《传感器技术及应用》课件项目8.pptx

项目八无线传感器

任务一项目学习引导

任务二无线传感器节点制作

任务一项目学习引导

内容一基本概念

1.无线传感器网络结构

无线传感器网络结构如图8-1所示，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。

卫星

互联网

移动通信网络

管理节点

终端用户

图8-1无线传感器网络结构

传感器节点

汇聚节点

监测区域

2.无线传感器节点结构

无线传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分组成，如图8-2所示。

能量供应模块

图8-2无线传感器节点结构

传感器模块

传感器AC/DC

处理器模块无线通信模块

网络MAC收发器

处理器

存储器

11

11

1

3.无线传感器网络协议栈

随着传感器网络的深入研究，研究人员提出了多个传感器节点上的协议栈。图8-3(a)所示是早期提出的一个协议栈，这个协议栈包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层，与互联网协议栈的五层协议相对应。另外，协议栈还包括能量管理平台、移动管理平台和任务管理平台。这些管

理平台使得传感器节点能够按照能源高效的方式协同工作，在节点移动的传感器网络中转发数据，并支持多任务和资源共享。

(b)

图8-3无线传感器网络协议栈

上层应用

时间同步[定位

传输控制

路由

数据链路

物理

应用层

传输层

网络层

数据链路层

物理层

(a)

网络管理

能量1安全1移动

移动管理平台

能量管理平台

任务管理平台

拓扑

QoS

内容二无线传感器网络的关键技术

1.网络拓扑结构

对于无线自组织的传感器网络而言，网络拓扑控制具有特别重要的意义。通过拓扑控制自动生成的良好的网络拓扑结构，能够提高路由协议和MAC协议的效率，可为数据融合、时间同步和目标定位等很多方面奠定基础，有利于节省节点的能量来延长网络的生存期。所以，拓扑控制是无线传感器网络研究的核心技术之一。

2.网络协议

由于传感器节点的计算能力、存储能力、通信能量以及携带的能量都十分有限，每个节点只能获取局部网络的拓扑信息，其上运行的网络协议也不能太复杂。同时，传感器拓扑结构动态变化，网络资源也在不断变化，这些都对网络协议提出了更高的要求。传感器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。

3.网络安全

无线传感器网络作为任务型的网络，不仅要进行数据的传输，而且要进行数据采集和融合、任务的协同控制等。如何保证任务执行的机密性、数据产生的可靠性、数据融合的高效性以及数据传输的安全性，就成为无线传感器网络安全问题需要全面考虑的内容。

4.时间同步

时间同步是需要协同工作的传感器网络系统的一个关键机制。如测量移动车辆速度需要计算不同传感器检测事件时间差，通过波束阵列确定声源位置节点间时间同步。NTP协议是Internet上广泛使用的网络时间协议，但只适用于结构相对稳定、链路很少失败的有线网络系统；GPS系统能够以纳秒级精度与世界标准时间UTC保持同步，但需要配置固定的高成本接收机，同时在室内、森林或水下等有掩体的环境中无法使用GPS系统。因此，它们都不适合应用在传感器网络中。

5.定位技术

位置信息是传感器节点采集数据中不可缺少的部分，没有位置信息的监测消息通常毫无意义。确定事件发生的位置或采集数据的节点位置是传感器网络最基本的功能之一。为了提供有效的位置信息，随机部署的传感器节点必须能够在布置后确定自身位置。由于传感器节点存在资源有限、随机部署、通信易受环境干扰甚至节点失效等特点，因此定位机制必须满足自组织性、健壮性、能量高效、分布式计算等要求。

6.数据融合

传感器网络存在能量约束。减少传输的数据量能够有效地节省能量，因此在从各个传感器节点收集数据的过程中，

可利用节点的本地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。由于传感器节点的易失效性，传感器网络也需要数据融合技术对多份数据进行综合，提高信息的准确度。

7.数据管理

从数据存储的角度来看，传感器网络可被视为一种分布式数据库。以数据库的方法在传感器网络中进行数据管理，

可以将存储在网络中数据的逻辑视图与网络中的实现进行分离，使得传感器网络的用户只需要关心数据查询的逻辑结构，无需关心实现细节。虽然对网络所存储的数据进行抽象会在一定程度上影响执行效率，但可以显著增强传感器网络的易用性。美国加州大学伯克利分校的TinyDB系统和