#第三讲无线传感器网络最终版.ppt

无线传感器网络技术 目录 无线传感器网络－概述 无线传感器网络－组成结构 无线传感器网络－特点 无线传感器网络－发展历史 无线传感器网络－关键技术 无线传感器网络－面临的挑战 无线传感器网络－研究进展 WSN与物联网的关系 什么是计算机网络 无线传感器网络 WSN-Wireless Sensor Networks 基础 微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术 解释1 由部署在观测环境附近的大量的微型廉价低功耗的传感器结点组成，通过无线通信方式形成一个多跳的无线网络系统。 无线传感器网络 解释2： 传感器网络是由一组传感器以特定方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并发布给观察者。 传感器网络的三个基本要素： 传感器，感知对象，观察者 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 平面结构（对等式结构）：所有节点的地位平等 根据传感器节点在使用中是否移动，可将无线传感器网络分为： 静态（非移动性）网络：节点布置在监测区域内，根据用户的要求，可对各种环境或物体参数进行测量 动态（移动性）网络：传感器节点一般处于移动状态中（如被安置在可移动的物体上） 目前大多数是静态网络。 传感器结点的限制 电源能量有限 通信能力有限 计算和存储能力有限 无线传感器结点 传感器模块：负责监控区域内信息采集和数据转换 处理器模块：负责整个传感器结点的操作，存储和处理传感器采集的数据，以及其他结点传送的数据 无线通信模块：负责与其他传感器结点进行无线通信，交换控制信息和收发采集数据 能量供应模块：通常是采用微型电池，为传感器结点提供运行所需要的能量 汇聚结点：处理能力、存储能力、通信能力相对较强，连接传感器网络与外部网络，实现两种协议栈之间的协议转换。发布管理结点的检测任务，将收集数据转发到外部网络。 能源管理平台： 管理传感器结点如何使用能量； 移动管理平台： 检测和注册传感器结点的移动，维护到汇聚点的路由，使得传感器结点能够跟踪它的邻居； 任务管理平台： 在一个给定的区域内平衡和调度监测任务 无线传感器网络体系结构-物理层 物理层的功能： 为数据终端设备(data terminal equipment, DTE)提供传送数据的通路。 传输数据:物理层要形成适合数据传输的实体，用来提供数据传送业务 完成一定的管理工作，例如信道评估、能量检测、收发器管理、物理层属性管理等工作。 物理层主要技术 介质及频段选择 调制技术 扩频技术 无线传感器网络体系结构-物理层 无线传感器网络体系结构-物理层 挑战与机遇 信号传播质量保障机制 节能机制 小型化、低成本、低功耗节点的SOC实现及节能为目标的硬件管理策略 无线传感器网络体系结构-数据链路层 数据链路层最重要的任务是对相邻节点之间的通信进行管理，形成高效、可靠的数据传输。 主要任务包括: 组帧 将用户数据构成分组(Packet)或帧(Frame)。 差错控制 用于改进链路传输的可靠性，其关键问题是协调不断增长的可靠性要求与信道差错率之间的关系。 流量控制 链路管理 链路管理机制包括发现、设置并拆除相邻节点间的链路问题。 网络层主要负责路由生成与路由选择，主要功能包括分组路由、网络互联、拥塞控制等。路由协议的功能是在传感器结点和汇聚结点之间建立路由，可靠的传递数据。 传感器网络MAC协议的功能 功能 无线信道的使用 建立传感器网络的基础结构 考虑因素 节省能量 可扩展性 链路带宽分配的公平性、带宽利用率、延时性能等 目前普遍认为这三个方面的重要性依次递减 MAC协议的能量浪费因素 空闲侦听：结点不知道邻居结点何时向自己发送数据，射频收发模块必须一直处于工作状态，消耗大量能源，是无效能耗的主要来源。 冲突：同时向同一结点发送多个数据帧，信号相互干扰，接收方无法准确接收，重发造成能量浪费 串扰：接收和处理发往其他结点的数据属于无效功耗。 控制开销：控制报文不传送有效数据，消耗的能量对用户来说是无效功耗。 传感器MAC协议的节能策略 尽量让传感器结点处于睡眠状态； 减少传感器结点之间的碰撞； 减少接收到自己不需要接收的数据分组； （overhearing） 减少控制消息的开销。 WSN体系结构-MAC协议 MAC协议的分类： 根据无线信道是采用固定分配还是随机访问将MAC协议分为三类 采用无线信道的时分复用方式(time division multiple access, TDMA),给每个传感器节点分配固定的无线信道使用时段，从而避免节点之间的相互干扰