第一章无线传感器网络技术概述.pptVIP

感知数据流无限 传感器网络每个传感器都产生无限的流式数据，并具有实时性 每个传感器仅具有有限的存储器和计算资源，难以处理巨大的实时数据流 挑战之八 如何设计高效率、能源有效、实时的海量感知数据流的查询、分析和挖掘的分布式算法？ 以数据为中心 传感器网络不是通常的网络 用户感兴趣的是数据而不是网络和传感器硬件 用户很少询问“A节点到B节点的连接是如何实现的？” 用户经常询问“网络覆盖区域中那些地区出现毒气？” 传感器网络不是以地址为中心的 用户不会询问“地址为27的传感器的温度是多少？” 用户感兴趣是“某个地理位置的温度是多少？” 数据传输以聚集方式进行,而不是地址到地址的路由 传感器网络是以数据为中心的网络 把传感器视为感知数据流或感知数据源 把传感器网络视为感知数据空间或数据库 把数据管理和处理作为网络的应用目标 挑战之九 如何建立以数据为中心的传感器网络？ 以感知数据管理和处理为中心; 把数据管理和处理技术与网络技术融为一体; 为用户提供有效的感知数据空间或感知数据库; 使用户如同使用通常的数据库系统和数据处理 系统一样自如地使用感知数据. 传感器网络数据管理系统的理论和技术是我们面临的第九个挑战性问题！ 需要多种多样的感知器 物理传感器 生物传感器 化学传感器 …… 挑战之十 如何建立新感知器概念、理论、技术和各种新型感知器是我们面临的第十个挑战性问题？ 其他挑战性问题 传感器的投放或撒播理论与技术 传感器的定位问题 时钟同步问题 组网连通可靠性研究和探测覆盖率研究 传感器网络安全性问题和抗干扰问题 信号的协作处理 传感器网络的协议栈（1） 能源管理平台： 管理传感器节点如何使用能量； 移动管理平台： 检测和注册传感器节点的移动，维护到汇聚点的路由，使得传感器节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 传感器网络的协议栈（2） 传感器网络物理层（1） 传输媒体 建议采用ISM （工业、科学和医学）频段 短距离的无线低功率通信最适合传感器网络 红外 不需要许可证，抗干扰 要求收发双方在视线之内 光 不排除用光作为通信媒体 传感器网络物理层（2） 频率选择，载频发生，信号检测，调制，数据加密 信号传播 传播信号需要的最小发送功率和传输距离d的n次方（ ）成正比，2= n 4. 为了减小传输距离，传感器网络采用多跳 （multihop）通信方式 传感器网络MAC协议的功能（1） 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（2） 空闲侦听：节点不知道邻居节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：同时向同一节点发送多个数据帧，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节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（3） 尽量让传感器节点处于睡眠状态； 减少传感器节点之间的碰撞； 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 MAC协议（4） 基于竞争 S-MAC/T-MAC/Sift 基于TDMA的 DEAN/TRAMA /DMAC/周期性消息调度 其它 SMACS/EAR CSMA/CA和CDMA结合 WSN路由协议（1） 已有网络－ad hoc、蜂窝 主要目标－通信服务质量 带宽利用率 传感器网络 主要目标－高效使用能源 延长网络系统的生存期 WSN路由协议（2） 特点 基于局部拓扑信息 数据为中心（不知道目的节点的编号，甚至向哪个区域） 要求 能量高效（协议简单|开销小|节省能量/均衡消耗） 可扩展性（网络范围/节点密度） 鲁棒性（节点变化|拓扑变化） 快速收敛性 无线传感器网络Wireless Sensor Networks 电话： 教材 书名：无线传感器网络 作者：孙利民，李建中，陈渝，朱红松 出版社：清华大学出版社 Fundamentals of Wireless Sensor Networks---theory and practice Waltenegus Dargie, Technical University of Dresden, Gemany Christian Poellabauer, University of Notre Dame,