无线传感器网络概述
无线传感网络概述
无线传感网络概述学号031241119姓名魏巧班级0312411一、无线传感器网络（WSN）的定义：无线传感器网络（WSN）是指将大量的具有通信与计算能力的微小传感器节点，通过人工布设、空投、火炮投射等方法设置在预定的监控区域，构成的“智能”自治监控网络系统，能够检测、感知和采集各种环境信息或检测对象的信息。
二、传感器的节点分布及通信方式：由于传感器节点数量众多，布设时智能采用随机投放的方式，传感器节点的位置不能预先确定。
节点之间可以通过无线信道连接，并具有很强的协同能力，通过局部的数据采集、预处理以及节点间的数据交互来完成全局任务，同时节点之间采用自组织网络拓扑结构。
由于传感器节点是密集布设的，因此节点之间的距离很短，在传输信息方面多跳（multi—hop）、对等（peer to peer）通信方式比传统的单跳、主从通信方式更适合在无线传感器网络中使用，例如：使用多跳的通信方式可以有效地避免在长距离无线信号传播过程中遇到的信号衰落和干扰等各种问题。
三、WSN运行的环境：1、WSN可以在独立封闭的环境下（如局域网中）运行。
2、WSN也可以通过网关连接到网络基础设施上（如Internet）。
在这种情况中，远程用户可以通过Internet 浏览无线传感器网络采集的信息。
四、无线数据网络的定义及无线自组网络的特点：主流的无线网络技术，如IEEE 802.11、Bluetooth都是为了数据传输而设计的，我们称之为无线数据网络。
目前，无线数据网络研究的热点问题就是无线自组网络技术，这项技术可以实现不依赖于任何基础设施的移动节点在短时间内的互联。
特点有如下几点：（1）无中心和自组性（优点）：无线自组网络没有绝对的控制中心，网络中节点通知分布式的算法来协调彼此的行为，这种算法无需人工干预和其他预置网络设施就可以在任何时刻任何地方快速展开并自动组网。
（2）动态变化的网络拓扑（缺点）：移动终端能够以任意速度和方式在网中移动，在通过无线信道形成的网络拓扑随时可能发生变化。
无线传感器网络 Wireless Sensor Networks(WSNs)
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（3）人居环境监视[3]
在一个标准的电源插线板上扩充了各种传感 器和无线收发器，一个微处理器控制所有的 部件，成为一个plug节点。
利用plug节点的多模式感知能力，可以较 准确地推断发生的事件。
所有plug节点构成普适计算环境中的骨干 网，可以了解到plug网络所在环境的活动 情况
三角测量法（triangulation）：使用三角函数 来计算节点位置。
最大似然估计法（Maximum Likelihood estimation）：通过最小化测量距离和估计距 离之间的差异来估计节点位置
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距离（角度）融合的图示
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三角测量转化为多边测量
知道参考节点A、B的位 置及未知节点D到AB的 角度，则D位于以O为圆 心的圆周上，其中∠AOB = 2∠ADB。
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几何约束法（续）
计算包含重叠区域的最小矩形，矩形的中心作为节点 的位置估计值。
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（3）基于DV的定位算法[8]
如何在参考节点稀疏的网络中进行节点定位？ 基本思想：
参考节点附近的节点通过直接测量 的方法获得到 参考节点的距离，传播给其邻居节点；
邻居节点据此估计自己到参考节点的距离，再传播 给其邻居；依次类推。
手工为每个节点设定位置不可能， GPS定位系统 无法大规模应用到传感器节点上。
传感器节点依靠相互之间的协作来确定各自物理 位置的过程，称为节点定位。
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节点定位算法的分类
绝对定位和相对定位：
绝对定位：网络中存在已知位置的参考节点 （锚节点），所有节点根据参考节点确定自己 的位置，所有节点使用同一个坐标系。
统
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无线传感器网络
无线传感器网络无线传感器网络（Wireless Sensor Networks, WSN）是一种由众多装备了传感器和通信设备的节点组成的、可以进行数据采集、处理和传输的网络系统。
这些节点可以相互通信，共同完成特定的监测、控制或者数据传输任务。
无线传感器网络广泛应用于环境监测、医疗健康、物联网等领域。
一、无线传感器网络的组成无线传感器网络由多个节点组成，每个节点都有独立的处理能力、通信能力和传感能力。
节点之间通过无线通信进行数据的传递和交换。
每个节点可以采集周围环境的信息，并将数据传输给其他节点，或者通过无线信号传输给数据收集中心。
在无线传感器网络中，节点可以分为三个类型：传感器节点、中心节点和路由节点。
传感器节点用于收集环境信息，如温度、湿度、光照等。
中心节点负责数据的存储和处理，是整个网络的核心。
路由节点用于传输数据，将各个传感器节点采集到的数据传输给中心节点。
二、无线传感器网络的应用无线传感器网络在各个领域都有广泛的应用。
1. 环境监测无线传感器网络可以用于环境的监测和数据的采集。
通过部署传感器节点，可以实时监测空气质量、水质状况、土壤湿度等环境因素，并将数据传输给监测站点。
这对于环境保护和资源管理非常重要。
2. 健康医疗无线传感器网络可以应用于健康监测和医疗领域。
通过佩戴传感器设备，可以实时监测人体的生理参数，如心率、血压、体温等，并将数据传输给医生或者云平台，以便于监护和诊断。
3. 物联网无线传感器网络是物联网的基础技术之一。
通过无线传感器网络，不同的物体和设备可以相互连接和通信，实现信息的交换和共享。
无线传感器网络在智能家居、智能城市等方面有着重要的应用。
三、无线传感器网络的挑战与未来发展尽管无线传感器网络在各个领域都有广泛的应用，但也面临一些挑战。
1. 能源管理由于无线传感器网络中的节点通常是由电池供电，能源管理是一个重要的问题。
如何延长节点的寿命，提高能源利用效率是当前的研究重点之一。
无线传感网络
无线传感网络无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)是一种分布式传感网络。
是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统。
WSN中的传感器节点通过无线方式通信，网络设置灵活，设备位置可以随时更改，还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。
且在科技水平大幅度提高的基础上传感器节点的成本和能耗也逐渐降低，使得WSN在很多领域得到应用。
最早现代意义上的传感器是1879年德国科学家霍尔在研究金属的导电机制时制作的磁场传感器。
经过100多年的发展，传感器的功能不再单一，可以采集温度、湿度、位置、光强、压力、生化等标量数据。
1996年，美国军方资助加州大学洛杉矶分校（UCLA）等单位开展低功耗无线传感器网络（Low-power Wireless Integrated Microsensors，LWIM）的研究。
LWIM III型无线传感器节点将传感器、控制电路与电源电路集成为一体。
两年之后，UCLA与Rockwell合作，开发了Rockwell WINS（Wireless Integrated Network Sensor）无线传感器节点。
该节点使用32位微处理器Strong ARM、1MB的内存与4MB的闪存，数据传输速率是100kbps，工作时的功耗为200mw，睡眠时的功耗是0.8mw。
与此同时，加州大学伯克利分校（UCB）也开展了“Smart Dust”（智能尘埃）项目的研究。
“智能尘埃”意指传感器节点的体积非常小，如尘埃一般。
该项目研究的目标是通过MEMS技术，实现传感、计算与通信能力的集成，用智能传感器技术增强微型机器人的环境感知与智慧处理能力。
其研究任务是开发一系列低功耗、自组织、可重构的无线传感器节点。
1998年研制的WeC智能传感器节点使用的是8位、主频为4MHz的AT90LS8535微处理器芯片，内存是512B，闪存为8kB，数据传输速率为10kbps，工作时的功耗为15mw，睡眠时的功耗是45μw。
无线传感器网络
提纲
• 无线传感器网络概述 • 无线传感器网络部署 • 无线传感器网络体系结构 • 传感节点概述 • 无线传感器网络特点 • 无线传感器网络协议栈
结点间的通信
通过飞机、火箭、 人工等形式，将大量 传感器结点分布在需 要监测的区域内。
结点处于睡眠状态
无线传感器网络
传感技术 MEMS 通信技术
无线传感器网络概述
• 无线传感器网络（wireless sensor network, WSN）就是由部署在检测区域内大量的廉 价传感器节点组成，以无线通信方式形成 的一个多跳的自组织的网络系统，目的是 协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中 感知的对象信息，并发送给观察者。
Code
为上层协议提供逻辑链路
应用层 传输层 网络层 数据链路层 网络层
Time
Frequency
WSN的MAC 协议必须具备节能机制和节点移动及失效管理 策略。
无线传感器网络MAC协议
• 典型协议介绍：S-MAC
自适应侦听技术(adaptive listening)，减少由于节点 休眠带来的延迟。节点在窃听到RTS或者CTS报文之 后，可以确定当前传输的持续时间。当本次传输结束 后，再次侦听信道一段时间，确定是否能够实现数据 的连续传输。
网络层
数据链路层
网络层
物理层
• 传感器节点处于以下三种状态：工作、standby与 失效（能源耗尽）状态。
• 状态转换时间：节点从一个状态转为另一个状态 需要的时间，特别是从休眠与工作状态之间的转 换时间对于协议设计非常重要
• 物理器件功耗是传感器节点的主要功耗来源之 一，在满足成本要求的前提下选用低功耗器件。
无线传感器网络技术与应用
无线传感器网络技术与应用题目：无线传感器网络技术与应用1.无线传感器网络概述无线传感器网络 (Wireless Sensor Network, WSN) 是由大量分布式、自组织的小型无线传感器节点构成的一个自动化网络，可用于实现物理环境感知、信息采集和数据处理等功能。
2.无线传感器网络技术原理与组成要素无线传感器网络的核心技术包括传感器节点、通信协议、能量管理、网络拓扑结构和应用协议等。
传感器节点是无线传感器网络的基本组成部分，由传感器、微控制器、无线通信芯片和电池等组成。
通信协议是节点之间互相通信和协同工作的规则和方法。
能量管理指传感器节点电源的管理和优化。
网络拓扑结构是指无线传感器网络中节点之间的连接方式和组织形式。
应用协议是无线传感器网络中各种应用场景及其实现方法和规则。
3.无线传感器网络的应用情况无线传感器网络的应用场景非常广泛，如环境监测、智能家居、医疗保健、农业生产、安全监控等。
其中，环境监测是无线传感器网络的主要应用之一。
通过感知环境中的温度、湿度、光照、气体浓度等指标，实现对环境的实时监测。
在城市管理中，无线传感器网络也有广泛应用，如城市停车场管理、城市安全监控等。
4.无线传感器网络技术的优势与挑战相比传统的有线传感器网络，无线传感器网络具有网络拓扑结构灵活、节点数量可扩展、部署简便、成本低等优势。
但随着无线传感器网络的发展，也存在着网络安全、数据有效性、功耗控制等挑战。
5.无线传感器网络技术的未来与展望未来，随着物联网的发展，无线传感器网络将逐步走向智能化、高效化、集成化的发展方向。
在未来的城市和社区管理中，无线传感器网络将为人们提供更加智能、便捷、安全的服务。
同时，无线传感器网络也将在农业生产、医疗保健等领域得到广泛应用，并在解决全球环境问题、提高资源利用率等方面发挥重要作用。
结语无线传感器网络技术是物联网发展的重要组成部分，它将为未来社会和发展带来巨大的变革和优势。
我们应该关注无线传感器网络技术的发展，并在实际应用中积极探索和创新，以促进社会和经济的可持续发展。
无线传感网络综述
1、无线传感网络简介无线传感器网络WSN（Wireless Sensor Network）是一种由传感器节点构成的网络，能够实时地监测、感知和采集节点部署区中观察者感兴趣的感知对象的各种信息（如光强、温度、湿度、噪音和有害气体浓度等物理现象），并对这些信息进行处理后以无线的方式发送出去，通过无线网络最终发送给观察者。
2、无线传感网络的特点1）硬件资源有限：节点由于受价格、体积和功耗的限制，其计算能力、程序空间和内存空间比普通的计算机功能要弱很多。
这一点决定了在节点操作系统设计中，协议层次不能太复杂。
2）传感节点数目多、易失效：根据应用的不同，传感器节点的数量可能达到几百万个，甚至更多。
此外，传感器网络工作在比较恶劣的环境中，经常有新节点加入或已有节点失效，网络的拓扑结构变化很快，而且网络一旦形成，人很少干预其运行。
因此，传感器网络的硬件必须具有高强壮性和容错性，相应的通信协议必须具有可重构和自适应性。
3）通信能力有限：考虑到传感器节点的能量限制和网络覆盖区域大，传感器网络采用多跳路由的传输机制。
传感器节点的无线通信带宽有限，通常仅有几百kbps 的速率。
由于节点能量的变化，受高山、建筑物、障碍物等地势地貌以及风雨雷电等自然环境的影响，无线通信性能可能经常变化，频繁出现通信中断。
4）电源能量有限：网络节点由电池供电，电池的容量一般不是很大。
其特殊的应用领域决定了在使用过程中，不能给电池充电或更换电池，一旦电池能量用完，这个节点也就失去了作用。
因此在无线传感器网络设计过程中，任何技术和协议的使用都要以节能为前提。
5）以数据为中心是网络的核心技术：对于观察者来说，传感器网络的核心是感知数据，而不是网络硬件。
例如，在应用于目标跟踪的传感器网络中，跟踪目标可能出现在任何地方，对目标感兴趣的用户只关心目标出现的位置和时间，并不关心哪个节点监测到目标。
以数据为中心的特点要求传感器网络的设计必须以感知数据管理和处理为中心，把数据库技术和网络技术紧密结合，从逻辑概念和软、硬件技术两个方面实现一个高性能的以数据为中心的网络系统，使用户如同使用通常的数据库管理系统和数据处理系统一样自如地在传感器网络上进行感知数据的管理和处理。
无线传感网络概述
无线传感网络概述学号031241119姓名魏巧班级0312411一、无线传感器网络（WSN）的定义：无线传感器网络（WSN）是指将大量的具有通信与计算能力的微小传感器节点，通过人工布设、空投、火炮投射等方法设置在预定的监控区域，构成的“智能”自治监控网络系统，能够检测、感知和采集各种环境信息或检测对象的信息。
二、传感器的节点分布及通信方式：由于传感器节点数量众多，布设时智能采用随机投放的方式，传感器节点的位置不能预先确定。
节点之间可以通过无线信道连接，并具有很强的协同能力，通过局部的数据采集、预处理以及节点间的数据交互来完成全局任务，同时节点之间采用自组织网络拓扑结构。
由于传感器节点是密集布设的，因此节点之间的距离很短，在传输信息方面多跳（multi—hop）、对等（peer to peer）通信方式比传统的单跳、主从通信方式更适合在无线传感器网络中使用，例如：使用多跳的通信方式可以有效地避免在长距离无线信号传播过程中遇到的信号衰落和干扰等各种问题。
三、WSN运行的环境：1、WSN可以在独立封闭的环境下（如局域网中）运行。
2、WSN也可以通过网关连接到网络基础设施上（如Internet）。
在这种情况中，远程用户可以通过Internet 浏览无线传感器网络采集的信息。
四、无线数据网络的定义及无线自组网络的特点：主流的无线网络技术，如IEEE 802.11、Bluetooth都是为了数据传输而设计的，我们称之为无线数据网络。
目前，无线数据网络研究的热点问题就是无线自组网络技术，这项技术可以实现不依赖于任何基础设施的移动节点在短时间内的互联。
特点有如下几点：（1）无中心和自组性（优点）：无线自组网络没有绝对的控制中心，网络中节点通知分布式的算法来协调彼此的行为，这种算法无需人工干预和其他预置网络设施就可以在任何时刻任何地方快速展开并自动组网。
（2）动态变化的网络拓扑（缺点）：移动终端能够以任意速度和方式在网中移动，在通过无线信道形成的网络拓扑随时可能发生变化。
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无线传感器网络概述
1科技发展的脚步越来越快，人类已经置身于信息时代，作为信息获取最重要和最基本的技术——传感器技术，得到了极大的发展。
2目前无线网络可分为两种:一种是有基础设施的网络,需要固定基站,例如我们使用的手机，属于无线蜂窝网，它就需要高大的天线和大功率基站来支持，基站就是最重要的基础设施；另外，使用无线网卡上网的无线局域网，由于采用了接入点这种固定设备，也属于有基础设施网。
另一类是无基础设施网，又称为无线Ad hoc网络,节点是分布式的，没有专门的固定基站。
无线Ad hoc网络又可分为两类: 一类是移动Ad hoc网络(Mobile Ad hoc Network,简称MANET)，它的终端是快速移动的。
一个典型的例子是美军101空降师装备的Ad hoc网络通信设备，保证在远程空投到一个陌生地点之后，在高度机动的装备车辆上仍然能够实现各种通信业务，而无需借助外部设施的支援。
另一类就是我们讲的无线传感器网络,它的节点是静止的或者移动很慢。
3传感器网络的标准定义是这样的：
传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。
它的英文是Wireless Sensor Network, 简称WSN。
如图所示，大量的传感器节点将探测数据，通过汇聚节点经其它网络发送给了用户。
在这个定义中，传感器网络实现了数据采集、处理和传输的三种功能，而这正对应着现代信息技术的三大基础技术，即传感器技术、计算机技术和通信技术。
4它们分别构成了信息系统的“感官”、“大脑”和“神经”三个部分。
因此说，无线传感器网络正是这三种技术的结合，可以构成一个独立的现代信息系统。
5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。
当年美越双方在密林覆盖的“胡志明小道”进行了一场血腥较量，这条道路是胡志明部队向南方游击队源源不断输送物资的秘密通道，美军曾经绞尽脑汁动用航空兵狂轰滥炸,但效果不大。
后来，美军投放了2万多个“热带树”传感器。
所谓“热带树”实际上是由震动和声响传感器组成的系统，它由飞机投放，落地后插入泥土中，只露出伪装成树枝的无线电天线，因而被称为“热带树”。
只要对方车队经过，传感器探测出目标产生的震动和声响信息，自动发送到指挥中心，美机立即展开追杀，总共炸毁或炸坏4.6万辆卡车。
这种早期使用的传感器系统的特征在于传感器节点只产生探测数据流，没有计算能力，并且相互之间不能通信。
6第二阶段是二十世纪80年代至90年代之间。
主要是美军研制的分布式传感器网络系统、海军协同交战能力系统、远程战场传感器系统等。
这种现代微型化的传感器具备感知能力、计算能力和通信能力。
因此在1999年，商业周刊将传感器网络列为21世纪最具影响的21项技术之一。
7第三阶段：21世纪开始至今。
也就是本课开始介绍的911事件发生之后。
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。
除了应用于情报部门反恐活动以外，在其它领域更是获得了很好的应用，所以2002年美国国家重点实验室－－橡树岭实验室提出了“网络就是传感器”的论断。
由于无线传感网在国际上被认为是继互联网之后的第二大网络，2003年美国《技术评论》杂志评出对人类未来生活产生深远影响的十大新兴技术，传感器网络被列为第一。
在现代意义上的无线传感网研究及其应用方面，我国与发达国家几乎同步启动，它已经成为我国信息领域位居世界前列的少数方向之一。
在2006年我国发布的《国家中长期科学
与技术发展规划纲要》中，为信息技术确定了三个前沿方向，其中有两项就与传感器网络直接相关，这就是智能感知和自组网技术。
当然，传感器网络的发展也是符合计算设备的演化规律。
8它们通过无线链路和无线接口模块，向监控主机发送传感器数据，实现传感器网络的逻辑功能。
9电源为传感器提供正常工作所必需的能源。
感知部件用于感只和获取外界的信息，并将其转化成数字信号。
处理部件负责协调节点各部分的工作，如：对感知部件获取的信息进行必要的处理，保存，控制感知部件和电源的工作模式等。
无线通信部件负责与其他传感器或观察这的通信。
软件则为传感器提供必要的软件支持，如：嵌入式操作系统，嵌入式数据库管理系统等。
通过和五角钱的硬币比较，可知传感器节点还是比较小的，这些传感器节点群组成了无线传感器网络的探测端。
10各节点之间以自组织形式构成网络，通过多跳中继方式将监测数据传送到Sink节点，Sink节点也可以用同样的方式将信息发送给各节点。
最终借助长距离或临时建立的Sink链路将整个区域内的数据传送到远程中心进行集中处理。
因此sink节点相当于传感器网络语Internet等外部网络的信息中转站作用。
11【1】. 物理层：负责信号的调制和数据的收发，所采用的传输介质主要有无线电、红外线、光波等。
WSN推荐使用免许可证频段（ISM）。
物理层的设计既有不利因素，例如传播损耗因子较大，也有有利的方面，例如高密度部署的无线传感器网络具有分集特性，可以用来克服阴影效应和路径损耗。
【2】. 数据链路层：负责数据成帧、帧监测、媒体接入和差错控制。
其中，媒体接入协议保证可靠的点对点和点对多点通信；差错控制则保证源节点发出的信息可以完整无误地到达目标节点。
【3】. 网络层：负责路由的发现和维护，由于大多数节点无法直接与网关通信，因此需要通过中间节点以多跳路由的方式将数据传送至汇聚节点。
而这就需要在WSN节点与接收器节点之间多跳的无线路由协议。
【4】. 传输层：负责数据流的传输控制，主要通过汇聚节点采集传感器网络内的数据，并使用卫星、移动通信网络、Internet或者其他的链路与外部网络通信，是保证通信服务质量的重要部分。
【5】. 应用层：由各种面向应用的软件系统构成。
主要研究的是各种传感器网络应用的具体系统的开发，例如：作战环境侦查与监控系统，情报获取系统，灾难预防系统等等。
12这张图直观描述了计算设备的演化历史。
贝尔定律指出：每10年会有一类新的计算设备诞生。
计算设备整体上是朝着体积越来越小的方向发展，从最初的巨型机演变发展到小型机、工作站、PC和PDA之后，新一代的计算设备正是传感器网络节点这类微型化设备，将来还会发展到生物芯片。
13一个典型的早期应用例子是大鸭岛海燕监测。
作家高尔基笔下赞扬的海燕，现在已经成为了一种濒临灭绝的鸟类。
它们特别惧怕人类的打扰，美国缅因州大鸭岛属于自然保护区，上面居住栖息着很多海燕。
2002年英特尔研究人员传感器放置在海燕鸟巢附近，获取海燕生活环境的数据。
他们使用的传感器包括光、湿度、气压、红外、图像等，通过无线自组网，将数据经卫星传输到加州的服务器，实现了对敏感野生动物的无人干扰监测。
实时监控电力高压线的应力、温度和震动，在大雪覆盖时可以快速诊断出故障发生的地点。
监测高尔夫球场草皮植被的湿度，以便适时地喷洒浇水。
监测葡萄园的温室气候，因为葡萄园温湿度的细微变化对葡萄酒的质量影响很大。
监测道路状况，如大雾、地面积水、冰冻。
2003年联合国维和部队进入伊拉克，综合使用了商用间谍卫星和超微型感应的传感器网络，对伊拉克的空气、水和土壤进行连续不断的监测，以确定伊拉克有无违反国际公约的核武器和生化武器
最近美军装备的枪声定位系统，用于打击恐怖分子和战场上的狙击手。
部署在街道或道路两侧的声响传感器，检测轻武器射击时产生的枪口爆炸波，以及子弹飞行时产生的震动冲击波，这些声波信号通过传感器网络传送给附近的计算机，计算出射手的坐标位置。