第六章无线传感器网络操作系统.
无线传感器网络在智能交通中的应用
无线传感器网络在智能交通中的应用前言随着科技的不断发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）在各个领域得到了广泛应用，其中智能交通系统作为一个应用范畴逐渐被人们所接受。
本文将就无线传感器网络在智能交通中的应用进行探究。
第一章无线传感器网络概述无线传感器网络是一类无线网络，由多个分布式传感器节点组成，每个节点都能实现感知、处理、通信等功能。
这些节点通过固定的无线通信信道相互通信，最终实现数据的收集、处理和传输。
无线传感器网络应用广泛，包括农业、军事、能源、环保、医疗等领域。
第二章智能交通系统概述智能交通系统是指通过信息技术手段对传统交通系统进行改造升级，实现交通信息的采集、处理、传输和利用，以提高交通系统运行效率、安全性、便捷性等方面的指标。
智能交通系统主要包括交通信息采集、交通信息处理、交通控制等方面的技术。
第三章无线传感器网络在智能交通中的应用3.1 交通数据采集无线传感器网络可以在城市各个角落安装节点，实时感知道路拥堵状态、行车速度、车辆和行人人流等信息。
传感器节点采集的数据需经过分析和处理，成为真正的交通信息。
3.2 交通信息处理交通信息处理的目的在于整合各个层次的交通信息，建立交通信息库，并对信息进行分析、处理和挖掘。
无线传感器网络在实现交通信息采集的过程中，产生的庞大数据需要通过信息处理技术进行综合评估、分析处理和提取信息。
3.3 交通控制无线传感器网络在智能交通系统中还可以用于实现交通控制。
例如，通过路灯的智能控制，根据交通流量变化智能地调整路灯的亮度，减少能源浪费和环境污染；应急救援中警车、救援车、消防车在途经红灯时自动改绿灯等。
第四章无线传感器网络在智能交通中的优势4.1 传输速度快无线传感器网络中的传感器节点数量一般很多，且分布广泛，传感器节点一般不直接与中心节点通信，而是通过中继节点进行数据传输，这样可以大大减少传输距离和传输时间，提高数据传输和处理效率。
无线传感器网络技术内容
第一章物联网：通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
无线传感器网络综合了计算技术、通信技术及传感器技术，其任务是利用传感器节点来监测节点周围的环境，收集相关数据，然后通过无线收发装置采用多跳路由的方式将数据发送给汇聚节点，再通过汇聚节点将数据传送到用户端，从而达到对目标区域的监测。
无线传感器网络通常包括传感器节点、汇聚节点和任务管理节点。
典型的无线传感器网络结构包括哪几部分？一般情况下由以下四个基本单元组成：数据采集单元、控制单元、无线通信单元以及能量供应单元。
无线传感器网络基本节点拓扑结构可分为基于簇的分层结构和基于平面的拓扑结构两种选择题：无线传感器网络可实现数据的采集量化，处理融合和传输应用，具有无线自组织网络的移动性、电源能力局限性，规模大、自组织性、动态性、可靠性、以数据为中心等等。
第2章无线传感器网络物理层的传输介质主要包括电磁波和声波。
无线电波、红外线、光波等负责使在两个网络主机之间透明传输二进制比特流数据成为可能，为在物理介质上传输比特流建立规则，以及在传输介质上收发数据时定义需要何种传送技术。
无线传感器网络物理层接口标准对物理接口具有的机械特性、电气特性、功能特性、规程特性进行了描述。
作为一种无线网络，无线传感器网络物理层协议涉及传输介质以及频段的选择、调制、扩频技术方式等，同时实现低能耗也是无线传感器网络物理层的一个主要研究目标。
IEEE 802.15.4 该标准把低能量消耗、低速率传输、低成本作为关键目标，旨在个人或者家庭范围内不同设备之间建立统一的低速互连标准。
有16个信道工作于2.4GHz ISM频段，2.4GHz频段提供的数据传输速率为250kb/s，对于高数据吞吐量、低延时或低作业周期的场合更加适用有1个信道工作于868MHz频段以及10个信道工作于915MHz频段。
无线传感器网络PPT课件
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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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）
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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
无线传感器网络(WSN)
二、软件结构
无线传感器网络中间件和平台软件构成无线传 感器网络业务应用的公共基础，提供了高度的 灵活性、模块性和可移植性。无线传感器网络 中间件和平台软件在无线传感器网络软件系统 架构中的位置如图5.2 所示。
二、软件结构
图5.2 无线传感器网络软件体系结构
二、软件结构
无线传感器网络应用支撑层、无线传感器网络 基础设施和基于无线传感器网络应用业务层的 一部分共性功能以及管理、信息安全等部分组 成了无线传感器网络中间件和平台软件。 无线传感器网络中间件和平台软件采用层次化 、模块化的体系结构，使其更加适应无线传感 器网络应用系统的要求，并用自身的复杂换取 应用开发的简单。
学习任务
5.1 无线传感器网络概述 5.2 无线传感器网络的系统结构 5.3 无线传感器网络的应用 5.4 无线传感器网络的研究方向
5.1 无线传感器网络概述
一、WSN对物联网的支撑作用 无线传感器网络技术是传统传感技术和 网络通讯技术的融合，通过将无线网络 节点附加采集各种物理量的传感器而成 为兼有感知能力和通讯能力的智能节点, 是物联网的核心支撑技术之一。 是物联网网络感知层和传输网络层的主 要实现技术。
图5.6 无线传感器网络Mesh网络结构
④ Mesh网络结构
特点： 网络对于单点或单个链路故障具有较 强的容错能力和鲁棒性。Mesh网络结构最 大的优点就是尽管所有节点都是对等的地 位，且具有相同的计算和通信传输功能。
五、协议结构
通信协议层可以划分为物理层、链路层、网络 层、传输层和应用层五层，而网络管理面则可 以划分为能耗管理面、移动性管理面以及任务 管理面。如图5.8(a)所示。
图5.4 无线传感器分级网络结构
② 分级网络结构
无线传感器网络概述ppt课件
• 4.最大最小PA节点路由：每条路径上有多个节点，且 节点的可用能量不同，从中选取每条路径中可用能量 最小的节点来表示这条路径的可用能量。再在其中选 最大的。如图中的－D－
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基于查询的路由协议
• 1.定向扩散路由 • 兴趣扩散阶段 汇聚节点采用洪泛的方式传
传统网络： 人
人
无线传感器网络：人
自然界
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与现有网络的区别
无线自组网(mobile ad-hoc network） 1.几十到上百个节点 2.无线通信，各个节点的关系是对等的 3.首要目标是保证高质量的传输服务和高带宽
利用
无线传感器网络(WSN) 1.节点更为庞大，成千上万，节点分布更为密
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分簇路由协议
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路由协议自主切换
• 传感器网络中的路由协议和具体应用紧密相 关，没有一个能适用于所有应用的路由协议。 而传感器网络可能需要在相同监测区域内完 成不同的任务，此时如果为每种任务部署专 门的传感器网络将增加传感器网络的成本。 未来能够适用于多种任务，传感器网络需要 根据应用环境和网络条件自主选择适用的路 由协议，并在各个路由协议之间自主切换。
无线传感器网络概述
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• 无线传感器网络简介 • 无线传感器网络的拓扑控制 • 无线传感器网络的路由算法介绍
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无线传感器网络的概念
无线传感器网络（ wireless sensor network, WSN）：就是由部署在检测区域 内的大量的廉价微型传感器节点组成，通 过无线通信方式形成一个多跳的自组织的 网络系统，其目的是协作的感知，采集和 处理网络覆盖区域中对象的信息，并发送 给观察者。
无线传感器网络技术原理及应用第6章ppt课件
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3. MC1322X系列 MC13224是MC1322X系列的典型代表，是飞思卡尔公 司研发的第三代Zigbee解决方案。它集成了完整低功耗 2.4GHz无线电收发器，基于32位ARM7核的MCU，是高密 度低元件数IEEE802.15.4综合解决方案，能实现点对点连 接和完整的Zigbee网状网络。 MC13224支持国际802.15.4标准以及ZigBee、 ZigBeePRO和ZigBeeRF4CE标准，提供了优秀的接收器灵 敏度和健壮的抗干扰性，具有多种供电模式，以及一套常 用的外设集(包括2个高速UART、12位ADC和64个通用 GPIO、4个定时器、I2C等)。
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2) 时钟和电源管理 数字内核和外设由一个1.8V低差稳压器供电。另外， CC253X系列芯片包括一个电源管理功能，可以实现使用不 同供电模式，用于延长电池的寿命，有利于低功耗运行。 3) 外设 CC253X系列芯片有许多不同的外设，允许应用程序设 计者开发先进的应用。这些外设包括调试接口、I/O控制器、 两个8位的定时器、一个16位的定时器、一个MAC定时器、 ADC和AES协处理器、看门狗电路、两个串口和USB(仅限 于CC2531)。
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6.2 应用系统组成
Zigbee是一种短距离的无线通信技术，其应用系统由 硬件和软件组成。本节将详细讲解比较常见的Zigbee芯片 及Zigbee协议栈。
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第六章 无线传感器网络操作系统
组件的语法定义如下：
3. 组 件（component）
规范（specification）列出了该组件所提供或 使用的规范元素 （接口实例、命令或事件）。
specification: { uses-provides-list } 一个组件规范可以有多个uses和 uses-provides-list: provides指令。 uses-provides uses-provides-list uses-provides uses-provides: uses specification-element-list provides specification-element-list specification-element-list: 多个uses和provides指令的规范元 specification-element { specification-elements } 素可以通过使用“{”和“}”符号在 一个uses或provides命令中指定。 specification-elements: specification-element specification-elements specification-element
2. 接 口（interface）
接口由interface类型定义，interface语 法定义如下：
nesC-file: includes-listopt interface …… interface: interface identifier { declaration-list } storage-class-specifier: also one of command event async
4. 模 块（module）
5. 配 臵（configuration）
无线传感器网络支撑技术第六章
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非视线关系：传感器网络的两个节点之间存在障碍物，影响了它们直接的无线通信。
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衡量定位性能有多个指标：
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位置精度
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覆盖范围
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刷新速度
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功耗等。
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覆盖范围和位置精度是一对矛盾性的指标。
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刷新速度是指提供位置信息的频率。
3、定位性能的评价指标
我们将各种传感器直接给出的信息称作源信息，如果传感器给出的信息是已经数字化的信息，就称作源数据，如果给出的是图像就是源图像。源信息是信息系统处理的对象。
但在另外一些领域，如商业上的小区无线安防网络，军事上的传感器网络等，则对数据的采样、传输过程，甚至节点的物理分布重点考虑安全问题，很多信息都不能让无关人员或者敌方人员了解。
传感器网络安全问题的解决方法与传统网络安全问题不同，主要原因如下： 有限的存储空间和计算能力 缺乏后期节点布置的先验知识 布置区域的物理安全无法保证 有限的带宽和通信能量 侧重整个网络的安全 应用相关性
数据融合技术的分类
传感器网络的数据融合技术可以从不同的角度进行分类，这里介绍三种分类方法： 依据融合前后数据的信息含量分类； 依据数据融合与应用层数据语义的关系分类； 依据融合操作的级别分类。
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根据融合操作的级别分类
数据级融合 数据级融合是最底层的融合，操作对象是传感器采集得到的数据，因而是面向数据的融合。
数据融合的基本目的是通过融合得到比单独的各个输入数据更多的信息。这一点是协同作用的结果，即由于多传感器的共同作用，使系统的有效性得以增强。
传感器网络中数据融合的作用
数据融合的主要作用可归纳为以下几点： (1) 提高信息的准确性和全面性。 (2) 降低信息的不确定性。 (3) 提高系统的可靠性。 (4) 增加系统的实时性。 (5) 节省整个网络的能量；