【2017年整理】无线传感网络.ppt

无线传感器网络 目录 无线传感器网络的基本概念 无线传感器网络的应用 无线传感器网络单节点体系结构 无线传感器网络结构 MAC协议（重点S-MAC） 路由协议（重点LEACH） Zigbee协议栈 一、无线传感器网络的基本概念 无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)：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 目的：协作和感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。 名词解释 无线：传输介质为无线电 传感器：将传感器模块、数据处理模块和无线通信模块集成在一块很小的物理单元上，不仅能对环境信息进行感知，而且还具有数据处理及无线通信的功能。 网络：多跳的自组织的网络 无线传感器网络节点 传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换； 处理器模块负责控制整个传感器节点的操作，存储和处理本身采集的数据以及其他节点发来的数据； 无线通信模块负责与其他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，通常采用微型电池。 无线传感器网络结构 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。传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输，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。 无线传感器网络的特点 大规模网络 ：大区域，高密度 自组织网络 ：位置不能预先设定 动态性网络 ：拓扑结构易改变 以数据为中心的网络 ：任务型 应用相关的网络 ：不同的传感器 、不同的应用背景 无线传感器网络的关键技术 网络协议 ：负责使各个独立的节点形成一个多跳的数据传输网络，目前研究的重点是网络层协议和数据链路层协议。 网络安全 ：无线传感器网络SPINS安全框架在机密性、点到点的消息认证、数据完整性和新鲜性、认证广播等方面定义了完整有效的机制和算法。安全管理方面，目前以密钥预分配模型作为安全初始化和维护的主要机制，其中随机密钥对模型、基于多项式的密钥对模型等是目前最有代表的算法。 无线传感器网络的关键技术 时间同步 ：是需要协同工作的无线传感器网络系统的一个关键机制 。目前已提出了多个时间同步机制，其中RBS，TlNY/MINI-SYNC和TPSN被认为是三个基本的同步机制。 数据融合 ：在传感器节点采集数据的过程中，利用节点本地的计算和存储能力处理数据的融合，去除冗余信息，从而达到节省能量的目的。在应用层中，可利用分布式数据库技术，对采集到的数据逐步筛选，达到融合的效果；网络层很多路由协议均结合了数据融合的机制，减少数据传输量；还有研究者提出了通过减少MAC层的发送冲突和头部开销达到节省能量的目的，同时又不损失时间性能和信息的完整性。 无线传感器网络的关键技术 嵌入式操作系统 ：传感器节点是一个微型的嵌入式系统，硬件资源十分有限，需要操作系统能够节能地使用其有限的内存、处理器和通信模块，且能够对各种特定应用提供最大的支持。 网络拓扑控制：目前主要的研究是在满足网络覆盖和连通度的前提下，通过功率控制和骨干网节点选择，剔除节点间不必要的无线通信链路，生成一个高效率的数据转发的网络拓扑结构。可分为节点功率控制和层次型拓扑结构形成两个方面。 与无线自组网络的区别 无线自组网是一个由几十到上百个节点组成的、采用无线通信方式的、动态组网的多跳的移动性对等网络。 目的是通过动态路由和移动管理技术传输具有服务质量要求的多媒体信息流。通常节点具有持续的能量供给。 设计目标：提供高服务质量和高效带宽利用，其次考虑节约能源。 与无线自组网络的区别 传感器网络节点数目更庞大 由于环境影响和能量耗尽，传感器网络更容易出故障 环境干扰和节点故障易造成传感器网络拓扑结构的变化 传感器网络的节点通常情况下是固定不动的 传感器网络首要设计目标是能源的高效使用 二、无线传感器网络的应用 军事应用 传感器网络具有可快速部署，可自组织、隐蔽性强和高容错性的特点，因此非常适合在军事上的应用。利用传感器网络能够实现对敌军兵力和装备的监控、战场的实时监控、目标的定位、战场评估、核攻击的监测和有哪些信誉好的足球投注网站等功能。 美国DARPA很早就启动了SensIT计划，目的是将多种类型传感器、可重编程的通用处理器和无线通信技术组合起来，建立一个廉价的无处不在的网络系统，用以监测光学，声学，振动，污染等物理量。 无线传感器网络的应用 环境观测和预报系统 可用于监视农作物灌溉情况、土壤空气情况和大面积的地表监测，可用于行星探测，