ZIGBEE无线传感网络

传感网
物联网
泛在网
2.1.1 从传感网到物联网

2.1.1.1 与无线传感器网络相关的几个概念 2.1.1.2 无线传感器网络概述 2.1.1.3 物联网概述
2.1.1.2 无线传感网（wireless sensor networks）概述

无线传感器网络是由部署在监测区域内部或附近的 大量廉价的、具有通信、感测及计算能力的微型传 感器节点通过自组织构成的“智能”测控网络。
2.1.1.3.2 物联网技术

物联网技术处理的信息流 物联网的基本构架 物联网关键技术
◦ ◦ ◦ ◦ 感知与识别技术 物联网组网与互联技术 物联网服务与管理技术 物联网应用开发技术
物联网技术处理的信息流

物联网要实现
◦ 全面感知、可靠传输、智能处理、自动控制
信息感知
信息传输
信息处 理与控 制
应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
能 量 管 理 平 台
移 动 管 理 平 台
任 务 管 理 平 台
—— 改进的协议栈
依赖于数据传输通道， 同时为网络协议各层 提供信息支持
上层应用 时间同步 定位
QoS
QoS（Quality of Service）服务质量-
传输控制 路由 数据链路 物 理

无线城域网络 （几公里） WMAN （
Wireless Metropolitan Area Network ）

◦ WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access),即全球微波互联接入（ 802.16） 无线广域网络 （十公里） WWAN（
物联网特点及本质

物联网的特点
◦ 对周围世界实现“可知、可思、可控”
可知：能够感知 可思：一定智能的判断 可控：对外产生及时的影响

物联网的本质
◦ 是世界信息化新的推进，实现一个智慧化世界
生活更舒适、生产更高效 网络传输信息，信息承载智慧
有线网、无线网、互联网 ----》传感网、物联网、泛在网

定位技术
◦ 可分为卫星定位、无线电波定位、传感定位等
卫星定位技术有GPS、北斗卫星导航定位系统 蜂窝移动通信系统的小区定位技术 物联网感知层定位
如利用RFID传感，车牌、集装箱图像识别感知物体的位置
物联网网络层定位等
物联网组网与互联技术

物联网组网的作用
◦ 将物体通过网络连接，实现感知和控制信息的传输 ◦ 通过网络将分散多处的物体连接在一起，形成一个虚拟的物体
信息的交互，不再局限于人与人
从人与人的网络交互到人与人、人与物、物与物的信息交互 预计到2020年，全球可以网络连接的智能物体（smart things）将达到500亿个 （人均6个）
2.1.1.3 物联网概述

2.1.1.3.1 物联网基本概念 2.1.1.3.2 物联网技术 2.1.1.3.3 应用领域

物联网网络的分类
◦ 传感网+专网+公网（Internet） ◦ 无线网络+有线网络

主要介绍内容
◦ 物联网无线网络技术 ◦ 互联网接入技术
物联网无线网络技术

无线个域网络 （几十米） WPAN（
Wireless Personal Area Network）
◦ BlueTooth网络技术（802.15.1 ） ◦ ZigBee网络技术（802.15.4）
WSN

与此同时，无线传感器网络WSN（Wireless Sensor Networks）和M2M技术得到了飞速发展 。无线传感器网络源于美国军方对战场的监控与预 警系统的研究，后来逐步迁移到民用研究。无线传 感器网络主要侧重于对目标、环境和物体状态的监 测与控制。
M2M

最早来自于诺基亚，其含义有Machine-toMachine、Man-to-Machine，或者Machine-toMan等，其侧重点在于无线数据通信和信息技术的 无缝连接，从而实现在其基础上的无线业务流程的 自动化、集成化，并最终为用户创造增值服务。
◦ 2.1.1.3.1 物联网基本概念 ◦ 2.1.1.3.2 物联网技术 ◦ 2.1.1.3.3 应用领域
2.1.1.3.1 物联网基本概念

Internet of things （IOT）
◦ 通俗讲，物联网就是使物体上网
将物体通过网络（互联网、局域网、有线网、无线网等）连接起来 ，创造一个满足我们需要的智能化的世界
◦ 自动识别技术 ◦ 传感技术 ◦ 定位技术
感知与识别技术

自动识别技术
◦ 条码识别技术 ◦ 射频识别技术（ RFID等） ◦ 语音识别技术 ◦ 生物特征识别技 术 ◦ 图象识别技术 ◦ 磁识别技术等
感知与识别技术

传感技术
◦ 传感器将物理世界中的物理量、化学量、生物量转化成供处理 的数字信号
如温度、压力、流量、位移、速度等
物联网基本构架
应急管理
物流管理 应用层 应用层
建筑物监测
农业管理
灾害监测
战场监测 健康监测
服务管理层 服务管理层 目录服务 管理 泛在Web服务
感知环 境建模 与管理
空间信息管理 内容管理
后IP网络 传输层 传输层
接入网 接入网 接入网 接入网 接入网
便携式 RFID阅 读器
传感器网关 RFID 阅读器 传感器节点
传感器网关
感知层 感知层
传感器网关
物联网基本构架

物联网的三层分法
◦ 感知层、网络层、应用层
物联网关键技术

感知与识别技术 物联网组网与互联技术 物联网服务与管理技术 物联网应用开发技术、RFID技术、二维码、红外设备等 实现对物体的信息感知、定位和识别 主要包括
泛在网（Ubiquitous Networking）

又简称为U网络，指基于个人和社会的需求，利用 现有的网络技术和新的网络技术，实现人与人、人 与物、物与物之间按需进行的信息获取、传递、存 储、认知、决策、使用等服务，网络超强的环境感 知、内容感知及其智能性，为个人和社会提供泛在 的、无所不含的信息服务和应用。
应用领域

具有十分广阔的应用前景，能应用于军事国防、工 农业控制、城市管理、生物医疗、环境检测、抢险 救灾、危险区域远程控制等领域。
海洋监测网络示例
无线组网示意图
2.1.1 从传感网到物联网

2.1.1.1 与无线传感器网络相关的几个概念 2.1.1.2 无线传感器网络概述 2.1.1.3 物联网概述

汇聚节点
◦ 处理能力、存储能力和通信能力相对 较强，它连接传感器网络和外部网络 ，实现两种协议栈之间的通信协议转 换，同时发布管理节点的监测任务， 并把收集到的数据转发到外部网络上 。

管理节点
◦ 对传感器网络进行配置和管理，发布 监测任务以及收集监测数据。
传感器节点结构

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构成。
2.1.1 从传感网到物联网

2.1.1.1 与无线传感器网络相关的几个概念 2.1.1.2 无线传感器网络概述 2.1.1.3 物联网概述
2.1.1.1 与无线传感器网络相关的几个概念

IOT
◦ （Internet of things）原始含义是物与物相联结的网络 。最早的IOT网络，实际上就是RFID网络，该概念最早来 自于美国麻省理工学院的Auto-ID中心研究人员。他们最 早提出将RFID与互联网相结合，实现在任何地点、任何时 间，对任何物品进行标识和管理。随之发展起来的如欧盟 的产品电子代码EPC服务于物流领域，主要目的在于增加 供应链的可视、可控性，偏重于对物品的识别及流动控制 和管理。
队列管理、优先级机 制或带宽预留等机制
拓 扑
能 量 / 安 全 / 移 动
网 络 管 理
无线传感器网络的特点

1、 大规模网络 1）分布在很大的区域 2）节点部署很密集 2、 自组织性网络 传感器节点具有自组织的能力，能够自动进行配置和管理，通过拓扑 控制机制和网络协议自动形成转发监测数据的多条无线网络系统。 3、 动态性网络 适应如下变化： 1）传感器节点出现故障或失效。 2）无线通信链路带宽变化，甚至时断时通。 3）传感器、感知对象、观察者这三要素可能具有移动性。 4）新节点的加入。 4、 可靠的网络 传感器网络的软硬件具有鲁棒性和容错性。 5、 以数据为中心的网络 传感器网络是任务型的网络。用户直接将所关心的事件通告给网 络，网络在获得指定事件的信息后回报给用户。 以数据本身作为查询或传输线索。
物联网概念及相互关系

通过条码与二维码、射频标签（RFID）、全球定位系统（GPS）、 红外感应器、激光扫描器、传感器网络等自动标识与信息传感设备 及系统，按照约定的通信协议，通过各种局域网、接入网、互联网 将物与物、人与物、人与人连接起来，进行信息交换与通信，以实 现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种信息网络。

◦ UWB网络技术（ 802.15.3 ） 无线局域网络（100米左右） WLAN （
Wireless Local Area Network）
ZigBee通讯速率比较低（ 250K/S），通讯距离较小， 功耗较小
◦ 802.11

802.11a，802.11b，802.11g ，802.11n
无线传感器网络体系结构

无线传感器网络系统通常包括传感器节点、汇聚节点 和管理节点。
互联网和卫星
汇聚节点
E D C B A