网络传输层技术.ppt

* 4.4无线传感器网络及相关技术 ? 在第3章中介绍中，我们已经知道传感器技术是作 为信息获取最重要和最基本的技术，传感器信息获 取技术已经从过去的单一化渐渐向集成化、微型化、 智能化和网络化方向发展，并将会带来一场信息革 命。在实际应用中，无线传感器网络，是一种可以 将非常小的、独立的无线传感器安装在楼房，道路， 衣服，身体等物理空间，通过无线可以感知周边的 温度、光线、加速度、磁场等信息的技术。这样的 无线传感器节点内，安装了传感器，传感器控制电 路，CPU，无线通信模块，天线，电源等，具备与周边传感器节点协作，通过通信手段，将传感数据传送到收集节点的功能。本节侧重介绍无线传感 器网络及相关技术。 4.4.1 概述 ? 无线传感器网络（Wireless Sensor Wireless Network ） 是综合了微电子技术、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等先进技术，能够协同地实时监测、感知和采集网络覆盖区域中各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理，处理后的信息通过无线方式发送，并以自组多跳的网络方式传送给观察者。 ? 是由大量部署在作用区域内的、具有无线通信与计算能力 的微小传感器节点通过自组织方式构成的能根据环境自主完成指定任务的分布式智能化网络系统。它能够实现数据的采集量化、处理融合和传输应用。也是物联网的关键技术之一。 ? 传感网络的节点间距离很短，一般采用多跳（multi-hop） 的无线通信方式进行通信。传感器网络可以在独立的环境 下运行，也可以通过网关连接到Internet，使用户可以远程访问。 4.4.2 无线传感器网的体系结构 ? 无线传感器网是一种由大量小型传感器所 组成的网络。这些小型传感器一般称作 sensor node（传感器节点）或者mote（灰尘）。此种网络中一般也有一个或几 个基站（称作sink）用来集中从小型传感 器收集的数据。 ? 传感器网的三个基本要素：传感器，感知对象，观察者。 ? 传感器网的基本功能：协作地感知、采集、 处理和发布感知信息。 ? 在现代的感知方法中，传感器网络覆盖感知对象区域，每个传感器完成 其临近感知对象的观测，多传感器协同完成感知区域的大观测任务，使用多跳路由算法向用户报告观测结果。如图4-36所示。 ? 在传统的感知方法中，传感器接近感知对象，传感器仅产生数据流，传感器无计算能力无传感器间通信能力，如图4-33所示。 ? 传感器网络系统通常包括传感器节点（sensor node）、 汇聚节点（sink node）和管理节点。大量传感器节点随机部署在监测区域内部或附近，能够通过自组织方式构成网络。如图4.37所示。 ? 传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点逐跳进行传输， 在传输过程中监测数据可能被多个节点处理，经过多跳后 路由到汇聚节点，最后通过互联网或卫星到达管理节点。用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理，发布监测任务以及收集监测数据。 4.4.3 传感器节点 ? 传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通 信模块和能量供应模块四部分组成。此外，可以 选择的其他功能单元包括：定位系统、运动系统 以及发电装置等。如图4-36所示。 ? 在传感器网络中，节点通过各种方式大量部署在 被感知对象内部或者附近。传感器节点的限制： 电源能量有限；通信能力有限；计算和存储能力有限。 ? 这些节点通过自组织方式构成无线网络，以协作 的方式感知、采集和处理网络覆盖区域中特定的信息，可以实现对任意地点信息在任意时间的采集，处理和分析。一个典型的传感器网络的结构 包括分布式传感器节点（群）、sink节点、互联 网和用户界面等。 ? 传感节点之间可以相互通信，自己组织成网并通 过多跳的方式连接至Sink（基站节点），Sink节点收到数据后，通过网关（Gateway）完成和公用Internet网络的连接。整个系统通过任务管理器来管理和控制这个系统。 4.4.4 传感器网络协议体系 ? 协议栈包括物理层、数据链路层、网络层、传输 层和应用层，与互联网协议栈的五层协议相对应。 另外，协议栈还包括能量管理平台、移动管理平台和任务管理平台。如图4-37所示。 ? 物理层主要研究集中在传输介质的选择。目前传输介质主要有无线电、红外线和光波三种；传输频段为通用频段ISM，4.33MHz，915MHz和2.44GHz；调制方式为二元调制和多元调制。 ? 数据链路层主要研究集中在MAC（Media Access Control ）媒体访问控制协议， 该协议是保证WSN高效通信的关键协议之一，传感网的性能如吞吐量、延迟性完全取决于网络的MAC协议，与传统的MAC协议不同，WSN的协议首先考虑能量节省问题。 ? 网络层负责路由的发现和维护，遵照路由协议将数据分组，从