无线传感器网络技术概述PPT课件
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无线传感网络精品PPT课件
Arduino核心库函数和系统库 函数
• void setup()//初始化配置函数，在main函数中首先 被执行，只执行一次
• void loop()//无限循环函数 • delay()//延迟函数 • ……
Zigduino基础实验
• 通用数字IO口点亮LED • 串口的使用 • ADC口光敏传感器控制 • 外部中断点亮LED • 定时器的使用 • 1602型LCD的应用
无线传感网络(WSN)
无线传感网络关键词
英文：Wireless Sensors Networking •传感 •无线网络
概念
• 无线传感器网络是一种分布式传感网络，它的末梢是可以感知和检查外部世 界的传感器。WSN中的传感器通过无线方式通信，因此网络设置灵活，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。通过无线 通信方式形成的一个多跳自组织网络。
下载程序后，LED红 灯亮了。然后你用黑
• pinMode(1,INPUT); //配置1号数字引脚为输入模式
色导线的
• void loop() •{ • if (digitalRead(1))
就可以发现灯灭了， 因为3号引脚读取的 电平是低电平。（默 //读取1号引脚的电平判断是否为高电平 认情况下管脚输入的
digitalWrite(3,HIGH); delay(1000);//延时1000ms digitalWrite(3,LOW); delay(1000);
怎么理解delay( )函数？就好像 一个要走路的人在原地踏步！
MCU一旦上电，根本停不下来
Arduino包含的以下数字IO口库函数
• void pinMode(uint8_t pin, uint8_t mode)：设置管脚的方向， pin表示管脚的序号,mode表示方向，只能取INPUT，OUTPUT 两个值,如下面的代码把管脚10设成输入：
《无线传感器网络简明教程(第二版)》,教学幻灯片PPT课件__第4章
4.2.2 基于测距的定位技术
2、多边定位
假设已知信标锚点A1，A2，A3，A4，…的坐标依次分别为（x1，y1）， （x2，y2），（x3，y3），（x4，y4），…，即各锚点位臵为 。如果
待定位节点的坐标为（x, y），并且已知它至各锚点的测距数值为 ，
可得如下图，其中(x，y)为待求的未知坐标。
[ xi - di , yi - di ][ xi di , yi di ]
4.2.2 基于测距的定位技术
在所有位臵点 [ xi di , yi di ] 中取最小值、所有
[max( xi di ), max( yi di )][min( xi di ), min( yi di )]
4.1.1 传感器网络的时间同步机制
1、传感器网络时间同步的意义
时间同步机制是分布式 系统基础框架的一个关键机 制。
4.1.1 传感器网络的时间同步机制
在分布式系统中，时间同步涉及“物理时间”和 “逻辑时间”两个不同的概念。
“物理时间”用来表示人类社 会使用的绝对时间；
“逻辑时间”体现了事件发生 的顺序关系，是一个相对概念。
用矩阵和向量表达为形式Ax=b，其中：
2( y1 yn ) 2( x1 xn ) A ... ... 2( xn 1 xn ) 2( yn 1 yn )
2 2 2 x12 xn y12 yn dn d12 b ... x2 x2 y2 y2 d 2 d 2 n 1 n n n 1 n 1 n
⑥(602,23) 房间602
11 (601,24)
26
房间601
4.4 能量管理
无线传感器网络技术原理及应用-ppt课件-第2章
8表21频段划分及主要用途频段符号频率波段波长传播特性主要用途甚低频vlf330khz超长波10010km空间波为主对潜通信低频lf30300khz长波101km地波为主对潜通信中频mf033mhz中波1000100m地波与天波通用业务无线电广播高频hf330mhz短波10010m天波与地波远距离短波通信甚高频vhf30300mhz米波101m空间波空间飞行器通信超高频uhf033ghz分米波101m空间波微波通信特高频shf330ghz厘米波101cm空间波卫星通信极高频ehf30300ghz毫米波101mm空间波波导通信9无线传感器网络在频段的选择上也必须按照相关的规定来使用
11 尽管频段的选择由很多因素决定，但对于无线传感器
网络来说，必须根据实际应用场合来选择。因为频率的选
择决定了无线传感器网络节点的天线尺寸、电感的集成度 以及节点功耗。
12
2.3 通信信道
信道是信号传输的媒质。通信信道包括有线信道和无
线信道。有线信道包括同轴电缆、光纤等。无线信道是无 线通信发送端和接收端之间通路的形象说法，它以电磁波
S (t ) A(t )sin[2πf (t ) (t )]
(2-11)
34 式中，正弦波S(t)为载波，基于正弦波的调制技术即对其参
数幅度A(t)、频率f (t)和相位进行相应的调整，分别对应调
制方式的幅度调制(AM)、频率调制(FM)和相位调制(PM)。 由于模拟调制自身的功耗较大且抗干扰能力及2。
1 m d 10 m 20lg d d 20 30lg 10 m d 20 m 10 L Lfs d 29 60lg 20 m d 40 m 20 47 120lg d d 40 m 40
11 尽管频段的选择由很多因素决定，但对于无线传感器
网络来说，必须根据实际应用场合来选择。因为频率的选
择决定了无线传感器网络节点的天线尺寸、电感的集成度 以及节点功耗。
12
2.3 通信信道
信道是信号传输的媒质。通信信道包括有线信道和无
线信道。有线信道包括同轴电缆、光纤等。无线信道是无 线通信发送端和接收端之间通路的形象说法，它以电磁波
S (t ) A(t )sin[2πf (t ) (t )]
(2-11)
34 式中，正弦波S(t)为载波，基于正弦波的调制技术即对其参
数幅度A(t)、频率f (t)和相位进行相应的调整，分别对应调
制方式的幅度调制(AM)、频率调制(FM)和相位调制(PM)。 由于模拟调制自身的功耗较大且抗干扰能力及2。
1 m d 10 m 20lg d d 20 30lg 10 m d 20 m 10 L Lfs d 29 60lg 20 m d 40 m 20 47 120lg d d 40 m 40
无线传感器网络的理论及应用PPT教学课件
2020/12/11
13
以数据为中心
在无线传感器网络中，人们通常只关心某 个区域内某个观测指标的数值，而不会去 具体关心单个节点的观测数据。 用户使用传感器网络查询事件时，直接将 所关心的事件通告给网络，而不是通告给 某个确定编号的节点。网络在获得指定事 件的信息后汇报给用户。
2020/12/11
网络的通信保密和安全性十分重要，信道 加密、抗干扰、用户认证和其他安全措施 都需要特别考虑。
2020/12/11
8
无线传感器网络的特征
深入研究表明，无线传感器网络有着与无 线自组网络明显不同的技术要求和应用目 标。无线自组网络以传输数据为目的，致 力于在不依赖于任何基础设施的前提下为 用户提供高质量的数据传输服务；而无线 传感器网络以数据为中心，将能源的高效 使用作为首要设计目标。
2020/12/11
22
无线传感器网络的体系结构概述
应用服务接口
网络管理接口
安
全
/
拓 扑 控
服 务 质 量
移 动
/ 能
2020/12/11
3
无线传感器网络的特征
作为Internet在无线和移动范畴的扩展和延伸，无线自组网络 （Ad-hoc Network）由若干采用无线通信的节点动态地形成一个 多跳的移动性对等网络，从而不依赖于任何基础措施。
无线传感器网络与 无线自组网络的共 同特点：
分布式 自组织 拓扑变化 多跳路由 安全性差
2020/12/11
6
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。
无线传感器网络中间件课件
理和应用服务等。
通信协议转换
中间件可以实现不同通信协议之 间的转换和适配，包括TCP/IP、 UDP、HTTP、MQTT等，使得 无线传感器网络能够与外部系统
进行无缝通信。
中间件的发展历程与现状
发展历程
无线传感器网络中间件的发展经历了多个阶段，从早期的嵌 入式系统到现代的云计算和物联网平台，中间件的角色和功 能也在不断演进和扩展。
安全与隐私保护需要采用一系列的安全技术，例如加密技术、认证技术、访问控制技术等， 以实现网络的安全和隐私保护。
03
无线传感器网络中间件的设计与实现
设计原则与目标
跨平台性
中间件应能在多种平台上运行，保证 其在不同硬件和操作系统环境下的兼 容性。
分布式
中间件应支持分布式处理和存储，以 满足无线传感器网络中大量数据传输 和处理的需求。
耗芯片等措施。
未来的研究将致力于制定统 一的通信协议标准，以适应
各种环境和应用需求。
安全性增强
跨平台兼容性提升
未来的研究将更加注重安全 防护措施的加强，包括数据 加密、访问控制等手段。
未来的中间件将更加注重跨 平台兼容性的提升，以实现
不同设备的互操作。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
06
相关研究与参考文献
相关研究机构与项目
无线传感器网络中间件研究组
智能交通
无线传感器网络中间件可以用于智能交通管理，如监测道 路交通流量、车辆速度、事故情况等，以实现智能调度和 优化交通流。
医疗健康
无线传感器网络中间件还可以应用于医疗健康领域，如监 测病人的生理参数、健康状况等，为医生诊断和治疗提供 数据支持。
案例一：环境监测
应用背景
监测参数
环境监测是无线传感器网络中间件的重要 应用领域之一，对于保护环境和生态平衡 具有重要意义。
通信协议转换
中间件可以实现不同通信协议之 间的转换和适配，包括TCP/IP、 UDP、HTTP、MQTT等，使得 无线传感器网络能够与外部系统
进行无缝通信。
中间件的发展历程与现状
发展历程
无线传感器网络中间件的发展经历了多个阶段，从早期的嵌 入式系统到现代的云计算和物联网平台，中间件的角色和功 能也在不断演进和扩展。
安全与隐私保护需要采用一系列的安全技术，例如加密技术、认证技术、访问控制技术等， 以实现网络的安全和隐私保护。
03
无线传感器网络中间件的设计与实现
设计原则与目标
跨平台性
中间件应能在多种平台上运行，保证 其在不同硬件和操作系统环境下的兼 容性。
分布式
中间件应支持分布式处理和存储，以 满足无线传感器网络中大量数据传输 和处理的需求。
耗芯片等措施。
未来的研究将致力于制定统 一的通信协议标准，以适应
各种环境和应用需求。
安全性增强
跨平台兼容性提升
未来的研究将更加注重安全 防护措施的加强，包括数据 加密、访问控制等手段。
未来的中间件将更加注重跨 平台兼容性的提升，以实现
不同设备的互操作。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
06
相关研究与参考文献
相关研究机构与项目
无线传感器网络中间件研究组
智能交通
无线传感器网络中间件可以用于智能交通管理，如监测道 路交通流量、车辆速度、事故情况等，以实现智能调度和 优化交通流。
医疗健康
无线传感器网络中间件还可以应用于医疗健康领域，如监 测病人的生理参数、健康状况等，为医生诊断和治疗提供 数据支持。
案例一：环境监测
应用背景
监测参数
环境监测是无线传感器网络中间件的重要 应用领域之一，对于保护环境和生态平衡 具有重要意义。
《无线传感器网络与物联网通信技术》教学课件 第2章 无线传感器网络体系结构 2.5 传输层
2.5 传输层 2.5.1 传输层简介
目前，无线传感器网络传输层协议主要在能耗控制、拥塞控制和可靠性保证3个 方向开展研究与设计工作。其中，能耗控制协议又与拥塞控制协议、可靠性保证协 议紧密联系。
① 能耗控制方面。无线传感器网络的节点能量有限，网络的运行以节能控制为 首要考虑因素。
② 拥塞控制方面。在无线传感器网络中，事件发生区域中的节点监测到相关信 息后传输至汇聚节点，由于网络的分布特征，可能存在多个节点感知信息，都发往 一个汇聚节点，即形成“多对一”的传输模式。
无线传感器网络自身存在资源受限等特性，使得传统的TCP/IP协议不能直接应用 于无线传感器网络，而应根据无线传感器网络的具体应用需求、网络自身的特性与条 件来设计相应的协议，主要体现在以下几个方面。
① 无线传感器网络中节点的能量是有限的，过多的能耗会影响网络的生命周期。
② 无线传感器网络一般使用的是分布式、密集型的覆盖方式，无线传感器网络以 数据为中心，为减少数据量，节点具备一定的数据处理能力。
③ 无线传感器网络存在不稳定情况，网络拓扑结构的变化会影响TCP/IP协议的握 手机制。
④ 在无线传感器网络中，虽然传输层协议具备拥塞控制的能力，但通信质量、拓 扑结构变化等非拥塞情况也会造成丢包现象。
⑤ 无线传感器网络在大规模应用中，节点需要处理好自身与邻居节点之间的通信 即可。
无线传感器网络与物联网通信技术
针对不同的传输层协议设计与网络应用需求，一些简单的拥塞控制处理方式分为拥 塞信息反馈机制和传输路由切换机制。其中，拥塞信息反馈机制是接收节点检测到拥塞 之后，向它的发送节点发送一个包含拥塞控制信息的数据包，告知发送节点减缓甚至停 止发送数据包；传输路由切换机制是当前节点检测到拥塞之后，重新选择一条优化的路 径来传输数据，从而减少了当前节点的数据流，待拥塞缓解或消除之后，可再恢复先前 路径来继续传输数据。
第7章 无线传感器网络PPT课件
2
本章内容简介
☆无线传感器网络概述 ☆无线传感器网络的体系结构 ☆无线传感器网络的通信协议 ☆无线传感器网络的应用 ☆无线传感器网络的研究进展 ☆无线传感器网络的仿真
无线网络教学平台 /wireless
Jin & Jiang, 无线网络技术教程：原理、应用与仿真实验, Tsinghua University Press
无线网络教学平台 /wireless
Jin & Jiang, 无线网络技术教程：原理、应用与仿真实验, Tsinghua University Press
5
WSN与传统网络区别特性
无线传感器网络的特性 ☆WSN是集成了监测、控制以及无线通信的网络
系统，节点数目庞大、分布密集。
13
WSN宏观系统框架
无线传感器网络包含传感器节点(Sensor Node)、 汇聚节点(Sink Node)和管理节点(Manager Node)
第7章 无线传感器网络
\
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
无线网络教学平台 /wireless
Jin & Jiang, 无线网络技术教程：原理、应用与仿真实验, Tsinghua University Press
3
无线传感器网络概述
无线传感器网络的背景
☆通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞 速发展和日渐成熟 ☆各种具备感知、计算和通信能力的微型传感器 的出现 ☆由许多微型传感器共同构成的无线传感器网络 备受关注 ☆WSN可使人们在任何时间、任何地点和任何环 境条件下获得大量详实可靠的物理世界的真ss
第5章-WSN无线传感器网络安全PPT课件
据。
16
5.1 无线传感器网络安全概述
A -> B: NA, {RQST}(Ke,C), {C||{RQST}(Ke,C)}Kmac
B -> A: {RPLY}(Ke,C’), {NA||C’||{RPLY}(Ke,C’)}Kmac
➢ SNEP中节点间的安全通信
A -> B: NA，A B -> S: NA，NB，A，B，{NA||NB||A||B}KBS
.
24
5.1 无线传感器网络安全概述
3. 网络层的攻击和防御
• 传感器网络的动态性,因此没有固定的基础结构,所以 每个节点都需要具有路由的功能，更易于受到攻击。
(1) 虚假路由信息
• 通过欺骗,更改和重发路由信息,攻击者可以创建路由 环,吸引或者拒绝网络信息流通量,延长或者缩短路由 路径,形成虚假的错误消息,分割网络,增加端到端的时 延。
（4）真实性。
点到点的消息认证使得在收到另一节点发送来 的消息时，能够确认这个消息确实是从该节点发送 过来的；广播认证主要解决单个节点向一组节点发 送统一通告时的认证安全问题。
.
10
5.1 无线传感器网络安全概述
（5）新鲜性。
WSN中由于网络多路径传输延时的不确定性和 恶意节点的重放攻击使得接收方可能收到延后的相 同数据包。新鲜性要求接收方收到的数据包都是最 新的、非重放的，即体现消息的时效性。
验证P1和P2的完整性，利用K2来验证P3的完整性。
.
20
5.1 无线传感器网络安全概述
• 基本的流认证协议
P1
P2
Pn
Pn+1
M1
M2
Mn
H(P n)
H(P1)
16
5.1 无线传感器网络安全概述
A -> B: NA, {RQST}(Ke,C), {C||{RQST}(Ke,C)}Kmac
B -> A: {RPLY}(Ke,C’), {NA||C’||{RPLY}(Ke,C’)}Kmac
➢ SNEP中节点间的安全通信
A -> B: NA，A B -> S: NA，NB，A，B，{NA||NB||A||B}KBS
.
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5.1 无线传感器网络安全概述
3. 网络层的攻击和防御
• 传感器网络的动态性,因此没有固定的基础结构,所以 每个节点都需要具有路由的功能，更易于受到攻击。
(1) 虚假路由信息
• 通过欺骗,更改和重发路由信息,攻击者可以创建路由 环,吸引或者拒绝网络信息流通量,延长或者缩短路由 路径,形成虚假的错误消息,分割网络,增加端到端的时 延。
（4）真实性。
点到点的消息认证使得在收到另一节点发送来 的消息时，能够确认这个消息确实是从该节点发送 过来的；广播认证主要解决单个节点向一组节点发 送统一通告时的认证安全问题。
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5.1 无线传感器网络安全概述
（5）新鲜性。
WSN中由于网络多路径传输延时的不确定性和 恶意节点的重放攻击使得接收方可能收到延后的相 同数据包。新鲜性要求接收方收到的数据包都是最 新的、非重放的，即体现消息的时效性。
验证P1和P2的完整性，利用K2来验证P3的完整性。
.
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5.1 无线传感器网络安全概述
• 基本的流认证协议
P1
P2
Pn
Pn+1
M1
M2
Mn
H(P n)
H(P1)
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3
一、什么是传感器网络
计算机网络，是指将地理位置不同的具有独立功能 的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起 来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协 议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计 算机系统。
所谓无线网络，就是利用无线电波作为信息传输的 媒介构成的无线局域网（WLAN），与有线网络的 用途十分类似，最大的不同在于传输媒介的不同， 利用无线电技术取代网线，可以和有线网络互为备 份。
工作站
PC PDA WSN 节点等
生物芯片
18
三、传感器网络的网络结构
sink -汇聚点 sensor node -传感器节点 sensor field -监测区域
19
传感器网络的常用逻辑结构图
传感器1 传感器2
无线链路
无线接口 模块
…
传感器N
监控主机
20
传感器节点
功能：采集、处理、控制和通信等 网络功能：兼顾节点和路由器 资源受限：存储、计算、通信、能量
Sink节点
功能：连接传感器网络与Internet等外部网络， 实现两种协议栈之间的通信协议转换，发布管 理节点的监测任务，转发收集到的数据。
特点：连续供电、功能强、数量少等
21
传感器节点实物示例
感知能力＋计算能力＋通信能力 体积小 能耗小
22
23
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
无线传感器网络 Wireless Sensor Networks
1
参考书目
书名：无线传感器网络 作者：孙利民，李建中，陈渝，朱红松 出版社：清华大学出版社
2
目录
传感器网络－概述 传感器网络－发展 传感器网络－结构 传感器网络－应用 传感器网络－协议 传感器网络－研究进展 传感器网络－影响力
4
有基础设施网
无
线
网
移动Ad hoc网络
络
无基础设施网
无线传感器网络
5
传感器网络
WSN-Wireless Sensor Networks 基础
微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络及 无线通信技术、分布式信息处理技术
解释1
由部署在观测环境附近的大量的微型廉价低 功耗的传感器节点组成，通过无线通信方式 形成一个多跳的无线网络系统。
感知能力＋计算能力＋通信能 力
15
第三阶段
21
2001 911事件
世
纪
橡树岭实验室提出“网络就是传
开
2002 感器”。
始
美国《技术评论》杂志评出深远
至 今
2003
影响人类未来生活的十大新兴技 术，传感器网络列为第一 。
我国发布《国家中长期科学与技
2006 术发展规划纲要》。
16
Internet 或
28
四、传感器网络应用 （一）民事应用
29
大鸭岛海燕监测
海燕 大鸭岛
鸟巢
无人干扰监测
30
桥 梁 监 测
31
道路交通
32
智能停车场 物流系统
列车铁轨
高速公路系统
33
克尔斯博公司
韩国济州岛智能渔场北京大兴区菊花基地
34
沈阳玫瑰园
浙江温州的奶牛牧场
35
地日二 震 汶零
川零 地八 区年 发五 生月 强十 烈二
26
传感器节点的限制
电源能量有限 通信能力有限 计算和存储能力有限
27
传感器网络概述－与ad hoc的不同
WSN
结点数量更为庞大 多数节点为静止 节点分布更为密集 能量约束 结点更容易出错 拓扑结构变化频繁
Ad hoc
几十至上百个节点 局域网 节点全移动 结构变化（移动） 能量可连续提供 点到点通信
6
传感器网络
解释2：
传感器网络是由一组传感器以特定方式构成 的无线网络，其目的是协作地感知、采集和 处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息， 并发布給观察者。
7
“无线传感器网络”术语的标准定义
无线传感器网络(WSN)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，目的 是协作地采集、处理和传输网络覆盖地域内感知对 象的监测信息，并报告给用户。
通信卫星
Sink
现代感知方法
Sensor network
Object
User端 User端
Sensing Area
• 传感器网络覆盖感知对象区域 • 每个传感器完成其临近感知对象的观测
• 多传感器协同完成感知区域的大观测任务 • 使用多跳路由算法向用户报告观测结果 17
计算设备的演化历史
巨型机
小型机
长（英尺）
42
节点封装示例（一）
特点： 表面光滑 可以滚动 自动调整姿态位置 万向节固定架设计
采集数据 能量供应模块：提供能量
24
25
传感器网络的特点
大规模网络：地理区域大；部署密集
提高信噪比；提高监测精度；增强容错性；减少盲区
自组织网络：不确定性；拓扑结构变化 资源受限：计算、存储、通讯、能量 动态拓扑：节点故障；通讯故障；移动性；节点
加入 可靠网络：适应环境条件；鲁棒性、容错性 应用相关：没有统一的通信协议平台 以数据为中心
年 代 越 战 时 期 使 用
早 可 以 追 溯二 十 世 纪
胡胡志志明明小小道道
12
热带树
轰炸机
13
传统感知方法的特征
信号分析
有线/无线连接
Object
Sensors
•传感器仅产生探测数据流 • 传感器无计算能力 • 传感器之间不能相互通信
14
间代 二
至十
90 世
年 代
纪 80
之年
第二阶段
1999年商业周刊将传感器网 络列为二十一世纪最具影响的 21项技术之一 。
8
现代信息技术 传感器技术 计算机技术 通信技术
信息系统 感官 大脑 神经
无线传感器网络
9
传感器网络
传感器网络的三个基本要素：
传感器，感知对象，观察者
传感器网络的基本功能
协作地感知、采集、处理和发布感知信息
10
二、传感器网络的发展
11
第一阶段
的 70 最
传 统 的 传 感 器 系 统 。
36
（二）军事应用
37
联合国维和部队 伊拉克
微型感应传感器网络 核武器和生化武器
38
美军未来战斗系统的战场警戒示意图
传感器节点
通行车辆
39
枪声定位反恐系统
40
美国F-22猛禽战斗机
F-22猛禽战斗机
机外传感器网络
41
美军“沙地直线”项目
无线链路
目标探测、 分类和跟踪
宽（英尺）
传传感感器器节节点点
一、什么是传感器网络
计算机网络，是指将地理位置不同的具有独立功能 的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起 来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协 议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计 算机系统。
所谓无线网络，就是利用无线电波作为信息传输的 媒介构成的无线局域网（WLAN），与有线网络的 用途十分类似，最大的不同在于传输媒介的不同， 利用无线电技术取代网线，可以和有线网络互为备 份。
工作站
PC PDA WSN 节点等
生物芯片
18
三、传感器网络的网络结构
sink -汇聚点 sensor node -传感器节点 sensor field -监测区域
19
传感器网络的常用逻辑结构图
传感器1 传感器2
无线链路
无线接口 模块
…
传感器N
监控主机
20
传感器节点
功能：采集、处理、控制和通信等 网络功能：兼顾节点和路由器 资源受限：存储、计算、通信、能量
Sink节点
功能：连接传感器网络与Internet等外部网络， 实现两种协议栈之间的通信协议转换，发布管 理节点的监测任务，转发收集到的数据。
特点：连续供电、功能强、数量少等
21
传感器节点实物示例
感知能力＋计算能力＋通信能力 体积小 能耗小
22
23
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
无线传感器网络 Wireless Sensor Networks
1
参考书目
书名：无线传感器网络 作者：孙利民，李建中，陈渝，朱红松 出版社：清华大学出版社
2
目录
传感器网络－概述 传感器网络－发展 传感器网络－结构 传感器网络－应用 传感器网络－协议 传感器网络－研究进展 传感器网络－影响力
4
有基础设施网
无
线
网
移动Ad hoc网络
络
无基础设施网
无线传感器网络
5
传感器网络
WSN-Wireless Sensor Networks 基础
微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络及 无线通信技术、分布式信息处理技术
解释1
由部署在观测环境附近的大量的微型廉价低 功耗的传感器节点组成，通过无线通信方式 形成一个多跳的无线网络系统。
感知能力＋计算能力＋通信能 力
15
第三阶段
21
2001 911事件
世
纪
橡树岭实验室提出“网络就是传
开
2002 感器”。
始
美国《技术评论》杂志评出深远
至 今
2003
影响人类未来生活的十大新兴技 术，传感器网络列为第一 。
我国发布《国家中长期科学与技
2006 术发展规划纲要》。
16
Internet 或
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四、传感器网络应用 （一）民事应用
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大鸭岛海燕监测
海燕 大鸭岛
鸟巢
无人干扰监测
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桥 梁 监 测
31
道路交通
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智能停车场 物流系统
列车铁轨
高速公路系统
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克尔斯博公司
韩国济州岛智能渔场北京大兴区菊花基地
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沈阳玫瑰园
浙江温州的奶牛牧场
35
地日二 震 汶零
川零 地八 区年 发五 生月 强十 烈二
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传感器节点的限制
电源能量有限 通信能力有限 计算和存储能力有限
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传感器网络概述－与ad hoc的不同
WSN
结点数量更为庞大 多数节点为静止 节点分布更为密集 能量约束 结点更容易出错 拓扑结构变化频繁
Ad hoc
几十至上百个节点 局域网 节点全移动 结构变化（移动） 能量可连续提供 点到点通信
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传感器网络
解释2：
传感器网络是由一组传感器以特定方式构成 的无线网络，其目的是协作地感知、采集和 处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息， 并发布給观察者。
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“无线传感器网络”术语的标准定义
无线传感器网络(WSN)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，目的 是协作地采集、处理和传输网络覆盖地域内感知对 象的监测信息，并报告给用户。
通信卫星
Sink
现代感知方法
Sensor network
Object
User端 User端
Sensing Area
• 传感器网络覆盖感知对象区域 • 每个传感器完成其临近感知对象的观测
• 多传感器协同完成感知区域的大观测任务 • 使用多跳路由算法向用户报告观测结果 17
计算设备的演化历史
巨型机
小型机
长（英尺）
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节点封装示例（一）
特点： 表面光滑 可以滚动 自动调整姿态位置 万向节固定架设计
采集数据 能量供应模块：提供能量
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传感器网络的特点
大规模网络：地理区域大；部署密集
提高信噪比；提高监测精度；增强容错性；减少盲区
自组织网络：不确定性；拓扑结构变化 资源受限：计算、存储、通讯、能量 动态拓扑：节点故障；通讯故障；移动性；节点
加入 可靠网络：适应环境条件；鲁棒性、容错性 应用相关：没有统一的通信协议平台 以数据为中心
年 代 越 战 时 期 使 用
早 可 以 追 溯二 十 世 纪
胡胡志志明明小小道道
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热带树
轰炸机
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传统感知方法的特征
信号分析
有线/无线连接
Object
Sensors
•传感器仅产生探测数据流 • 传感器无计算能力 • 传感器之间不能相互通信
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间代 二
至十
90 世
年 代
纪 80
之年
第二阶段
1999年商业周刊将传感器网 络列为二十一世纪最具影响的 21项技术之一 。
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现代信息技术 传感器技术 计算机技术 通信技术
信息系统 感官 大脑 神经
无线传感器网络
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传感器网络
传感器网络的三个基本要素：
传感器，感知对象，观察者
传感器网络的基本功能
协作地感知、采集、处理和发布感知信息
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二、传感器网络的发展
11
第一阶段
的 70 最
传 统 的 传 感 器 系 统 。
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（二）军事应用
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联合国维和部队 伊拉克
微型感应传感器网络 核武器和生化武器
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美军未来战斗系统的战场警戒示意图
传感器节点
通行车辆
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枪声定位反恐系统
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美国F-22猛禽战斗机
F-22猛禽战斗机
机外传感器网络
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美军“沙地直线”项目
无线链路
目标探测、 分类和跟踪
宽（英尺）
传传感感器器节节点点