传感器与检测技术 任务三：新型传感器 3网络传感器.ppt

网络传感器 微型化与无线化相结合的成果更出色，传感器向无线化和微型化方向发展，美国加州大学伯克利分校研制的Motes无线传感器，大小与一枚硬币相仿，如图9-24所示。 图9-24 Motes无线传感器 网络传感器 精确化 3. 只有精确才能带来准确，不能保证精确的设备是没有使用意义的。传感器网络节点体积小、功耗小，可以工作在人类无法到达的环境，实现更准确的监测，大量的微小节点可以实现更加细微的侦察。 网络传感器 无源化 4. 传感器的电源能量极其有限。网络中的传感器多数应用于特殊场合，电源不可更换，故经常造成传感器失效或废弃，所以让节点自身从环境中吸取能源将是最好的办法。 网络传感器 无线传感器网络有着十分广泛的应用前景，它不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域有巨大的应用价值（见图9-25），未来还将在许多新兴领域体现其优越性，如家用、保健、交通等领域。可以大胆地预见，无线传感器网络将无处不在，完全融入人类的生活。例如，微型传感器最终可能将家用电器、个人计算机和其他日常用品同互联网相连，实现远距离跟踪，家庭采用无线传感器网络负责安全调控等。无线传感器网络将是未来的一个无孔不入的十分庞大的网络，其应用可以涉及人类日常生活和社会生产活动的所有领域。在技术上，MEMS的发展有助于解决节点通信和计算上的限制，同时带动其他难题的克服。但是，我们还应该清楚地认识到，无线传感器网络的发展才刚刚开始，它的技术、应用都还远远谈不上成熟，尤其是国内的发展水平和国外还有很大差距。 网络传感器 跟踪、监控、目标搜寻 (a)军事应用 图9-25 无线传感器网络的应用 狙击兵定位系统 网络传感器 (b)环境监测 图9-25 无线传感器网络的应用(续) 网络传感器 (c)健康监测 图9-25 无线传感器网络的应用(续) 网络传感器 (d)家居生活 图9-25 无线传感器网络的应用(续) 网络传感器 (e)工业生产 图9-25 无线传感器网络的应用(续) 网络传感器 思考与练习 问题1 无线传感器网络由哪几部分组成？ 思考： 问题2 简述无线智能传感器网络协议的特点和组成。 思考： 网络传感器 （6）以数据为中心。传统网络是以IP为中心的网络，每个节点拥有全国唯一的IP地址，数据转发以目的节点的IP为依赖。在无线传感器网络中，节点没有IP地址，是以数据为中心的网络，它关心的是数据本身，而不是数据由哪个节点采集。 网络传感器 无线传感器网络的体系结构和协议 四、 节点组成 1. 无线传感器网络由大量靠近或处于待监测目标内部的传感器节点组成。在不同应用中，节点的组成略有不同，如图9-18所示，但都包括以下基本单元：传感器单元（传感器及相关信号调理和数模转换等）、处理单元（CPU、存储器、嵌入式操作系统）、通信单元及电源（包括相关电源管理）。此外，还可以有其他功能单元，如定位系统、移动系统、执行机构、电源自供电装置及复杂信号处理（包括声音、图像、数据处理及信息融合）装置，如图中虚线所示，可以根据不同的应用做出取舍。 网络传感器 图9-18 无线传感器节点的基本组成 网络传感器 传感器节点可以通过飞机播撒、人工布置或火炮发射等方式，使这些节点通过自组织的方式组成网络。由于无线传感器网络的节点数量巨大，因此传感器节点的成本必须尽可能低，同时无线传感器网络的工作环境和工作方式决定了传感器节点必须体积小、功耗低、功能尽可能单一。 目前，国内外已经出现了许多种网络节点的设计，在功能实现上类似，只是在微处理器和通信方式上的选择不同，如无线通信方式采用自定义协议的ISM频段射频技术、蓝牙技术、ZigBee协议、UWB等。 网络传感器 整体构建 2. 图9-19所示为一个典型的无线传感器网络的系统结构及整体构架，其工作过程如图9-20所示。 图9-19 典型的无线传感器网络的系统结构及整体构架 网络传感器 图9-20 无线传感器网络的工作过程 网络传感器 这个网络由传感器节点、汇聚节点（sink）、现场数据采集处理决策部分及分散用户接收装置组成。传感器节点散布在感知区域内，每个节点都可以采集数据，并采用平面自组织多跳路由（multi-hop）无线方式把数据传到汇聚节点；同时汇聚节点也可以将信息发送给各节点，汇聚节点直接或通过无线方式与互联网PC相连，通过互联网或无线方式实现任务管理节点（即用户）与传感器之间的通信。此系统的拓扑结构也就是对应用于ad-hoc网络的mesh型网络做出了改进。此结构简单，网络节点地位平等，具有较好的健壮性；但由于网络里无管理节点，自组织协同工作算法复杂，对网络动态变化的反应速度较慢。 网络传感器 无线传