无线传感器网络定位技术36页PPT
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无线传感器网络PPT课件
• 数据链路层（MAC层协议）
信号的传输要靠信道，因此信道也就成为了一种宝贵的资源。 怎样合理有效的分配信道，就是数据链路层中的MAC子层要解 决的问题了
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网络层（路由）
• 网络层（路由）
两个基本功能：确定最佳路径和通过网络传输信息 1 泛洪式路由 2 SPIN（SPIN是一组基于协商并且具有能量自适应功能的协 议） 3 LEACH（LEACH是一种分层网络协议，它以循环的方式随机选择簇首节
三、无线传感器网络关键技 术
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3.1 无线传感器网络MAC协议
• 所谓的MAC协议，就是通过一组规则和过程来更有效、有序和公平地使用共享介质。它实现两大基本功能 目标：在密集散布的传感器现场能够有助于建立起一个基本网络基础设施所需的数据通信链路；协调共享 介质的访问
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第21页/共36页
管理平台
• 管理平台对整个网络进行检测、管理，它通常为运行有网络管理软件的PC机或者手持终端设备
第22页/共36页
4、2无线传感器网络硬件平台
• 目前传感器节点种类繁多，很多科研机构都开放自己的硬件平台，但是这些硬件平台之间主要区别在于所 采用的处理器、无线通信方式、传感器配置不同。下面具体介绍几家公司的硬件平台。
•
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图1 无线传感器网络体系结构图
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无线传感器通信协议系统结构
• 物理层技术 为数据流传输所需的物理连接的建立、维护和释放提供的机械的、电气的、功能和规程性的模块就叫做
物理层 在物理层面上，无线传感器网络遵从的主要是标准（Zigbee）
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数据链路层（MAC层协议）
• Intel 公司的intel mote2 • Chipcon 公司的cc2420ZDK • Ember公司的em250 Development kit • Freescale公司的 mc13191 • 中科院的minigains系列
信号的传输要靠信道，因此信道也就成为了一种宝贵的资源。 怎样合理有效的分配信道，就是数据链路层中的MAC子层要解 决的问题了
第6页/共36页
网络层（路由）
• 网络层（路由）
两个基本功能：确定最佳路径和通过网络传输信息 1 泛洪式路由 2 SPIN（SPIN是一组基于协商并且具有能量自适应功能的协 议） 3 LEACH（LEACH是一种分层网络协议，它以循环的方式随机选择簇首节
三、无线传感器网络关键技 术
第11页/共36页
3.1 无线传感器网络MAC协议
• 所谓的MAC协议，就是通过一组规则和过程来更有效、有序和公平地使用共享介质。它实现两大基本功能 目标：在密集散布的传感器现场能够有助于建立起一个基本网络基础设施所需的数据通信链路；协调共享 介质的访问
第12页/共36页
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管理平台
• 管理平台对整个网络进行检测、管理，它通常为运行有网络管理软件的PC机或者手持终端设备
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4、2无线传感器网络硬件平台
• 目前传感器节点种类繁多，很多科研机构都开放自己的硬件平台，但是这些硬件平台之间主要区别在于所 采用的处理器、无线通信方式、传感器配置不同。下面具体介绍几家公司的硬件平台。
•
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图1 无线传感器网络体系结构图
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无线传感器通信协议系统结构
• 物理层技术 为数据流传输所需的物理连接的建立、维护和释放提供的机械的、电气的、功能和规程性的模块就叫做
物理层 在物理层面上，无线传感器网络遵从的主要是标准（Zigbee）
第5页/共36页
数据链路层（MAC层协议）
• Intel 公司的intel mote2 • Chipcon 公司的cc2420ZDK • Ember公司的em250 Development kit • Freescale公司的 mc13191 • 中科院的minigains系列
无线传感器网络原理及应用第4章定位技术ppt课件
(
x1
(
x1
x)2 x)2
( y1
(y2
y)2 y)2
ρ12 ρ22
(xn x)2 ( yn y)2 ρn2
(4-3)
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
X(ATA)1ATb
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
第4章 定位技术
4.1.2 定位算法分类 在传感器网络中，根据定位过程中是否测量实际节点间
的距离，把定位算法分为基于距离的(range-based)定位算法 和与距离无关的(range-free)定位算法，前者需要测量相邻节 点间的绝对距离或方位，并利用节点间的实际距离来计算未 知节点的位置；后者无需测量节点间的绝对距离或方位，而 是利用节点间估计的距离计算节点位置。
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
第4章 定位技术
4.1 定位技术简介
4.1.1 定位技术的概念、常见算法和分类 1. 无线传感器网络定位技术概念 在传感器网络节点定位技术中，根据节点是否已知自身
标为(x，y)。对于节点A、C和∠ADC，确定圆心为O1(xO1， yO1)、半径为r1的圆，，则
(xO1 x1)2 (yO1 y1)2 r1
(xO1 x2)2 (yO1 y2)2
r1
(x1
x3)2
(y1
无线传感网教学课件PPT
6.1.1 基本概念和算法
（3）极大似然估计法：已知很多节点D的 相邻节点坐标以及他们到节点D的距离或 方位，使用最小均方差估计方法得到节点 D的坐标。
6.1.2 定位算法分类
(1)根据定位过程中实际测量节点间的距离 和角度与否
通过测量节点间点到点的距离 或角度等信息进行位置估计； 基于测距的定位
6.1.1 基本概念和算法
3.计算节点位置的基本方法 （1）三边（多变）计算法：已知平面上（空间 上）三（多）点的位置A,B,C，以及D点到 A,B,C的距离, 利用几何方法可求得D点的坐标。
6.1.1 基本概念和算法
（2）三角（多角）计算法：已知平面（空 间）三（多）点的位置A,B,C,以及D点为 角顶点，角边的端点为A,B,C的角度，可 求出D点的坐标。
6.1 定位技术简介
当前对节点定位问题的研究一般都基于以 下前提: (1)有一定比例的节点位置己知或具有GPS 定位功能，这些节点的位置可作为 定位参考点; (2)节点具有与邻近节点通信的能力; (3)节点不具有自主移动能力。
6.1 定位技术简介
人工配置每个节点的位置信息
(1)传感器网络通常部属于人类不可达的区域 (2)人工配置大量节点的位置，既容易造成人为错误，又影 响网络 的快速部署，并且还违背传感器网络的自组织原则 全球定位系统 GPS (1)成本考虑：传感器节点要求造价低廉以便于大量生产和 部署，而 GPS 接收设备成本较高 (2)传感器节点通常依靠电池供电，能量供给有限，GPS 接收设备能耗过高 (3)GPS 设备只能适用于无遮挡的室外环境，而传感器节 点可能部署于复杂环境，使得 GPS 设备难以工作。
无须测距技术的定位
无须距离和角度信息，仅根据 网络连通性等信息即可实现。
《无线传感器网络》PPT课件
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2
• 现代微型传感器
–感知能力＋计算能力＋通信能力 –体积小 –能耗小 –由六部分组成
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3
传感器节点
• 传感器模块：信息采集、数据转换 • 处理器模块：控制、数据处理、网络协议 • 无线通讯模块：无线通信，交换控制信息和收发
采集数据 • 能量供应模块：提供能量
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4
传感器网络的三要素
– 每个传感器仅具有有限的存储器和 计算资源，难以处理巨大的实时数 据流
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17
传感器节点的限制
• 以数据为中心
– 传感器网络不是通常的网络
• 用户感兴趣的是数据而不是网络和传感器硬件
– 用户很少询问“A节点到B节点的连接是如何实现的？” – 用户经常询问“网络覆盖区域中那些地区出现毒气？”
– 传感器网络中传感器节点密集，数量 巨大，可能达到几百、几千万，甚至 更多
– 传感器网络可以分布在很大区域，也 可以分布在险恶环境下
– 传感器数量大、分布广的特点使得网 络的维护十分困难甚至不可维护
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16
传感器节点的限制
• 感知数据流无限
– 传感器网络每个传感器都产生无限 的流式数据，并具有实时性
• 传感器传输1位信息需要的电能足以执行 3000条计算指令
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传感器节点的限制
• 计算能力有限
– 传感器网络中传感器通常都具有嵌入式处 理器和存储器，具有计算能力
– 但是，处理器性能、存储器容量和能源都 很有限，导致传感器的计算能力十分有限
精传感器数量大、分布范围广
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19
传感器节点的限制 • 需要多种多样的感知 器
无线传感器网络技术第1章基础PPT课件
设置了高频通讯的若干寄存器，将高频通讯的处理，
简化为对寄存器的简单读、写操作处理。
对这些寄存器进行读、写操作，就可以轻松完成无线 通讯功能。
2020/10/31
江苏大学 机械学院 仪器系
8
无线数据通讯和无线单片机发展背景
➢ 未来嵌入式无线技术市场
短距离/嵌入式无线通讯正在加速产品化，进入我们生活
采用“蓝牙”无线耳机，在美国使用得非常广泛，几乎人手一个 无线键盘和无线鼠标，基本占领了键盘鼠标市场 儿童玩游戏的手柄，已经基本无线化 日本任天堂最新的游戏机采用了带有无线加速度传感器的新手柄。
➢ 短距离无线通讯，目前向两个方面发展：
一是高速度，每秒数据传输量几十/几百M 位。
二是低功耗，一个小小电池，可以用5-10年，象ZIGBEE网络。
➢ 这些发展又在不断地孵化出崭新的应用和产品。
➢ 新标准，新技术，每时每刻都在涌现，我们必须注意跟踪。
2020/10/31
江苏大学 机械学院 仪器系
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2020/10/31
江苏大学 机械学院 仪器系
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➢ 学习敢于创新
尝试用学到的单片机和无线通讯的知识，结合各种无 线应用，设计一些自己感兴趣的应用项目。无线单片机应 用范围非常广泛。
用在无线家庭设备，报警设备，遥控设备等。 依据课程的相关电路和软件代码程序，根据自己的应用对象修改设计，
形成新的功能、新的产品。在这个修改、动手设计过程中，会遇到很 多困难，需要解决很多意想不到的难题，克复这些困难，就理解了这 些基本内容的实质。 通过不断地思考-动手-再思考-再创新的循环，就能精通掌握。 也可以通过参加各种竞赛和设计项目，来丰富自己的知识面，加深 对这门课程的理解。
课程重点
无线传感器网络体系结构PPT课件
1.传感器节点 （1）数据采集模块 （2）处理控制模块 （3）无线通信模块 （4）能量供应模块 2. 汇聚节点 3.管理节点
第2章 无线传感器网络体系结构
.
6
2.2.2 无线传感器网络软件体系结构
第2章 无线传感器网络体系结构
无线传感器网络中间件和平台软件体系结构主要分为四个层次：网络适配 层、基础软件层、应用开发层和应用业务适配层。其中，网络适配层和基础 软件层组成无线传感器网络节点嵌入式软件(部署在无线传感器网络节点中) 的体系结构，应用开发层和基础软件层组成无线传感器网络应用支撑结构 (支持应用业务的开发与实现)。
第2章 无线传感器网络体系结构
2.1 体系结构概述
无线传感器网络包括4类基本实体对象：目标、观测节 点、传感节点和感知视场。另外，还需定义外部网络、远 程任务管理单元和用户来完成对整个系统的应用刻画，如 图2-1所示。
目标
外部网络 （UAV、卫星通信
网、互联网等）
远程任务管理
用户
数据传输或 信令交换
分布式网络服务接口
分布式网格 管理接口
应用层 传输层 网络层 数据链路层
安
Qos
路由
全 机
制
信道接入
拓扑生成
无线电
.
红外线
能
源
管
理
网
络
管
拓
理
扑
管
理
光波
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无线传感网络结构
• 一、单跳网络
• 概念：为了向汇聚节点传送数据，各传感 器节点可以采用单跳方式将各自的数据直 接发送给汇聚节点，采用这种方式所形成 的网络结构 为单跳网络结构。
. 传感器节点
感知现场 1
无线定位技术ppt课件
• （2）覆盖范围：
– 覆盖范围和定位精度是一对矛盾性的指标。例如超声波可以达到分米级精度，但 是它的覆盖范围只有10多米；Wi-Fi和蓝牙的定位精度为3米左右，覆盖范围可以达 到100米左右；GSM系统能覆盖千米级的范围，但是精度只能达到100米。由此可 见，覆盖范围越大，提供的精度就越低。提供大范围内的高精度通常是难以实现 的。
• 传感器节点自身定位就是根据少数已知位置的节点，按照某种定位机制 确定自身位置。只有在传感器节点自身正确定位之后，才能确定传感器 节点监测到的事件发生的具体位置，这需要监测到该事件的多个传感器 节点之间的相互协作，并利用它们自身的位置信息，使用特定定位机制 确定事件发生的位置。
3
引言
• 全球定位系统GPS(Global Position System)是目前应用最广泛最成熟的定位 系统，通过卫星的授时和测距对用户节点进行定位，具有定位精度高、 实时性好、抗干扰能力强等优点，但是GPS定位适应于无遮挡的室外环境， 用户节点通常能耗高体积大，成本也比较高，需要固定的基础设施等， 这使得不适用于低成本自组织的传感网。
无线定位技术
1
• 一、 引言 • 二、 节点定位技术基本概念 • 三、 基于距离的定位算法 • 四、 与距离无关的定位算法 • 五、 总结
2
引言
• 无线传感器节点的位置信息对于传感网来说至关重要，没有位置信息的 监测数据往往毫无意义。
• 在传感网的各种应用中，监测到事件后关心的一个重要问题就是该事件 发生的位置。 – 如在环境监测应用中需要知道采集的环境信息所对应的具体区域位置； – 对于突发事件，需要知道森林火灾现场位置，战场上敌方车辆运动的区 域，天然气管道泄漏的具体地点等。
动定位，节点主动发出信息用于定位被称为主动定位。
– 覆盖范围和定位精度是一对矛盾性的指标。例如超声波可以达到分米级精度，但 是它的覆盖范围只有10多米；Wi-Fi和蓝牙的定位精度为3米左右，覆盖范围可以达 到100米左右；GSM系统能覆盖千米级的范围，但是精度只能达到100米。由此可 见，覆盖范围越大，提供的精度就越低。提供大范围内的高精度通常是难以实现 的。
• 传感器节点自身定位就是根据少数已知位置的节点，按照某种定位机制 确定自身位置。只有在传感器节点自身正确定位之后，才能确定传感器 节点监测到的事件发生的具体位置，这需要监测到该事件的多个传感器 节点之间的相互协作，并利用它们自身的位置信息，使用特定定位机制 确定事件发生的位置。
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引言
• 全球定位系统GPS(Global Position System)是目前应用最广泛最成熟的定位 系统，通过卫星的授时和测距对用户节点进行定位，具有定位精度高、 实时性好、抗干扰能力强等优点，但是GPS定位适应于无遮挡的室外环境， 用户节点通常能耗高体积大，成本也比较高，需要固定的基础设施等， 这使得不适用于低成本自组织的传感网。
无线定位技术
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• 一、 引言 • 二、 节点定位技术基本概念 • 三、 基于距离的定位算法 • 四、 与距离无关的定位算法 • 五、 总结
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引言
• 无线传感器节点的位置信息对于传感网来说至关重要，没有位置信息的 监测数据往往毫无意义。
• 在传感网的各种应用中，监测到事件后关心的一个重要问题就是该事件 发生的位置。 – 如在环境监测应用中需要知道采集的环境信息所对应的具体区域位置； – 对于突发事件，需要知道森林火灾现场位置，战场上敌方车辆运动的区 域，天然气管道泄漏的具体地点等。
动定位，节点主动发出信息用于定位被称为主动定位。
详解无线传感器网络定位技术
详解无线传感器网络定位技术1 引言无线传感器网络作为一种全新的信息获取和处理技术在目标跟踪、入侵监测及一些定位相关领域有广泛的应用前景。
然而，无论是在军事侦察或地理环境监测，还是交通路况监测或医疗卫生中对病人的跟踪等应用场合，很多获取的监测信息需要附带相应的位置信息，否则，这些数据就是不确切的，甚至有时候会失去采集的意义，因此网络中传感器节点自身位置信息的获取是大多数应用的基础。
首先，传感器节点必须明确自身位置才能详细说明“在什么位置发什么了什么事件”，从而实现对外部目标的定位和跟踪；其次，了解传感器节点的位置分布状况可以对提高网络的路由效率提供帮助，从而实现网络的负载均衡以及网络拓扑的自动配置，改善整个网络的覆盖质量。
因此，必须采取一定的机制或算法来实现无线传感器网络中各节点的定位。
无线传感器网络定位最简单的方法是为每个节点装载全球卫星定位系统（GPS）接收器，用以确定节点位置。
但是，由于经济因素、节点能量制约和GPS 对于部署环境有一定要求等条件的限制，导致方案的可行性较差。
因此，一般只有少量节点通过装载GPS 或通过预先部署在特定位置的方式获取自身坐标。
另外，无线传感器网络的节点定位涉及很多方面的内容，包括定位精度、网络规模、锚节点密度、网络的容错性和鲁棒性以及功耗等，如何平衡各种关系对于无线传感器网络的定位问题非常具有挑战性。
可以说无线传感器网络节点自身定位问题在很大程度上决定着其应用前景。
因此，研究节点定位问题不仅必要，而且具有很重要的现实意义。
2 WSN 定位技术基本概念2.1 定位方法的相关术语1）锚节点（anchors）：也称为信标节点、灯塔节点等，可通过某种手段自主获取自身位置的节点；2）普通节点（normal nodes）：也称为未知节点或待定位节点，预先不知道自身位置，需使用锚节点的位置信息并运用一定的算法得到估计位置的节点；3）邻居节点（neighbor nodes）：传感器节点通信半径以内的其他节点；4）跳数（hop count）：两节点间的跳段总数；5）跳段距离（hop distance）：两节点之间的每一跳距离之和；6）连通度（connectivity）：一个节点拥有的邻居节点的数目；7）基础设施（infrastructure）：协助节点定位且已知自身位置的固定设备，如卫星基站、GPS 等。