仪器仪表.
E-mail: qujunle@https://www.docsj.com/doc/2117660457.html,
刘杰(1985－),男,助理研究员,主要研究领
域为机械设计.
E-mail: liujie0232@https://www.docsj.com/doc/2117660457.html,
王秀芬(1972－),女,助理研究员,主要研究
领域为机械电子.
E-mail: wxfsun2005@https://www.docsj.com/doc/2117660457.html,
无线传感器网络整理
1.无线传感器节点一般包括那三种组件无线模块、传感模块、可编程模块 2.ZigBEE标准定义了哪几种传输方式？周期数据传输、间歇性数据传输、重复低时延传输 3.无线传感器网络概念无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是一种全新的信息获取平台，能够实时监测和采集网络分布区域内各种检测对象的信息，并将这些信息发送到网关节点，以实现复杂的指定范围内目标检测与跟踪，具有快速展开，抗毁性强等特点，有着广阔的应用前景。 4. 传感器网络的三个基本要素：传感器，感知对象，观察者 5.传感器网络的基本功能协作地感知、采集、处理和发布感知信息 6.LoWPAN提出了哪四类栈头？广播栈头、mesh栈头、分片栈头、包头压缩栈头 7.在WSN中，传感器节点具有数据源和路由器的双重角色。因此通信有两个执行的依据：数据源功能、路由功能。 8.传感器节点;功能：采集、处理、控制和通信等;网络功能：兼顾节点和路由器;资源受限：存储、计算、通信、能量 Sink节点功能：连接传感器网络与Internet等外部网络，实现两种协议栈之间的通信协议转换，发布管理节点的监测任务，转发收集到的数据。特点：连续供电、功能强、数量少等 9.无线传感网的基本特点1传感器节点体积小，能量有限2传感器节点计算和存储能力有限3通信半径小，带宽低4传感器节点数量大且有自适应性5无中心和自组织6网络动态性强7以数据为中心的网络10.无线传感器网络面临的挑战主 要体现:低能耗、实时性、低成本、 安全和抗干扰，协作 1无线传感器网络的主要应用领域： 1.军事应用 2.环境应用 3.医疗应 用家庭应用工业应用6.智慧城市 1简述影响传感网设计的因素有哪 些？A. 硬件限制、B.容错（可靠 性）、C. 可扩展性、D. 生产成本、 E. 传感网拓扑、 F. 操作环境（应 用）、G. 传输媒介、H. 能量消耗（生 命周期） 2.无线传感设备有哪几个基本部件 组成的？每个部件的主要作用是什 么？传感单元：感应单元具有从外 界收集信息的能力。根据观察到的 现象，传感器产生模拟信号，然后 被ADC转换成数字信号，送入处理 单元。处理单元：控制传感器节点 执行感知操作、运行相应的算法并 控制与其他节点无线通信的整个过 程。收发机单元：实现两个传感器 节点间的通信。能量单元：为传感 器节点的每个部件供电。定位系统： 提供传感器节点的物理位置。移动 装置：与传感单元协作，完成操作， 并由处理单元控制传感器节点的移 动。供能装置：热能、动能和振动 能量的能源采集技术来产生能量。 3.无线传感器网络预部署策略应满 足那些需要？（1）、减少安装成本 （2）、消除任何预组织与预计划的 成本（3）、增加组织的灵活性（4）、 提升自组织与容错性能 4.对于一个收发机而言，数据通信 功耗简单模型有哪几部分构成？发 射机输出的功率、收发机电子器件 消耗的能量 5.请写出发射机和接收机简化能量 模型的功耗计算公式。 n am p elec tx tx d k e k E d k? ? + ? = - ) , ( E k E k E elec rx rx ? = - ) ( 7. 源节点与Sink节点相距500米， 节点的广播半径为10米，那么将1 Mbit 的数据从源节点传输到Sink 节点处，使用能量简化模型，需消 耗多少能量？（假定所有邻居节点 均能偷听（overhearing ）到每个 节点的广播。） 1.物理层的主要任务是什么？物理 层能实现哪些功能？物理层的主要 任务：将比特流转换成适合在无线 信道中传输的信号物理层的主要功 能如下：①为数据终端设备(Data Terminal Equipment，DTE)提供传 送数据的通路。②传输数据。③其 他管理工作。 2.WSN RF通信的主要技术包括哪 些？窄带通信、扩频和超宽带 （UWB）技术 3.简述窄带通信最不适用于WSN 的原因是什么？主要原因在于该技 术是以牺牲能量效率来换取宽带效 率的。最主要的是随着调制级数的 增加，带宽效率缓慢提高但能量效 率显著下降。 4.简述RF 无线通信中，发送端和 汇聚节点传播信息的步骤。1、信源 编码（数据压缩）：在发送端，用信 源编码器对信源进行编码，信源编 码就是根据信息的统计特性用一些 信息位表示信息源，组成源码字。 信源编码同时包含了数据压缩。2、 信道编码（差错控制编码）：信道编 码器对源码字进行编码以减少无线 信道差错对信源产生的影响，信道 编码包括差错控制编码。3、交织和 调制：经过信道编码的码字进行交 织来抑制突发错误，交织技术可以 避免大片连续误比特的情况。4、无 线信道传播：传输波形在信道中传 播。 5.请解释分组码表示的码组各个参 数的含义。分组码的码组（n,k,t) n是分组长度、k是信息长度、t是 最大纠错位数。
无线传感器网络技术与应用现状的研究毕业论文 精品
1 绪论 1.1 课题背景和研究意义 无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术等多种先进技术。其主体是集成化微型传感器，这些微型传感器具有无线通信、数据采集和处理、协同合作的功能。无线传感器网络就是由成千上万的传感器节点通过自组织方式构成的网络，它通过这些传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，通过嵌入式系统对信息进行处理，并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到用户终端，使用户完全掌握监测区域的情况并做出反应[1]。 无线传感器网络的自组织性和容错能力使其不会因为某些节点在恶意攻击中的损坏而导致整个系统的崩溃，所以传感器网络非常适合应用于恶劣的战场环境，包括监控我军兵力、装备和物资状态；监视冲突区域，侦察敌方地形和布防，定位攻击目标；评估损失，侦察和探测核、生物及化学攻击等。在战场上，铺设的传感器将采集相应的信息，并通过汇聚节点将数据送至数据处理中心，再转发到指挥部，最后融合来自各战场的数据，形成我军完备的战区态势图。也可以更隐蔽的方式近距离地观察敌方的布防，或直接将传感器节点撒向敌方阵地，在敌方还未来得及反应时迅速收集有利于作战的信息。在生物和化学战中，利用传感器网络，可及时、准确地探测爆炸中心，这会为我军提供宝贵的反应时间，从而最大可能地减小伤亡。 无线传感器网络是继因特网之后，将对21世纪人类生活方式产生重大影响的IT 热点技术。如果说因特网改变了人与人之间交流、沟通的方式，那么无线传感器网络则将逻辑上的信息世界与真实物理世界融合在一起，将改变人与自然交互的方式[2][3]。无线传感器网络是新兴的下一代传感器网络，最早的代表性论述出现在1999年，题为“传感器走向无线时代”。随后在美国的移动计算和网络国际会议上，提出了无线传感器网络是下一个世纪面临的发展机遇。2003年，美国《技术评论》杂志论述未来新兴十大技术时，无线传感器网络被列为第一项未来新兴技术。同年，美国《商业周刊》又在其“未来技术专版”中发表文章指出，传感器网络是全球未来四大高技术产业之一，将掀起新的的产业浪潮。美国《今日防务》杂志更认为无线传感器网络的应用和发展，将引起一场划时代的军事技术革命和未来战争的变
二十一世纪网络教育的发展趋势及其
二十一世纪网络教育的发展趋势及其对策 https://www.docsj.com/doc/2117660457.html, 2007-01-11 作者： 字体选择【大】【中】【小】 文章来源：https://www.docsj.com/doc/2117660457.html,/li_lun_yj_1652/20070111/t20070111_214091_1.shtml CANS’2007 中美高级网络技... 07-18APAN学术会议通知07-18 CERNET第十四届学术会议征文...07-04数字图书馆改变每个人的生活06-28在人类文明的历史上,文字与印刷术的出现,曾是信息技术发展史中的两个里程碑,并引发过教育体制与教学模式的两次飞跃,前者将书面语言加入到了以往只能借助口头语言与动作语言的教育活动中,扩展了教育内容与形式,提高了学生的抽象思维与自学能力;后者使纸张印刷的书籍——课本成为知识的主要载体,大大推动了科学文化的传播与教育的普及.而到了九十年代,以多媒体和internet为标志的信息技术革命,正以惊人的速度改变着人们的生产方式、工作方式、学习方式和生活方式。毫无疑问这将是信息技术发展的又一个里程碑，而且它必将引起教育领域中更深刻的变革，使教育体制与教学模式产生前所未有的重大飞跃，在传统教育体制与现代教育体制的冲撞、对抗之后-----“网络教育”在这种夹缝中应运而生、并日趋成为这个时代创新教育的代言人。那么“网络教育”这个时代的新生儿在不断的发展、成熟的同时究竟带给我们什么样的影响、给古老的教育体制带来什么样的冲击？在将来它又会呈现什么样的发展趋势？我们又将如何正确的去面对网络教育引发的 这一场教育体制的变革呢？这也是我们将在这篇文章中主要探讨的几个问题：一、网络教育的重大意义 网络教育是计算机技术与通讯技术相结合的产物，是国际互联网的发展而出现的一种新的教学模式。网络教育的产生与发展将彻底改变传统教学的模式、内容、手段和方法，最终将导致整个教育思想、教育理论甚至教育体制的根本变革。计算机网络教育技术之所以对教育领域有如此大的影响，是由于计算机网络本身具有的对教育、教学过程来讲特别宝贵的特征与功能。具体来讲： 1、网络教育可以激发学生的学习兴趣，促进学生的主观能动性。在传统教学过程中，一切都是有老师决定的。从教学内容、决策、方法、步骤甚至学生做的习题都是教师安排的，学生一直处于被灌输的状态，只能被动参与整个过程。而在网络教育这样的交互式学习环境中，学生可以按照自己的学习基础、学习兴趣来选择自己所要学习的内容，也可以选择适合自己水平的练习。这样学生就拥有了主动参与的机会。这种在学习过程中，学生地位的改变可以有效的激发学生的学习兴趣，使学生产生强烈的学习欲望，从而产生学习动力，发挥自己最大潜能获取更多、更前沿的知识。 2、计算机网络教育有利于知识的获取与保持。利用网络教学可丰富知识的获取途径，它集“图、文、声”于一身，既能看得见，又能听得见，还能动手操作，这样就可以提高获取信息的机会，以便更及时、更广泛地获取知识，以满足21世纪
网络药理学综述
网络药理学在现代中药研究中的应用 胡佳伟20141525 14硕士7班 【摘要】：本文简要介绍了网络药理学科学概念及发展，结合网络药理学特点，综合中药及其复方具有多成分、多靶点、协同作用的特点，阐述两者现代研究中结合与应用。网络药理学具有整体性、系统性的特点, 这与中医药整体观与辩证论治的原则不谋而合。本文对现阶段中医药现代化的机遇与挑战、网络药理学形成的概况及其在中医药研究中的初步应用做了简要综述, 主要介绍了网络药理 学的原理及其在中药现代化中的作用及应用。 关键字：网络药理学、现代中药研究、应用现状 中医药是中国优秀传统文化的瑰宝, 是数千年实践经验的集结, 经过历代医家不断的发展创新, 取优弃粕, 逐渐形成了系统的中医药理论及独特的学术体系, 在人类防病治病、维护健康中作出了巨大的贡献, 而“整体观”、“辨证论治”和“个体诊治”即是其精髓所在。随着单靶点高选择性的化学药物在临床应用上的毒副作用大、对复杂疾病的治疗效果差等缺点, 公众“回归自然”的呼声越来越高, 国际社会逐渐形成一股中医药热。中药具有针对证候进行治疗的特点。但是，网络药理学是西方学者提出来的，它是以现代医药学数据库为基础，通过网络方法进行构建的[1]。所以进行中医药与现代医学进行嫁接是中药网络 药理学的一个桥梁，病症结合是一个行之有效的方法。中药具有多成分综合作用的特点。网络药理学(network pharmacology) 概念应运而生。 1、网络药理学的概念及其特点 网络药理学是在系统生物学与计算机技术高速发展的基础上发展起来的, 基于“疾病基因靶点药物”相互作用网络的基础上, 通过网络分析, 系统综合地观察药物对疾病网络的干预与影响, 揭示多分子药物协同作用于人体的奥秘[2]。这与中医学从整体的角度去诊治疾病的理论, 中药及其复方的多成分、多途径、多靶点协同作用的原理殊途同归, 无疑为跨越中西医间的鸿沟架起了桥梁, 为中医药的现代化和国际化指明了方向。
文献综述大赛—网络编码的发展和趋势
科技文献综述竞赛 网络编码研究综述 姓名：贾骐玮张丽韩改霞 专业：交通信息工程及控制 学号：130112038213011203801301120372 指导教师：张向东 2014年4月7日
网络编码研究综述 贾骐玮，张丽，韩改霞 （西安电子科技大学交通信息工程及控制专业，西安710071） 摘要：网络编码是指网络中的节点参与编译码，它的提出对于网络信息论具有划时代的意义。网络编码具有提高网络吞吐量、均衡网络负载、节省网络带宽、降低节点能耗等显著优点。本文介绍了网络编码的起源与发展，基本原理以及其在无线网络、P2P系统、分布式文件存储、网络安全等领域的最新应用。文章最后对网络编码的研究趋势和热点进行分析，并对其提出展望。 关键词：网络编码网络信息论P2P系统分布式文件存储网络安全 Research on Wireless Network Coding:A Survey Jia Qiwei,Zhang Li,Han Gaixia (XiDian University,Traffic Information Engineering&Control,Xi’an710071,China) Abstract:Network coding refers to the nodes within the network involved to encoding and decoding,it has a great significance for network information https://www.docsj.com/doc/2117660457.html,work coding can larger throughput of the network,enhance network load balance,save network bandwidth and reduce the energy consumption of nodes.This article describes network coding origin and development,as well as its basic principles and its latest applications in the areas of wireless network,P2P systems,distributed file storage,and network security and so on.Finally,we analysis the trends and hot spots for the research of network coding,and then raise its outlook. Keywords:Network Coding;Network Information Theory;P2P System;Distributed File Storage;Network Security 经典的信息理论指出，不论是互联网中的数据包还是移动网络中的信号，信息的传输都只是单纯的共享网络和链路资源，彼此互不相干、相互独立。数据的路由、存储、差错控制等等研究都是基于上述假设。直到网络编码的提出，完全打破了这一假设，开创了一个全新的领域。 网络编码(network coding)是一种融合了编码和路由转发的信息交换技术，在传统存储转发的路由方法基础上，通过允许对接收的多个数据包进行编码(如模二加、有限域上的运算等)信息融合，增加单次传输的信息量，以提高网络信息传输效率和整体性能。网络编码打破了经典信息论中商品流(Commodity Flow)[2]不能被压缩的结论，指出网络
海底观测网络研究进展
软件学报ISSN 1000-9825, CODEN RUXUEW E-mail: jos@https://www.docsj.com/doc/2117660457.html, Journal of Software,2013,24(Suppl.(1)):148?157 https://www.docsj.com/doc/2117660457.html, +86-10-62562563 ?中国科学院软件研究所版权所有. Tel/Fax: ? 海底观测网络研究进展 李正宝, 杜立彬, 刘杰, 吕斌, 曲君乐, 王秀芬 (山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东青岛 266001) 通讯作者: 李正宝, E-mail: lizhengb@https://www.docsj.com/doc/2117660457.html, 摘要: 海底观测网络已成为海洋科学研究的重要数据获取平台.首先简要介绍了世界各国在海底观测网络研究 领域的发展历史,然后对各国海底观测网络的研究进展进行了详细介绍,指出了海底观测网络系统的关键技术和初 步解决方案,探讨了海底观测网络下一步的发展. 关键词: 海底观测网络;关键技术;进展;展望 中文引用格式: 李正宝,杜立彬,刘杰,吕斌,曲君乐,王秀芬.海底观测网络研究进展.软件学报,2013,24(Suppl.(1)):148?157. https://www.docsj.com/doc/2117660457.html,/1000-9825/13016.htm 英文引用格式: Li ZB, Du LB, Liu J, Lü B, Qu JL, Wang XF. Research development of seafloor observatory network. Ruan Jian Xue Bao/Journal of Software, 2013,24(Suppl.(1)):148?157 (in Chinese).https://www.docsj.com/doc/2117660457.html,/1000-9825/13016.htm Research Development of Seafloor Observatory Network LI Zheng-Bao, DU Li-Bin, LIU Jie, Lü Bin, QU Jun-Le, WANG Xiu-Fen (Institute of Oceanographic Instrumentation, Shandong Science Academy, Qingdao 266001, China) Corresponding author: LI Zheng-Bao, E-mail: lizhengb@https://www.docsj.com/doc/2117660457.html, Abstract: Seafloor observatory network has been an important data acquisition platform in marine scientific research. This pager provides a brief introduction to the history of seafloor observatory network system, followed by detailed description of the progress from the different countries round the world on seafloor cable observatory network systems. It also explores future development of the seafloor observatory network with a discussion on the key technologies and preliminary solutions employed in seafloor observatory network system. Key words: seafloor observatory system; key issue; development; development tendency 海洋占地球表面积的71%,蕴藏着丰富的资源,已成为世界各国激烈争夺的重要战略目标.由于缺乏有效的 观测手段,目前人类对海洋尤其是深海的认识依然肤浅.继海洋调查船和遥感卫星之后,海底观测网络成为人类 探测深海的第3个重要平台[1].海底观测网络能够长期、实时、连续地获取所观测海区海洋环境信息,为人类认 识海洋变化规律、提高对海洋环境和气候变化的预测能力提供支撑,对于海洋减灾防灾、海洋生态系统保护、 气候变化应对、资源/能源可持续开发利用、海洋权益维护、海上航运和国防安全等具有重大的战略意义[2]. 本文回顾了海底观测网络的发展历史,分析和研究了国内外海底观测网络的建设成果,指出构建海底观测 网络系统的关键技术和初步解决方案,探讨海底观测网络下一步的发展方向,以期对世界和我国海底观测网络 建设有所借鉴. 1 国外海底观测网络系统发展现状 20世纪末以来,美国、欧洲各国、日本等国家和地区凭借在海洋观测领域的先发优势,纷纷投入巨资开展 ?基金项目: 国家高技术研究发展计划(863)(2013AA09A411); 海洋公益性行业科研专项经费(201105030, 201305026); 山东省 自然科学基金(ZR2012FL14) 收稿时间:2013-05-02; 定稿时间: 2013-08-22
无线传感器网络研究报告现状及发展
无线传感器网络的研究现状及发展 默认分类 2008-06-12 18:19:20 阅读910 评论0 字号：大中小 摘要：无线传感器网络(WSN>综合了传感器技术、微电子机械系统(MEMS>嵌入式计算技术．分布式信息处理技术和无线通信技术，能够协作地实时感知、采集、处理和传输各种环境或监测对象的信息．具有十分广阔的应用前景，成为国内外学术界和工业界新的研究领域研究热点。本文简要介绍了无线传感器网络的网络结构、节点组成，分析了无线传感器网络的特点及其与现有网络的区别。进而介绍现有无线传感器网络中的MAC层技术、路由技术、节点技术和跨层设计等关键技术。最后展望无线传俄器网络的应用和发展并指出关键技术的进步将起到决定性的促进作用。 关键词：无线传感器网络节点 MAC层路由协议跨层设计 Abstract: Wireless sensor network (WSN> is integration of sensor techniques, Micro-Electro-Mechanical Systems, embedded computation techniques, distributed computation techniques and wireless communication technique. They can be used for sensing, collecting, processing and transferring information of monitored objects for users. As a new research area and interest hotspot of academia and industries, Wireless Sensor Network(WSN> has a wide application future. This paper briefly introduced the wireless sensor network of networks, nodes, the analysis of the characteristics of wireless sensor networks and the differences wih the existing networks. And the MAC layer technology, routing technology, joint cross-layer design technology and key technology are introduced . At last the prospects of wireless sensor network are discussed in this article. Key Words: Wireless Sensor Network, node, MAC, routing protocol, Cross-layer design 一、概述 随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的发展进步，包括微电子机械系统 网络编码研究综述 摘要：网络编码是通信网络中信息处理和传输理论研究上的重大突破，它的核心思想是允许网络节点对所传输的信息进行编码处理。它在提高网络数据吞吐量即数据传输可靠性等方面拥有显著的优势。本文介绍网络编码的基本原理以及主要优缺点，对网络编码的研究进展进行分析，分析网络编码当前面临的重要问题，以及解决网络编码问题可能采取的方法。 关键词：网络编码；随机网络编码；网络编码机制 引言 香港中文大学的R. Alshwede 等在2000年的IEEE信息会议上发表的一篇著名论文[1]，该论文首次提出了网络编码(Network Coding)的概念，并从理论上证明了：如果允许网络节点对传输的信息按照合适的方式进行编码处理，而不是局限于传统的存储和转发，则基于该方式的网络多播总能够实现理论上的最大传输容量。网络节点对传输信息进行操作和处理的过程，就称为网络编码。 网络编码的提出是网络通信领域中的一项重要突破，自其被Ahlswede提出以来，已迅速发展成为一个重要的研究领域，对信息论、编码、通信网络、网络交换理论、无线通信、计算机科学、密码学、矩阵论等研究领域产生了深远的影响，已成为当今最热门的研究领域之一。网络编码是一种融合编码和路由的信息交换技术。它的原理是，网络中的节点对接收到的多个数据分组进行编码融合，经过编码后的数据被中间节点以多播的方式进行转发，目的结点可依据相应的编码系数进行解码，从融合的数据中还原出原始的数据，网络编码通过允许网络中间节点对不同数据流数据编码获得网络最大流传输理论的上界，从而改变了传统网络节点智能从当存储、转发的角色。 网络编码已引起国内外学者的广泛关注，国外一些著名的院校和实验室都对网络编码进行了研究，例如MIT、普林斯顿大学和微软研究院等，它们的研究侧重点在应用网络编码提高网络吞吐量及提高网络能量利用率，以及编码提高网络传输的可靠性和安全性等方面。其中，前一个侧重点的研究多集中在传输中编码策略的研究[2-3]，而在提高数据传输的可靠性等方面的研究多集中在数据的重传策略方面[4]。国内香港中文大学和西安电子科技大学等方面的学者对网络编码的研究做出了重要的贡献，网络编码的思想是由杨伟豪和李硕彦首次提出。他们将网络编码应用于检测和纠正网络错误的研究。杨伟豪和蔡宁[5]在经典纠错码的基础上引入了网络纠错码的概念，通过引入空间域的冗余代替时间域的冗余来纠正 全国海洋观测网规划（2014-2020年） 建设全国海洋观测网是提高我国海洋综合实力的基础性工作。为进一步规海洋观测网的建设和管理，更好地服务于海洋防灾减灾、海洋经济发展、海洋科技创新、海洋权益维护和海洋生态文明建设，依据《海洋观测预报管理条例》相关规定，制定《全国海洋观测网规划（2014-2020年）》。 一、形势与现状 （一）面临的形势。 保障和促进沿海地区经济社会发展，提高海洋经济对国民经济的贡献度，需要加强海洋观测网建设。海洋经济已成为我国经济发展新的增长点。国务院先后批复设立了海洋经济区、海峡西岸经济区、海洋经济综合试验区、西海岸新区等沿海经济开发区域，这是发展海洋经济、建设海洋强国的重要举措。面对海洋经济发展的新形势，海洋观测网发展现状已不适应沿海地区海洋资源开发、海上交通运输、海洋渔业、海洋海岛旅游、海洋工程建设的需求，急需进一步加强基础海洋环境要素观测和产品服务能力的建设。 维护海洋权益，需要加强海洋观测网建设。为海洋权益维护活动、运输通道安全及推进21世纪海上丝绸之路建设提供环境保障，已成为海洋观测网建设的新任务。我国部分管辖海域和大洋重点关注区域的海洋观测工作远不能满足海上维权的需求，需要及时、准确地获取和利用海洋观测信息，提升海洋环境保障能力。 减轻海洋灾害的影响，提高海上突发事件应急响应能力，需要加强海洋观测网建设。我国是世界洋灾害频度和危害程度最严重的国家之一，灾害种类多，影响围广。随着海洋运输、资源开发、海洋渔业和沿海城市的快速发展，各种海上突发事件也日益增加。海洋防灾减灾和应对突发事件，都需要加强海洋观测，及时、有效提供海洋观测数据和产品服务。 应对全球气候变化，促进海洋科学研究，需要加强海洋观测网建设。海洋是全球气候变化的关键因素，气候变化加剧了海平面上升、极端天气气候事件等灾害，需要加强气候变化敏感区的海洋观测，深化对全球气候变化的认识，提高海洋领域应对气候变化的能力。为促进海洋科学研究的发展，需要针对研究 计算机研究与发展 ISSN 100021239ΠCN 1121777ΠTP Journal of Computer Research and Development 45(1):1～15,2008 收稿日期:2007-11-08 基金项目:国家“九七三”重点基础研究发展规划基金项目(2006CB303000);国家自然科学基金重点项目(60533110);国家自然科学基金项 目(60473075);国家教育部新世纪优秀人才支持计划基金项目(NCET 20520333) 无线传感器网络的研究进展 李建中 高 宏 (哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院 哈尔滨 150001)(lijzh @hit 1edu 1cn ) Survey on Sensor N et work R esearch Li Jianzhong and G ao Hong (School of Com puter Science and Technology ,Harbin Institute of Technology ,Harbin 150001) Abstract Recent advances in sensing techniques ,embedded computing techniques ,distributed information processing techniques and communication techniques have enabled the development of wireless sensor net 2works 1As there is a bright future in their application ,wireless sensor networks have become a new research area in the 21century 1There are large numbers of challenge problems in science and engineering in the wireless sensor network area 1Since 2000,more and more researchers have been engaged in the research work on wireless sensor networks and a lot of research results have already been obtained 1Suiveyed in this paper is the research work on wireless sensor networks ,including the wireless sensor network communica 2tion techniques ,infrastructure techniques ,middleware techniques ,data management techniques ,sensor node and embedded software techniques 1The existing problems in the current research work and the new research issues are also discussed 1At the end of the paper ,many significant references are listed for the re 2searchers 1 K ey w ords sensor node ;sensor network ;communication protocol ;infrastructure ;middleware ;data man 2agement 摘 要 随着传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术的迅速发展,无线传感器网 络应运而生1由于无线传感器网络的广阔应用前景,它已经成为21世纪的一个新研究领域,在基础理论和工程技术两个层面向科技工作者提出了大量挑战性问题1从2000年开始,国内外无线传感器网络的研究日趋热烈,取得了大量研究成果1从无线传感器网络的网络通信技术、基础设施技术、中间件技术、数据管理技术、节点及其嵌入式软件技术等5个方面系统综述了无线传感器网络的研究进展,讨论目前存在的问题和需要进一步研究的方向,并提供了广泛的参考文献1 关键词 传感器节点;传感器网络;通信协议;基础设施;中间件;数据管理中图法分类号 TP393 随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟,人们研制出了各种具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器1由许多微型传感器构成的无线传感器网络(WSN )引起了人们的极大关注1WSN 综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术,能够协作实时监测、感知、采集网络分布区域内的各种环 境或监测对象的信息,并对这些信息进行处理,获得 详尽准确的信息,传送到需要这些信息的用户1WSN 可以使人们在任何时间、地点和任何环境条件 下获取大量详实可靠的物理世界的信息,并可以被广泛应用于国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐抗灾等领域1WSN 是信息感知和采集的一场革命,在新一代网络中具有 网络教育的现状和发展趋势 摘要：随着现在信息技术的发展，特别是多媒体计算机技术和网络技术的发展而产生的新一代远程教育----网络教育，正日益受到世界各国的重视。网络教育既是一种教育手段，也是一种学习方式，又是一种理念，同时还是一种教学组织形式。网络教育作为新的教学组织形式被越来越多的组织所采用，本文简单阐述了新兴的网络教育，详细论述了我国网络教育的现状，网络教育的优势．网络教育存在的问题，结合网络教育的发展详细阐述网络教育的发展趋势，最后是对网络教育提出总结。 关键字：网络教育现状发展趋势 一、网络教育的概述 什么是网络教育？简言之，网络教育就是通过计算机网络或INTENET进行教育。但这仅仅是片面解释。网络教育绝非仅仅是将传统意义上的教室，讲台，课本，习题等电子化后搬上网络，也不仅仅是简单地拍摄讲课录象，然后把录象搬上网络并通过网络像远房传送。可以说，网络教育是一种远程教育。 网络教育主要指以多媒体技术为主要媒体，在网上进行的跨时空，跨地域，实时或非实时的交互式教与学的一种新型教育形式，是现代远程教育的一种主要实现方式。它在教学模式和教学体制等方面都有别于传统教育的一种新型教育形式。 二、我国网络教育的现状 1．基本情况 （1）人群结构：网络大学生构成为21到35岁之间占多数，主要有专升本、在职读本读研的学生，还有参加工作的需要充电的年轻人，他们有选择地参与相关的培训课程。这表明处于社会竞争的前沿年青人，是面临网络教育的主体人群。 （2）学校机构：国内知名大学已纷纷建立网络教育学院，如清华大学，中国人 民大学、中国地质大学、复旦大学等总共有几十所。另国内专业网络集团已具有一定的规模，拥有大量用户的大型网络公司有几十家，如首信中财等取得相当好的经济、社会效益。 （3）地区分布：以发达地区为主，主要是受到经济和技术方面的影响。尤其以北京、上海、武汉等地区的竞争较激烈。主要的高等网络学校也是集中在这些地区。贫穷落后的西部地区也有开展了一些网络教育，但其规模与技术是无法与发达地区相比较的。 （4）人数：据了解，如今接受网络教育的人数已达到80万。按照这个发展的势头，接受网络教育的人数在今后还会大大地提高。 2．网络教育的优势 网络教育的优势在于它对教育市场的整合和工业化模式的规模经济性,网络教育的生命力蕴含于它所具有的“四大分离”教育特色之中。 第一,网络教育具有整合教育市场、实现资源共享的优势。我国幅员辽阔人口众多,现实的和潜在的教育需求远大于教育供给。然而我国传统的教育资源又都集中于经济发达地区的大中城市。这种教育需求与供给在地域上的不对称严重阻碍着我国教育事业的发展。而网络教育则通过遍布全国、全世界的物理网络,将教育资源的甘露从城市学校源源输往长期干涸的乡村,使广大边远地区的学生享受到城市学生一样的教育。有了计算机和网络,便不再有被教育遗忘的角落。 第二,网络教育的工业化生产特征使其具备了规模经济的特点。从理论上讲,网校的招生人数可不受任何限制。其原因主要是网校的办学成本基本上都是固定成本和软件升级更新成本,与学员人数无关,新增学员的边际成本几乎为零。加之没有固定校舍投资,也不受学员生活后勤保障问题的制约,网校可以实现超低成本扩张,满足日益增长的社会教育需求。另外,与教学需要配套的光盘制作发放也是个工业化制造过程,批量越多成本越低。 第三,网络教育“时间分离”和“空间分离”的特性使网校具有开放、灵活 山药（Rhizoma Dioscoreae）为薯蓣科薯蓣属植物，初名薯蓣，后改称为山药，常以其块茎入药，是人类最早食用的药物之一，也是最具代表性的药食同源药[1]。我国自夏、商就开始种植山药，明清以来逐渐应用为药材，山药在我国分布广泛，其中河南焦作因其得天独厚的自然条件，成为了山药道地产区[2]。《神农本草经》、《本草纲目》中均将山药列为上品[3]，有益气养阴，补益脾肺，补肾固精之功效，现代研究也表明山药具用抗氧化、抗肿瘤、降血糖等诸多的药理作用，是一种具有广阔开发前景的药食同源药。人口老龄化是世界各国正面临的一个共同难题。截止2017 年，欧洲、亚洲、北美洲和非洲的60 岁及以上人口比例分别已达到25%、24%、28%、9%，且均呈上升趋势[4]。我国作为世界第一的人口大国，截至2018 年年末，我国60 周岁及以上人口已达24949 万人，占我国总人口的17.9%[5]。老龄化已成为世界人口发展的必然趋势，而抗衰老的研究也成为了世界级的研究热点与难点。研究表明山药及其复方具有抗氧化、提高免疫力、降血糖等作用，可通过多种途径拮抗致老因素对机体的损伤，降低机体生理衰老而达到抗衰延年的目的[6]。本课题组依托山西省重点研发计划（重点项目）（201603D3112002）先后对包含山药在内的12 种晋产优质中药饮片品种进行饮片规范化炮制加工工艺及质量标准研究。现对山药研究进展及运用了网络药理学对山药抗衰老的作用机制进行综述和分析，为后续药效机制研究奠定基础的同时，也为山药进一步的利用和开发提供参考。1 山药的成分国内外对山药的成分研究报道有很多，概括起来主要有淀粉、氨基酸、多糖、微量元素、脂肪酸、皂苷、多酚等，现将各类成分综述如下。1.1 淀粉李静静等[7]研究不同品种山药淀粉的含量，发现不同种山药淀粉含量存在较大的差异，普遍占山药总重量的11% -14%，此外，还发现不同种山药中支链淀粉含量均高于直链淀粉，为直链淀粉的2-3倍。1.2 氨基酸陈艳等[8]采用氨基酸自动分析仪测定山药中的氨基酸，发现山药中含有苏氨酸、撷氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸、亮氨酸和赖氨酸等17种氨基酸，但色氨酸未被检测到。廖朝晖等[9]等除了在山药中检测到了上述的17种氨基酸外，还利用荧光光度计在山药中检测到色氨酸，共计18种氨基酸存在于山药中，如图1 所示，其中人体所必需的氨基酸就有8表示。 1.3 多糖陶乐平等[10]从山药中提取到一系列性质各异的多糖，发现热水提取物中的多糖主要由葡萄糖、甘露糖和半乳糖组成，冷水提取物中的多糖则主要由甘露糖组成；顾林等[11，12]利用Sephadex G-100、DEAE 分离纯化山药中的多糖，再用GC-MS 分析多糖成分，研究发现山药中的多糖主要是由葡萄糖、甘露糖、半乳糖、阿拉伯糖、木糖、阿卓糖组成；蔡婀娜等[13]用高效液相色谱法分析山药中的糖类成分，发现山药中含有鼠李糖、岩藻糖、木糖、阿拉伯糖、果糖、甘露糖、葡萄糖和半乳糖。基于上述报道，山药中多糖的主要成分见图2。1.4 微量元素张重义等[14]利用电感耦合等离子体光电直读光谱仪对山药中的微量元素进行了分析，发现山药中含有33 种微量元素，如表1 所示，其中K、P、Mg 含量较高；Pb 、M o 、Sr 、Ti 、Li 、Ni、Cr 、Ba 、Na 和Ca 含量较低。1.5 脂肪酸王勇等[15]以石油醚对山药中的脂肪酸进行提取，并利用气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）对山药中的脂肪酸成分进行分析，研究发现山药中共含有27种脂肪酸，如图3，其中不饱和脂肪酸18 中，饱和脂肪酸9种Avula B等[16]利用甲醇对山药中的皂苷进行提取，再采用超高效液相- 四极杆飞行时间质谱联用（UHPLC/QTOF-MS）技术对其中的皂苷成分进行检测分析，共得到17种皂苷成分，如图4所示。 1.7 多酚类周丽等[17]采用超高效液相色谱-二极管阵列-电喷雾串联质谱法（UHPLC-DAD-ESI-MS/MS）对山药甲醇提取物中的多酚类化合物进行分析研究，检测得到了16种酚类成分，分别为5-O-咖啡酰奎宁酸、迷迭香酸、芦丁、槲皮素、芥子酸、芥子酸葡萄糖苷、丁香酸衍生物、香豆酸衍生物、阿魏酸衍生物、芥子酸二葡萄糖苷、2种未知花色苷和3种阿魏酰奎宁酸异构体，其中7种酚类的结构已被成功鉴别， 许效群等[18]研究发现山药多糖对DPPH、·OH 及· O2 - 具有较强的清除能力，其抗氧化能 无线传感器网络 1无线传感器网络简介 WSN是wireless sensor network的简称，即无线传感器网络。 无线传感器网络就是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多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。 WSNs网络体系结构如图所示。数量巨大的传感器节点以随机散播或者人工放置的方式部署在监测区域中，通过自组织方式构建网络。由传感器节点监测到的区域内数据经过网络内节点的多跳路由传输最终到达汇聚节点（Link节点），数据有可能在传输过程中被多个节点执行融合和压缩，最后通过卫星、互联网或者无线接入服务器达到终端的管理节点。用户可以通过管理节点对WSNs进行配置管理、任务发布以及安全控制等反馈式操作。 图1.1 传感器节点 功能：采集、处理、控制和通信等 网络功能：兼顾节点和路由器 图1.2 Sink节点 功能：连接传感器网络与Internet等外部网络，实现两种协议栈之间的通信协议转换，发布管理节点的监测任务，转发收集到的数据。 特点：连续供电、功能强、数量少等 2无线传感器网络特点 2.1硬件资源有限 受体积成本限制，传感器节点的硬件资源有限，其计算能力、存储能力相对较弱。 2.2电源容量受限 通常传感器节点投放在不适合电源不补给的恶劣环境和无人区，所以仅靠电池供电。 2.3对等网络 各传感器地位平等，没有固定的中心节点，是一种对等网络。 2.4多跳路由 网络数据的传送往往采用多跳转发的方式。 2.5动态拓扑 无线传感器网络的拓扑是动态变化的，因为无线传感器的节点是移动，数量是变化的（主动和被动变化）。网络编码研究综述
全国海洋观测网规划_整理(2014_2020)
无线传感器网络的研究进展
网络教育的现状和发展趋势
山药的研究进展及其抗衰老的网络药理学山药 成分 药理作用 临床应用 抗衰老 网络药理学
无线传感器网络综合整理