第1章 无线传感器网络.pptx

第1章无线传感器网络

;2;3;第一阶段：最早可以追溯二十世纪70年代越战时期使用的传统的传感器系统。

第二阶段：二十世纪80年代至90年代之间。

第三阶段：21世纪开始至今。这个阶段的传感器网络技术特点在于网络传输自组织、节点设计低功耗。;1999年中国科学院发布的“信息与自动化领域研究报告”，该报告指出，无线传感器已经被列为信息与自动化五个最有影响力的项目之一。另外许多国内高校对无线传感器网的研究也在加速进行着。例如，中国科学院上海微系统研究所从1998年开始就一直在跟踪和研究无线传感器网；国内的一些高校如清华大学、国防科技大学、北京邮电大学、西安电子科技大学、哈尔滨工业大学、复旦大学、中南大学等在无线传感器网方面也都在深入研究，并取得了一定的成果。

;(1)硬件资源有限。

(2)电源容量有限。

(3)通信能量有限。

(4)计算能力有限。

(5)规模大，分布密集，网络密度高。

;(6)自组织特性、自组网性与自维护性。

(7)以数据为中心的网络。

(8)多跳路由。

(9)应用相关的网络。

(10)传感器节点出现故障的可能性较大。

;传感器节点由四部分组成：传感器模块、处理器模块、无线通信模块和电源模块，如图所示。

;传感器模块：负责采集监测区域内的信息采集，并进行数据格式的转换，将原始的模拟信号转换成数字信号，将交流信号转换成直流信号，以供后续模块使用；

处理器模块：又分成两部分，分别是处理器和存储器，它们分别负责处理节点的控制和数据存储的工作；

无线通信模块：专门负责节点之间的相互通信；电源模块就用来为传感器节点提供能量，一般都是采用微型电池供电。

;无线传感器网络系统通常包括传感器节点(sensornode)、汇聚节点(sinknode)和管理节点，如图所示。

;大量传感器节点随机部署在监测区域，通过自组织的方式构成网络。

传感器节点采集的数据通过其它传感器节点逐跳地在网络中传输，传输过程中数据可能被多个节点处理，经过多跳后路由到汇聚节点，最后通过互联网或者卫星到达数据处理中心。也可以沿着相反的方向，通过管理节点对传感器网络进行管理，发布监测任务以及??集监测数据。;网络协议体系结构是无线传感器网络的“软件”部分，包括网络的协议分层以及网络协议的集合，是对网络及其部件应完成功能的定义与描述。由网络通信协议、传感器网络管理以及应用支撑技术组成，如图所示。

;各层协议和平台的功能如下：

物理层提供简单但健壮的信号调制和无线收发技术；

数据链路层负责数据成帧、帧检测、媒体访问和差错控制；

网络层主要负责路由生成与路由选择；

传输层负责数据流的传输控制，是保证通信服务质量的重要部分；;应用层包括一系列基于监测任务的应用层软件；

能量管理平台管理传感器节点如何使用能源，在各个协议层都需要考虑节省能量；

移动管理平台检测并注册传感器节点的移动，维护到汇聚节点的路由，使得传感器节点能够动态跟踪其邻居的位置；

任务管理平台在一个给定的区域内平衡和调度监测任务。

;传感器节点采集的数据通过其它传感器节点逐跳地在网络中传输，传输过程中数据可能被多个节点处理，经过多跳后路由到汇聚节点，最后通过互联网或者卫星到达数据处理中心。也可以沿着相反的方向，通过管理节点对传感器网络进行管理，发布监测任务以及收集监测数据。

;网络协议体系结构是无线传感器网络的“软件”部分，由网络通信协议、传感器网络管理以及应用支撑技术组成，如图所示。

;各层协议和平台的功能如下：

物理层提供简单但健壮的信号调制和无线收发技术；

数据链路层负责数据成帧、帧检测、媒体访问和差错控制；

网络层主要负责路由生成与路由选择；

传输层负责端到端数据流的传输控制，是保证通信服务质量的重要部分；

应用层包括一系列基于监测任务的应用层软件；

;时间同步技术:

时间同步技术是完成实时信息采集的基本要求，也是提高定位精度的关键手段。常用方法是通过时间同步协议完成节点间的对时，通过滤波技术抑制时钟噪声和漂移。最近，利用耦合振荡器的同步技术实现网络无状态自然同步方法也倍受关注，这是一种高效的、可无限扩展的时间同步新技术。

;定位技术

定位跟踪技术包括节点自定位和网络区域内的目标定位跟踪。节点自定位是指确定网络中节点自身位置，这是随机部署组网的基本要求。;分布式数据管理和信息融合

无线传感器网络可被视为一种分布式数据库。以数据库的方法在无线传感器网络中进行数据管理，可以将存储在网络中的数据的逻辑视图与网络中的实现进行分离，使得网络中的用户只需要关心数据查询的逻辑结构，无须关心实现细节。虽然对网络中所存储的数据进行抽象会在一定分布式动态实时数据管理是以数据中心为特征的WSN网络的重要技术之一。该技术通过部署或者指定一些节点为代理节点，代理节点根据监测任务收集兴趣数