基于无线传感网络安防监控系统设计.doc

基于无线传感网络的安防监控系统设计 第一章 绪论 1.1 立题的意义 随着传感器技术、嵌入式技术以及通信和半导体技术的飞速发展，己经由PC时代和网络时代，进入了后PC时代。更小、更方便的低功耗计算设备冲破了传统台式计算机和高性能服务器的设计模式。微机电系统(micro-electro-mechanism system,MEMS)的迅速发展奠定了设计和实现片上系统(system onchip, SOC)的基础。传感器网络就是上述技术高度集成而形成的新信息获取及处理技术的一种。目前无线传感器网络己成为计算机科学领域一个活跃的研究分支，己经引起了学术界和工业界的高度重视，被认为是将对21世纪产生巨大影响力的技术之一。 无线传感器网络的应用前景十分诱人。传统应用有军事、监控、应急、环境、防空等领域，新兴应用将涉及家用、企业管理、保健、交通等领域。可以预计，将来无线传感器网络将无处不在。但现在无线传感器网络才刚刚兴起，它的技术和应用都还不十分成熟，其终端要达到希望的要求还会有很长的一段发展历程。 目前，无线传感器终端的希望和要求主要集中在尽量节省的系统能量消耗、尽量节省的信息处理以及简易的信号收发。对于无线传感器网络中的网络协议的期待是：用简洁的协议栈支持传感器网络的有效运行，到处存在接入可能;利用广播信息，避免交互应答;简化的协议层次、简练的信令方式;.节省的系统开销等。正是基于无线传感器网络终端的要求，ZigBee协议应运而生。ZigBee协议是专用于无线传感器网络的通信协议，能最大可能的节省网络中能量，可随时接入大量节点，高容错性，强鲁棒性，逐渐成为了无线传感器网络的首选网络协议。 1.2 无线传感网络的研究 1.2.1 无线传感网络的起源和发展 传感器网络的研究起步于20世纪90年代末期。国际上，1999年和2003年著名的美国商业周刊和MTI技术评论TeChno10gyRveiwe在预测未来技术发展的报告中，分别将其列为21世纪最具影响的21项技术和改变世界的10大新技术之一。国际上许多著名的大学和公司纷纷从不同的层次、不同的角度对传感器网络进行了研究和开发。1995年美国提出了“国家智能交通系统项目规划”，2002年美国英特尔公司发布“基于微型传感器网络的新型计算发展规划”。2004年3月英特尔公司演示了家庭护理的无线传感器网络系统。该系统通过在鞋、家具以家用电器等家中道具和设备中嵌入半导体传感器，帮助老龄人士、阿尔茨海默氏病患者以及残障人士的家庭生活，利用无线通信将各传感器联网可高效传递必要的信息从而方便接受护理。 国内，关于传感器网络的研究起步晚，这方面的工作也很少，但目前已越来越受重视。国家发展改革委办公厅下发的“关于组织实施下一代互联网示范工程2005年研究开发，产业化及应用试验的通知”中己将传感器网络(IPV6无线传感器网络节点等)及家庭网络(面向数字家庭的网络处理器芯片及家庭网关等)列为了支持的重点。我国的一些高校与研究机构也已积极开展无线传感器网络的相关研究工作，主要有清华大学，中科院软件所，浙江大学，哈尔滨工业大学，国防科技大学等。 到目前为止无线传感器网络的发展已经经历了三个阶段: (l)点对点。只是简单取代了有线网络，各个设备之间只是直接联系，只有有限通信能力。 (2)点对多点。传感器网络中有一个路由和控制的中央节点，所有数据流动必须通过基站。 (3)多跳/网状结构。完全的RF冗余，具有多数据通道，自我建构，自我调整，智能分布式。 1.2.2 无线传感器网络与Ad Hoc网络的比较 Ad Hoc网络是由一组带有无线收发装置的移动终端组成的一个多跳的临时性自治系统。这种网络中的移动终端具有路由和报文转发功能，可以通过无线连接构成任意的网络拓扑结构。在Ad Hoc网络中，由于终端的无线传输范围有限，两个无法直接通信的终端节点往往会通过多个中间节点的转发来实现通信，所以节点间的路由通常由多跳组成。Ad Hoc网络作为一种特殊的多跳移动网络，有着广泛的应用。它特别适合于战场通信，抢险救灾和公共集会等突发性，临时性场合。只有在当需要它的时候，它才被临时搭建，所以说它具有临时性。Ad Hoc网络的特点如下: (1)网络的独立性: Ad Hoc网络相对常规通信网络而言，最大的区别就是可以在任何时刻、任何地点不需要硬件基础网络设施(如交换机、路由器、卫星等)的支持，快速构建起一个移动通信网络。 (2)动态变化的网络拓扑结构: 在Ad Hoc网络中，主机可以在网中随意移动。主机的移动会导致主机之间的链路增加或消失，主机之间的关系不断发生变化。在自组网中，主机可能同时还是路由器，因此，移动会使网络拓扑结构不断发生变化，而且变化的方式和速度都是不可预测的。