无线传感器网络第10章服务质量
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。
无线传感器网络复习资料
无线传感器网络复习资料第一章概述1、什么是无线传感器网络?无线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。
2、传感器网络的终端探测结点由哪些部分组成?这些组成模块的功能分别是什么?（1）传感模块（传感器、数模转换）、计算模块、通信模块、存储模块、电源模块和嵌入式软件系统（2）传感模块负责探测目标的物理特征和现象，计算模块负责处理数据和系统管理，存储模块负责存放程序和数据，通信模块负责网络管理信息和探测数据两种信息的发送和接收。
另外，电源模块负责结点供电，结点由嵌入式软件系统支撑，运行网络的五层协议。
3、传感器网络的体系结构包括哪些部分？各部分的功能分别是什么？（1）网络通信协议：类似于传统Internet网络中的TCP/IP协议体系。
它由物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层组成。
（2）网络管理平台：主要是对传感器结点自身的管理和用户对传感器网络的管理。
包括拓扑控制、服务质量管理、能量管理、安全管理、移动管理、网络管理等。
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。
（3）应用支撑平台：建立在网络通信协议和网络管理技术的基础之上。
包括一系列基于监测任务的应用层软件，通过应用服务接口和网络管理接口来为终端用户提供各种具体应用的支持。
第二章微型传感器的基本知识1、传感器由哪些部分组成？各部分的功能是什么？传感器一般由敏感元件、转换元件和基本转换电路组成。
敏感元件是传感器中能感受或响应被测量的部分。
转换元件是将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的信号（一般指电信号）部分。
基本转换电路可以对获得的微弱电信号进行放大、运算调制等。
另外，基本转换电路工作时必须有辅助电源。
2、集成传感器的特点是什么?体积小、重量轻、功能强、性能好。
无线传感器网络的理论及应用PPT教学课件
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多跳路由
由于节点发射功率限制，节点的覆盖范围 有限，通常只能与它的邻居节点通信。
多跳路由是由普通网络节点协作完成，没 有专门的路由设备。每个节点既可以是信 息的发起者，也可以是转发者。
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安全性差
由于采用了无线信道、分布式控制等技术， 网络更容易受到被动窃听、主动入侵等攻 击。
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网络管理平台
拓扑控制：拓扑控制利用链路层、路由层完成拓扑生成，反过来又为 它们提供基础信息支持，优化MAC协议和路由协议，降低能耗。 服务质量管理：服务质量（QoS）管理在各个协议层设计队列管理、 优先级机制或者带宽预留等机制，并对特定应用的数据给予特别处理。 能量管理：每个协议层次中都要增加能量控制代码，并提供给操作系 统进行能量分配决策。 安全管理：传统安全机制无法使用。采用扩频通信、接入认证/鉴权、 数字水印和数据加密等技术。 移动管理：监测和控制节点的移动，维护到汇聚节点的路由，还可以 使传感器节点跟踪它的邻居。 网络管理：对无线传感器网络上的设备及传输系统进行有效监视、控 制、诊断和测试所采用的技术和方法。它要求协议各层嵌入各种信息 接口，并定时收集协议运行状态和流量信息，协调控制网络中各个协 议组件的运行。
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应用支撑平台
包括一系列基于监测任务的应用层软件， 通过应用服务接口和网络管理接口来为终 端用户提供各种具体应用的支持： 时间同步 定位 应用服务接口 网络管理接口
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无线传感器网络的研究进展
无线传感器网络的发展历程 无线传感器网络的关键技术 无线传感器网络所面临的挑战
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【全文】智能传感器PPT课件 (1)
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10.1
智能传感器及无线传感器网络
第10章 1) 研究与开发传感器的自由度大。 (2) 精度高。 (3) 具有一定的可编程自动化能力。 (4) 输出形式多。 (5) 功能价格比大。
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10.1
智能传感器及无线传感器网络
第10章 智能传感器
• 近几年发展起来的无线传感器网络是智能传感器 的又一深层次研究，是又一个新的飞跃。
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10.3
智能传感器的结构框图
第10章 智能传感器
10.3.1 μP主机模板
• 因此，在智能传感器设计时，应参照如下原则来选择 μP。
• (1) 根据任务选机型。
• 根据所研制的智能传感器是用于数据处理完成某些测 量任务，还是用于某种系统控制，对于不同的任务， 应选择不同的机型。
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10.3
智能传感器的结构框图
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10.3
智能传感器的结构框图
10.3.2 模拟量输入模板
第10章 智能传感器
• 传感器的输出一般为毫伏数量级模拟量。要满足A ／D转换电路的要求，还必须经过模拟量输入模板 上有关电路的放大、处理，再经A／D转换电路传 输到主机板上。
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10.3
智能传感器的结构框图
10.3.3 IEEE-488标准总线模板
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第10章 智能传感器
• 迅速发展的微处理机技术推动和影响着其他技术
10.1
领智域能的传变感革器。及把无微线处传理感机器技网术络引入传感器，可以
使传感器实现过去实现不了的功能，具有智能本
领，这就是新一代的传感器——智能传感器
(Intelligent Sensor或Smart Sensor)。
• “Intelligent Sensor”是英国人对智能传感器 的称谓，而“Smart Sensor”是美国人对智能传 感器的俗称。
传感器技术与应用第3版第10章智能传感器
智能传感器的关键技术
智能传感器的应用领域
智能传感器的发展趋势与挑战
未来发展趋势预测及挑战分析
微型化与集成化
随着微电子技术和纳米技术的不断发展，智能传感器将朝着微型化和集成化的方向发展，实现更高的性能和更小的体积。
Part 03.
温度智能传感器
采用先进的温度测量技术，实现高精度的温度测量。
高精度测量
具有自校准功能，能够消除传感器自身的漂移和误差。
自校准功能
适应不同温度环境，实现宽温度范围内的测量。
宽测量范围
压力智能传感器
高灵敏度
对压力变化具有高灵敏度，能够快速响应压力变化。
多功能集成
可集成温度、湿度等多种测量功能于一体。
通过内置算法或外部编程，智能传感器可实现多种复杂测量和控制功能，如温度补偿、非线性校正、数字滤波等。
结构组成与功能划分
接口电路
提供与外部设备或系统的通信接口，如I2C、SPI、UA号采集、数据处理、控制输出等功能，实现智能传感器的智能化。
信号处理电路
对转换后的信号进行放大、滤波、整形等处理，以提高信噪比和抗干扰能力。
传感器技术与应用第3版第10章智能传感器
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目录
01.
智能传感器概述
总结与展望
03.
智能传感器类型及其特点
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05.
智能传感器接口电路设计与应用
《现代网络技术教程-自顶向下分析与设计》课件第10章
第 10 章 无线网络技术与发展
图10-7 典型的多种红外无线局域网应用系统的结构
第 10 章 无线网络技术与发展
第 10 章 无线网络技术与发展
图10-4给出了802.11的层次结构模型。物理层定义了红外、 跳频扩频与直接序列扩频的数据传输标准。MAC层的主要功 能是对无线环境的访问控制，提供多个接入点的漫游支持，同 时提供数据验证与保密服务。
第 10 章 无线网络技术与发展
图10-4 802.11的层次结构模型
第 10 章 无线网络技术与发展
10.2.4 无线局域网的物理层传输技术
1. 红外无线局域网 1) 红外传播的基本特点 (1) 红外线频谱很宽，可以提供很高的数据传输速率。 (2) 与微波通信相比，红外通信不易被入侵，因此数据传 输的安全性高。 (3) 红外局域网的设备相对简单、便宜，易于管理。
第 10 章 无线网络技术与发展
第 10 章 无线网络技术与发展
2) CSMA/CA冲突避免的工作原理 802.11的物理层执行信道载波侦听功能。当确定信道空闲 时，源结点在等待DIFS时间之后，如果信道仍然空闲则发送 一帧。发送结束后，源结点等待接收ACK帧。目的结点在收 到正确的数据帧的SIFS时间之后，向源结点发送ACK帧。源 结点在规定的时间之内接收到ACK帧，说明没有发生冲突， 该帧发送成功。
第 10 章 无线网络技术与发展
发送结点在发送完一帧之后，必须再等待一个短的时间间 隔，检查接收结点是否发回帧的确认(ACK)。如果接收到确认， 则说明此次发送没有出现冲突，发送成功。如果在规定的时间 内没有接收到确认，表明出现了冲突，发送失败，重发该帧， 直到规定的最大重发次数。其中，等待的时间间隔叫做帧间间 隔(Inter Frame Space，IFS)。帧间间隔的长短取决于帧类型， 高优先级帧的IFS短，因此可以优先获得发送权。图10-5给出 了802.11结点发送数据帧的过程。
无线传感器网络路由协议分析
南京邮电大学硕士研究生学位论文术语表术语表Adaptive Threshold sensitive Energy APTEEN 自适应敏感阀值节能型传感网络协议CDMA码分多址Code Division Multiple AccessCSMA 载波侦听多路访问Carrier Sense Multiple AccessDD 定向扩散Directed DiffusionGEAR 地理和能量感知路由Geographic and Energy Routing LEACH 低功耗自适应分簇协议介质访问控制Media Access ControlMCU 微控制单元Micro-Controller UnitPEGASIS Po-Efficient Gathering in SensorInformation System服务质量Quality of Service信息协商传感协议Sensor Protocol for Information viaNegotiationTCP 传输控制协议Transfer Control ProtocolTDMA 时分多址Time Division Multiple AccessTEEN 敏感阀值节能型传感网络协议Threshold sensitive Energy Efficient sensorNetwork protocol用户数据包协议User Datagram ProtocolWSN 无线传感器网络Wireless Sensor Network南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
无线传感器网络课设
无线传感器网络课设目录第一章绪论---------------------------------------------------------1 1.1 课题的背景------------------------------------------------------1 1.2 国内外研究现状--------------------------------------------------1 1.3 课程设计意义和目标----------------------------------------------2 第二章无线传感器网络简介-------------------------------------------3 2.1 传感器网络体系结构----------------------------------------------3 2.2 无线传感器网络的特征--------------------------------------------6 第三章无线传感器网络节点硬件设计方案------------------------------10 3.1 硬件设计方案---------------------------------------------------10 3.2 微处理器的选型与电路设计---------------------------------------10 3.3 供电电路设计---------------------------------------------------12 第四章无线传感器网络节点功能软件设计和电路调试--------------------14 4.1 编程环境-------------------------------------------------------14 4.2 程序加载和调试工具介绍-----------------------------------------14 4.3 传感器ADC数据采集程序设计-------------------------------------15 4.4 电池状态监测及充电模块程序设计---------------------------------16 4.5 电路功能调试---------------------------------------------------18 第五章总结与展望--------------------------------------------------19 参考文献-----------------------------------------------------------20第一章绪论1.1课题的背景当今世界通信技术迅猛发展，无线通信技术已逐步深入到社会生活的各个领域，其中无线传感器网络技术是很有前途的新兴技术之一。
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图10-6 网络中出现的盲点
连通传感器覆盖
在选取网络中哪些节点处于活动状态时，需要考虑满足 以下两个因素： (1)覆盖：活动节点集合的传感区域能够覆盖整个监测区 域； (2)连通：网络活动节点集合中任意两个节点都能够互相 通信，使得传感节点采集的数据能够被发回基站。
连通传感器覆盖– OGDC算法
最坏覆盖与最大突破路径
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图 10-7最大突破路径Voronoi图
最佳覆盖与最大支撑路径
• 以Delaunay三角取代Voronoi图作为几 何结构。
• 图中每条边的权值算法变为计算该边 到周围最近传感器节点的最大距离。
• 查找参数由突破权值变为支撑权值， 查找网络中支撑权值最小的边
最佳覆盖与最大支撑路径
图 10-8传感器网络Delaunay三角以及最大支撑路径
暴露穿越
暴露穿越问题(Exposure)：即观察传感区 域内目标的平均期待能力，或一个传感函 数的积分，该积分值依赖于目标移动原点 至终点的路径到传感节点的距离。
《无线传感器网络技术》讲义
第九章、服务质量保证
内容提要
1. 无线传感器网络服务质量概述 2. 无线传感器网络感知QoS研究 3. 无线传感器网络传输QoS研究 4. 参考文献
内容提要
1. 无线传感器网络服务质量概述 2. 无线传感器网络感知QoS研究 3. 无线传感器网络传输QoS研究 4. 参考文献
• 定理3：如果所有传感节点的传感半径相等，并且能 够完全覆盖监控区域。减少网络中活动节点个数等效 于减小所有节点传感覆盖区域的重叠。
栅栏覆盖控制算法—最坏与最佳情况覆盖
• 最坏覆盖是指如何在网络中找到一条路径， 使得沿该路径前进的目标被网络中节点发现 的概率最小。该路径称为最大突破路径 (maximal breach path)，即最大化该路径上点 到周围最近传感器的最小距离。
• 节点部署方式分类
➢确定性覆盖 ➢随机覆盖
• 覆盖目标分类
➢区域覆盖 ➢点覆盖 ➢栅栏覆盖
图 10-4 区域覆盖、点覆盖与栅栏覆盖
区域覆盖控制算法--轮换活跃/休眠节点的覆盖协议
需要解决的问题： • （1）网络中每一个节点如何判断自应
该处于活动还是休眠状态；
• （2）网络中节点如何进行状态转换。
Communication Protocol Stack Coverage Maintenance Location Service Time Service
Sensor Network Specific Services
Sensor Network Applications
Continuous Event-Driven On-demand Hybrid
无线传感器网络服务质量(QoS)概述
• 服务质量（QoS）背景与概述
➢服务质量(QoS)定义 ➢服务质量(QoS)支持机制
• 无线传感器网络QoS研究
服务质量（QoS）背景与概述
图10-1简单QoS模型
网络服务质量指标
• 可用性 ：当用户需要时网络即能开始工作的 时间百分比。
• 吞吐量：一定时间段内对网络流量的度量。
• 定理1：假设在任何有限区域中，节点的数目有限。 则保证区域被节点全覆盖即网络全连通的充要条件是 节点通信半径大于两倍的传感半径。
• 定理2：假设传感节点的传感区域是以节点为中心的 圆形区域，该区域相对待监测区域小很多。多个传感 区域在其中相互相交。如果该区域中所有的交叉点都 被覆盖，则该待监测区域也被完全覆盖。
Data Management
Data Placement & Discovery
In-Network Data Processing
Transport Layer
Network Layer
Connectivity Maintenance
MAC Layer
Physical Layer (Sensing, Processing & Communication Capabilities)
轮换活跃/休眠节点的覆盖协议--邻居信息获取
• 各节点在每一轮开始时向传感半径内邻 居节点广播位置通告消息PAM
• 其中包括节点ID和位置(若传感半径不同 则包括发送节点传感半径)。
轮换活跃/休眠节点的覆盖协议--退避自调度
• 在判断节点是否可以休眠时，如果相邻节点同时检查到自身的 传感任务可由对方完成并同时进入“休眠状态”，就会出现如 图所示的“盲点”。
• 时延变化：同一业务流中不同分组所呈现的 时延不同 。
• 丢包率 ：是指网络在传输过程中数据包丢失 的比率。
服务质量(QoS)支持机制
• Int-serv集成业务 • Diff-serv区分业务 • MPLS多协议标签交换
无线传感器网络(QoS)研究
无线传感器网络自身特点使得传统网络的 QoS支持机制不适用： • 节点资源非常有限 • 负载不均衡 • 大量冗余节点 • 网络异构
• 最佳覆盖是指网络中找到一条路径，使得沿 该路径前进的目标被网络中节点发现的概率 最大。该路径称为最大支撑路径(maximal support path)，即最小化路径上的点到周围最 近传感器的最大距离。
最坏覆盖与最大突破路径
(1) 基于各节点的位置产生网络Voronoi图; (2) 为Voronoi图中每一条边界赋一个权 值。该值表示这条边界到离他最近的传感 器节点的距离; (3) 利用二分查找法Biblioteka 宽度优先查找算法 来获取最大突破路径。
轮换活跃/休眠节点的覆盖协议--节点覆盖休眠准则 图10-5 节点覆盖图
轮换活跃/休眠节点的覆盖协议--节点调度机制
节点调度机制采用周期轮换工作方法，每 个周期包括： • self-scheduling 阶段：每个节点根据节点
覆盖休眠准则，来判断自己是否进入休 眠状态 。
• sensing阶段： 执行传感操作
图10-2 无线传感器网络参考体系结构
内容提要
1. 无线传感器网络服务质量概述 2. 无线传感器网络感知QoS研究 3. 无线传感器网络传输QoS研究 4. 参考文献
无线传感器网络覆盖算法设计方式和目标
• 节点部署方式 • 网络节能 • 传感与通信距离 • 网络可扩展
无线传感器网络覆盖算法分类