无线传感器网络解读.ppt

第15章 无线传感器网络 15.1 网络组成 15.3 硬件平台 15.4 无线传感器网络应用实例 WSN（wireless sensor network）利用集成化的微型传感器协作地实时感知、采集和监测对象或环境的信息，用微处理器对信息进行处理，并通过自组织无线通信网络以多跳中继方式传送，将网络化信息获取和信息融合技术相结合，使终端用户得到需要的信息。 传感器模块用于感知、获取外界的信息，被监测的物理信号决定了传感器的类型；处理器模块负责协调节点各部分的工作，对感知部件获取的信息进行必要的处理和保存，控制感知部件和电源的工作模式等；无线收发模块负责与其它传感器节点进行无线通信，交换控制消息和收发采集数据；能量供应模块为传感器节点提供运行所需的能量。 15.1.3 无线传感器网络协议栈 15.1.3 无线传感器网络协议栈 15.1.4 无线传感器网络的特点 ①能量资源有限：网络节点由电池供电，其特殊的应用领域决定了在使用过程中，通过更换电池的方式来补充能量是不现实的。“高效使用能量来最大化网络生命周期”。 ②硬件资源有限：传感器节点是一种微型嵌入式设备，大量的节点数量要求其低成本、低功耗，所携带的处理器能力较弱，计算能力和存储能力有限。在成本、硬件体积、功耗等受到限制的条件下，传感器节点需要完成监测数据的采集、转换、管理、处理、应答汇聚节点的任务请求和节点控制等工作。通过优化设计实现硬件的协调工作。 15.1.4 无线传感器网络的特点 ③无中心：WSN是一个对等式网络，所有节点地位平等，没有严格的中心节点。节点仅知道与自己彼邻节点的位置及相应标识，通过与邻居节点的协作完成信号处理和通信。 ④自组织：无线传感器网络节点往往通过飞机播撒到未知区域，通常情况下没有基础设施支持，其位置不能预先设定，节点之间的相邻关系预先也不明确。网络节点布撒后，无线传感器网络节点通过分层协议和分布式算法协调各自的监控行为，自动进行配置和管理，利用拓扑控制机制和网络协议形成转发监测数据的多跳无线网络系统。 15.1.4 无线传感器网络的特点 ⑤多跳路由：无线传感器网络节点的通信距离有限，一般在几十到几百米范围内，节点只能与它的邻居直接通信，对于面积覆盖较大的区域，传感器网络需要采用多跳路由的传输机制。无线传感器网络中没有专门的路由设备，多跳路由由普通网络节点完成。同时，因为受节点能量、节点分布、建筑物、障碍物和自然环境等因素的影响，路由可能经常变化，频繁出现通信中断。针对通信环境和有限通信能力，设计网络多跳路由机制以满足传感器网络的通信需求。 15.1.4 无线传感器网络的特点 ⑥动态拓扑：在WSN使用过程中，部分节点附着于物体表面随处移动，部分节点由于能量耗尽或环境因素造成故障或失效而退出网络，部分节点因弥补失效节点、增加监测精度而补充到网络中，节点数量动态变化，使网络的拓扑结构动态变化。动态拓扑组织功能和动态系统的可重构性。 ⑦可靠性：由于传感器节点的大量部署不仅增大了监测区域的覆盖，减少盲区，而且可以利用分布式算法处理大量信息，降低了对单个节点传感器的精度要求，大量冗余节点的存在使得系统具有很强的容错性能。 15.1.4 无线传感器网络的特点 节点数量多：为了获取精确的信息，在监测区域通常部署大量的传感器节点。传感器节点被密集的随机部署在一个面积不大的空间内，需要利用节点之间的高度连接性来保证系统的抗毁性和容错性。这种情况下，需要依靠节点的自组织性处理各种突发事件，节点设计时软硬件都必须具有鲁棒性和容错性。 15.3 硬件平台 传感器节点应具有的功能：一方面实现数据的采集和处理；另一方面实现数据的融合和路由，对本身采集的数据和收到的其它节点数据进行综合，转发路由到网关节点。传感器节点数目庞大，通常采用电池供电，传感器节点的能量一旦耗尽，该节点就不能实现数据采集和路由功能，直接影响整个传感器网络的健壮性和生命周期。 网关节点往往个数有限，而且能量常常能够得到补充。网关节点通常使用多种方式与外界通信。 数据管理中心主要由数据库、管理软件以及PC机（服务器）构成。 15.3.1 传感器节点 传感器网络节点作为一种微型化的嵌入式系统，构成了无线传感器网络的基础层支撑平台。大部分节点采用电池供电，工作环境通常比较恶劣，而且数量大，更换困难，所以低功耗是无线传感器网络重要的设计准则之一，从无线传感器网络节点的硬件设计到整个网络各层的协议设计都把节能作为设计目标，以最大限度地延长无线传感器网络的寿命。 模块化设计是提高节点通用性、扩展性和灵活性的有效途径。集成化以满足节点集数据采集、处理和转发等功能于一身的需求。微型化可以满足大规模布撒、提高隐蔽性的应用需求。 15.3.2 网关节点设计 网关节点接收传感器节点发送来的