无线传感器网络及应用ppt课件.ppt

1 1 Chp3 服务内容无线传感器无线传感器网络简介网络简介与应用与应用Wireless Sensor Network目录 CONTENTS PAGE Chp1Chp1基本概念基本概念Chp2Chp2发展历程发展历程Chp5Chp5研究现状研究现状Chp3Chp3体系架构体系架构Chp6Chp6应用介绍应用介绍Chp7Chp7存在问题存在问题Chp4Chp4技术特点技术特点3 3 Chap1 基本概念由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，以协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息，并最终把这些信息发送给网络的所有者技术支持： 微机电系统(Micro-Electro-MechanismSystem,MEMS) 片上系统(SystemonChip,SoC) 无线通信低功耗嵌入式技术无线传感器网络Wireless Sensor Network，WSN3NEXTChap2Chap2无线传感器网络发展无线传感器网络发展历程历程5 5 Chap2 发展历程20世纪70年代越战时期使用的传统传感器系统当年美越双方在密林覆盖的“胡志明小道”进行了一场血腥较量。

胡志明小道”是胡志明部队向南方游击队输送物资的秘密通道，美军对其进行了狂轰滥炸，但效果不大后来，美军投放了2万多个“热带树热带树”传感器传感器热带树”实际上是由震动和声响传感器组成的系统，它由飞机投放，落地后插入泥土中，只露出伪装成树枝的无线电天线，因而被称为“热带树”只要对方车队经过，传感器探测出目标产生的震动和声响信息，自动发送到指挥中心，美机立即展开追杀，总共炸毁或炸坏4.6万辆卡车 第一阶段56 6 二十世纪80年代至90年代之间主要是美军研制的分布式传感器网络系统、海军协同交战能力系统、远程战场传感器系统等这种现代微型化的传感器具备感知能力、计算能力和通信能力感知能力、计算能力和通信能力 1999年，商业周刊将传感器网络列为21世纪最具影响的21项技术之一 第二阶段Chap2 无线传感器网络发展历程67 7 21世纪开始至今，也就是911事件之后这个阶段的传感器网络技术特点在于网络传输自组织、节点设计低功耗除了应用于反恐活动以外，在其它领域更是获得了很好的应用，所以2002年美国国家重点实验室橡树岭实验室提出了“网络就是传感器”的论断 第三阶段Chap2 无线传感器网络发展历程78 8 SensorsSensorsObjectObject信号分析信号分析信号分析信号分析有线有线/ /无线连接无线连接传统感知方法传感器接近感知对象；传感器仅产生数据流；传感器无计算能力 ；无传感器间通信能力；Chap2 无线传感器网络发展历程89 9 Sensing AreaSensing AreaObjectObjectUserUser端端端端SinkSinkInternetInternet或或或或通信卫星通信卫星通信卫星通信卫星Sensor networkSensor networkUserUser端端端端现代感知方法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Chap2 无线传感器网络发展历程91010 计算设备演化历史Chap2 无线传感器网络发展历程101111 传感器网的影响Chap2 无线传感器网络发展历程111212 传感器网的影响 Chap2 无线传感器网络发展历程121313 未来四大高技术将掀起新产业浪潮 传感器网的影响Chap2 无线传感器网络发展历程13NEXTChap 3Chap 3无线传感器网络体系架构无线传感器网络体系架构1515 系统架构Chap3 无线传感器网络体系架构151616 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 节点架构Chap3 无线传感器网络体系架构161717 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 传感器节点结构Chap3 无线传感器网络体系架构171818 网络架构Chap3 无线传感器网络体系架构网络服务接口网络服务接口网络管理接口网络管理接口18NEXTChap 4Chap 4无线传感器网络技术特点无线传感器网络技术特点2020 例如例如：对森林、草原进行防火监测、野生动物活动：对森林、草原进行防火监测、野生动物活动情况监测、环境监测往往要布置大量的无线传感器节点，情况监测、环境监测往往要布置大量的无线传感器节点，布设范围也往往超过一般的局域网范围布设范围也往往超过一般的局域网范围Chap4 无线传感器网络技术特点1网络规模大（节点数量多）p布置大量的无线传感器节点的优点布置大量的无线传感器节点的优点： 1 1提高整体监测的精确度提高整体监测的精确度 2 2降低对单个节点的精度要求降低对单个节点的精度要求 3 3大量冗余节点的存在使得系统有较强的容错性能大量冗余节点的存在使得系统有较强的容错性能202121 与局部网的布设不同，无线传感器节点的位置布设前不能事先与局部网的布设不同，无线传感器节点的位置布设前不能事先确定（飞机撒布、人员随机布设），节点之间的相互邻居关系也不确定（飞机撒布、人员随机布设），节点之间的相互邻居关系也不能事先确定。

能事先确定 要求：要求：无线传感器节点具有自组织能力，能够自动进行配置管理无线传感器节点具有自组织能力，能够自动进行配置管理 实现方法：实现方法：通过拓扑控制机制和网络路由协议自动形成能够转发数通过拓扑控制机制和网络路由协议自动形成能够转发数据的多跳无线网络系统据的多跳无线网络系统2自组织网络Chap4 无线传感器网络技术特点212222 无线无线传感器网络的拓扑结构经常改变原因：传感器网络的拓扑结构经常改变原因： 1被动改变被动改变 1）传感器节点电能耗尽传感器节点电能耗尽 2）环境变化造成通信故障环境变化造成通信故障 3）传感器节点本身出现故障传感器节点本身出现故障 2主动改变主动改变 1）增加新节点增加新节点 2）根据路由算法的优化做出的改变根据路由算法的优化做出的改变3动态性网络Chap4 无线传感器网络技术特点222323 1传感器节点本身硬件结构可靠传感器节点本身硬件结构可靠 布设时：可能通过飞机撒布、炮弹（火箭）布设时：可能通过飞机撒布、炮弹（火箭）发射、布设发射、布设 工作时：风吹、日晒、雨淋严寒、酷暑工作时：风吹、日晒、雨淋严寒、酷暑 维护性：维护十分困难（几乎不可能）。

维护性：维护十分困难（几乎不可能）2网络结构可靠网络结构可靠 自组织、动态性保证基本的信息传输正常自组织、动态性保证基本的信息传输正常3软件可靠软件可靠 鲁棒性强鲁棒性强4信息保密性强信息保密性强4可靠性强Chap4 无线传感器网络技术特点232424 互联网互联网上传递的信息是五花八门的，但是无线传感器网络传递的上传递的信息是五花八门的，但是无线传感器网络传递的信息与所关心的信息与所关心的物理量物理量密切相关密切相关不同的不同的应用背景应用背景对无线传感器网络的需求不同最终导致其硬件对无线传感器网络的需求不同最终导致其硬件平台、软件系统甚至网络协议都不同所以在无线传感器网络中平台、软件系统甚至网络协议都不同所以在无线传感器网络中很难找到一种统一的通信协议平台很难找到一种统一的通信协议平台为了实现高效率，往往要针对一个具体应用来研究无线传感器网为了实现高效率，往往要针对一个具体应用来研究无线传感器网络技术络技术5应用相关性Chap4 无线传感器网络技术特点242525 在在互联网中终端、主机、路由器、服务器等设备都有自己的互联网中终端、主机、路由器、服务器等设备都有自己的IP地址想访问互联网中资源，必须先知道存放资源的服务器的想访问互联网中资源，必须先知道存放资源的服务器的IP地址。

所地址所以以互联网是一个以地址为中心的网络互联网是一个以地址为中心的网络而无线传感器网络是而无线传感器网络是任务型网络任务型网络在WSN中，节点虽然也有编号中，节点虽然也有编号但是编号是否在整个但是编号是否在整个WSN中统一取决于具体需要另外节点编号与中统一取决于具体需要另外节点编号与节点位置之间也没有必然联系节点位置之间也没有必然联系用户使用用户使用WSN查询事件时，将关心的事件报告给整个网络而不是查询事件时，将关心的事件报告给整个网络而不是某个节点许多时候只关心结果（数据）如何，而不关心是哪个节某个节点许多时候只关心结果（数据）如何，而不关心是哪个节点发出的数据点发出的数据6以数据为中心Chap4 无线传感器网络技术特点252626 传感器节点的限制电源能量有限：电池供电、难于更换电池供电、难于更换通信能力有限：距离小于距离小于100100M M； 速率速率小于小于1 1，000kbps000kbps计算和存储能力有限：处理器能力弱、存储容量小处理器能力弱、存储容量小Chap4 无线传感器网络技术特点262727 结点数量更为庞大多数节点为静止节点分布更为密集结点更容易出错能量约束拓扑结构变化频繁l几十至上百个节点l局域网l节点全移动l结构变化（移动）l能量可连续提供l点到点通信WSN移动Ad hoc 网络VSVSChap4 无线传感器网络技术特点27NEXTChap 5Chap 5无线传感器网络研究进展无线传感器网络研究进展2929 l 美国陆军的研究计划“灵巧传感器网络通信” （20012005，通用通信基础设施）“无人值守地面传感器群” （支持陆军更广阔视野）“战场环境侦察与监视系统” （侦察和情报）l 美国海军的研究计划“传感器网络系统”（战术和战略级的传感器信息管理）“网状传感器系统CEC（Cooperativeengagementcapability)(装载在舰艇和战斗机群上，进行高精度侦察）l 美国国防部SmartSensorWeb，5个尖端研究领域之一 （以Web为中心的传感器信息分发和融合网络）l 美国Sandia国家实验室和能源部 （发现对地铁、车站的生化武器袭击）Chap5 WSN研究进展军事领域293030 民用领域美国交通部国家智能交通系统项目规划，1995开始，2025投入使用（用传感器网络进行地面交通管理）Intel公司基于微型传感器网络的新型计算发展项目，2002发布开发超微型传感器美国DustNetworks和CrossbowTechnologies等公司： MOTE（尘粒） Smartdust(智能灰尘） 已进入应用测试民用领域Chap5 WSN研究进展303131 美国自然科学基金委（NSF）推动下，加州大学伯克利分校、麻省理工、波士顿大学等研究机构率先开展了无线传感网络的关键技术和基础理论的研究工作英国、意大利、日本等国的大学和研究机构学术科技界的研究集中在网络技术、通信协议、感知数据查询处理技术和应用试验等方面学术与科技界Chap5 WSN研究进展313232 我国的无线传感网络及其应用研究起于1999年中国科学院知识创新工程试点领域方向研究的信息与自动化领域研究报告，并成为该领域提出的五个重大项目之一，是我国科技领域内少数位于世界前列的方向之一。

主要研究机构：主要研究机构：中国科学院上海微系统研究所、软件研究所、电子所和自动化所等科研机构，清华大学、上海交通大学、北京邮电大学和天津大学等院校，中国移动、华为等大型企业都较早开展了无线传感网络的研究项目资金支持：项目资金支持：国家中长期科学与技术发展规划的重大专项、优先发展主题、科技前沿等部分，都将无线传。