第62讲无线传感网络案例

无线自组网技术
第6-2讲 无线传感网络
主 要 内 容
1. 相关概念介绍
2. 无线传感网络的目标、特点和种类 3. 当前研究现状 4. 无线传感网络的体系结构 5. 无线传感网络相关问题探讨
6. 结论
相关概念介绍
相关定义
☆ Ad Hoc网络的定义
由一组带有无线收发装置的移动终端构成的一个多跳的临时性 自治系统。
2018/10/15

传感网络的分类
基于网络的规模、节点的数量和分布以及传感网络到有 线固定网络的距离可以把传感网络划分为不同的种类。 网络的规模和节点的数量将决定整个系统的成本，而传 感网络到有线网络的距离将决定路由节点配置的数量和 使用的路由算法。传感节点的分布可以事先确定或随机 选择，前者易于管理和配置，但适应性较差；后者的适 应性较强，但管理较复杂。 基于以上考虑，传感网络可分为三类：非传播系统、确 定路由系统和自组织系统。 另外，还可以根据网络中的传感节点是否需要单独寻址 以及传感数据是否被汇聚来对传感网络分类。
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传感网络的分类（续）
非传播系统中，传感节点与中心节点一跳可达，不需任 何路由节点和路由算法。传感节点通常不移动，数据的聚集、 分发和处理主要由中心节点完成，例如安装在建筑物和交通 要道上的传感系统。 确定路由系统中，传感节点使用事先确定的路由将数据传 递到中心节点，路由通常由手工配置。这种系统适用于节点 数量较少的网络，如用于家庭和办公室环境的传感网络。 自组织系统多用于节点数量较多的场合，节点可以随机移 动，例如战场侦察或气象监测系统。在这种网络中，传感节 点与路由节点协作，并借助路由协议向信息处理中心传输数 据。我们将这种自组织传感网络称为无线传感网络。
☆ 传感网络的定义 由大量的小型传感器组成的用来监视物理环境和相关现象并向 观测者或处理中心报告监测结果的网络。 ☆ 无线传感网络的定义 一种基于大量具有传感和通信功能的小型可移动设备构造的主 要用于收集、传播和处理传感信息的Ad Hoc网络。 无线传感网络是两种网络的的有机结合。
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传感网络可能需要完成多种任务，包括测量环境的温度、
湿度和气压等，因此需要能够选用合适的参数，包括抽样速 率和消息发送周期等。
检测相关事件的出现并估计相应的参数。 对收集到的数据进行处理和分类。 跟踪对象并能够迅速准确地将信息传送到指定位置。
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传感网络的特征
(1) 网络中存在大量（成千上万）传感节点，并且多数情况 下传感节点的位置相对固定，密度较高，因此网络应具有自 组织能力，并要着重考虑网络的可扩展性。 (2) 传感节点经常配置在偏远或危险的地区并且需要持续工 作，节点容易被破坏和干扰，并且节点的寿命由电池的能量 决定，因此需要尽量节省能量的耗费。 (3) 传感网络主要采用广播通信模式，而许多Ad Hoc网络基 于点到点通信。并且由于数量较大，传感节点不一定都有唯 一的全局标识符。 (4) 它的目标是检测和通知相关事件的发生，而不仅仅是实现 节点间的通信，因此节点需要协作来进行信息的汇聚和处理。
他们还开发了一种用于资源受限环境的灵活操作系 统——TinyOS，它是基于部件的事件驱动的操作系统， 开销很小。该试验平台实现了从物理层到应用层，从分 组路由到数据收集和处理等功能，并且可以方便地构建 覆盖整个网络的广播树。
高安全性。
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应用情景（续）
环 境 监 测 和 分 析
2018/10/15

应用情景（续）
河 流 污 染 监 测
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应用情景（续）
交 通 流 量 监 控
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传感网络的目标、
特点和种类
传感网络的目标
☆目标由环境和应用决定，但通常涉及以下几个方面：
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传感网络的分类（续）
(a) 非传播系统
传感节点
(b) 确定路由系统
路由节点
(c) 自组织系统
中心处理节点
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当前研究现状
当前研究现状
目前，国外很多大学和组织都在对无线传感网络 进行积极探索，并取得了一些研究成果。
加州大学伯克利分校研制了一个包括800个小型传感节 点的测试床，传感节点可以感知光线的强度、温度、电 池能量和信号强度，并能及时地反映在监控屏幕上。
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无线传感网络概述
无线传感网络中，传感节点协作运行来完成任务， 并根据网络的规模选用合适的路由协议转发传感信息。 节点不仅能够借助中间节点的转发来实现远距离通信， 还可以监测本地环境的变化，收集和处理相关的传感 信息，从而增强了传统Ad Hoc网络的功能。无线传感 网络可以广泛应用于军事和民用环境，进行信息的收 集和处理、对象跟踪和网络环境的监测，适合配置在 野外、交通要道、家庭、军事、医疗和安全部门等场 合。此外，传感节点可以使用多种传输媒质，包括无 线电播、声波和地震波等。

相关定义（续）
☆ 传感网络通常包括传感节点、观测者（中心处
理节点）和现象（被监测对象）。
传感节点：用来监测物理环境（现象）并报告所测量信息的 小型可移动设备。 观测者：希望获得传感节点监测的信息并能对信息进行处理 的端用户或中心节点。除了被动接收外，观测者还可主动查询 相关信息。 现象：观测者感兴趣的被监测的物理实体，并且能够被传感 网络进行分析和过滤。
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无线传感网络应用情景
军用传感网络可以监视战场的态势（用于军事
通信、指挥、控制、监视、侦察和定位）。
环Baidu Nhomakorabea传感网络可以检测环境和气候的变化。 交通传感网络可以配置在交通要道用于监测交
通的流量，包括车辆的数量、种类、速度和方向 等相关参数。
监控传感网络可以用于商场和银行等场合来提
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传感节点的构成
典型的传感节点包括四个主要部分：检测单元、 处理单元、发送接收单位和能量供给单元，此外 还包括一些附加的与应用相关的部件，如位置发 现系统、功率产生器和移动载体等。 检测单元检测信号并将其送到处理单元；处理 单元处理数据并运行相关程序使之与其它节点协 调工作；发送接收单位用于节点之间通信；能量 供给单元用于提供能量；位置发现系统用于定位 传感节点的位置；功率产生器可以补充能量，如 太阳能发电；移动载体可以使节点移动。