第7章 无线传感器网络20111218

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第7章 无线传感器网络金光,江先亮

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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

Jin & Jiang, 无线网络技术教程：原理、应用与仿真实验, Tsinghua University Press

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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实信 息。

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☆WSN综合了传感器、嵌入式计算、分布式信息 处理、无线通信等技术，能协作地实时监测、感 知、采集网络区域内的各种环境或被监测对象的 信息，并处理信息，进一步获取更详尽准确的数 据，传送给需要这些数据信息的用户。

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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。

☆无线传感器节点的处理能力、存储能力、通信能力和电池能量等都十分有限。

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WSN的特点 ☆网络规模大 ☆低速率 ☆低功耗 ☆低成本 ☆短距离 ☆高可靠 ☆动态性6

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WSN面临的技术挑战☆通信能力有限 ☆电源能量有限 ☆传感器计算能力有限 ☆传感器数量大、分布范围广 ☆网络动态性 ☆大规模的分布式触发器 ☆感知数据流巨大 ☆以数据为中心

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无线传感器网络的研究热点 ☆能量 ☆跨层设计 ☆安全详细内容见教材141-142页

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无线传感器网络的体系结构

无线传感器网络的应用系统架构☆WSN涉及数据采集、处理和传输三种功能，对 应现代信息技术中的传感器技术、计算机技术和 通信技术 ☆传感器、感知对象和用户是WSN的三个基本要 素 ☆协作式的感知、采集、处理和发布感知信息是 WSN的基本功能 ☆无线网络是传感器之间、传感器与用户之间的 通信路径

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现代信息技术 传感器技术 计算机技术 传感器技术 通信技术

信息系统

感官 大脑 传感器技术

神经

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WSN技术与信息系统的对应关系Jin & Jiang, 无线网络技术教程：原理、应用与仿真实验, Tsinghua University Press10

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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)卫星 互联网 移动通信网络 汇聚节点E D C B A

管理节点 终端用户 监测区域 传感器节点

WSN的宏观系统架构Jin & Jiang, 无线网络技术教程：原理、应用与仿真实验, Tsinghua University Press11

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☆传感器节点通过自组织方式构成网络 ☆传感器节点初步处理所感知到的信息后，以多 跳中继的方式将其传送给汇聚节点，再通过卫星 网、因特网或移动通信网等途径，传送到最终用 户所在的管理节点 ☆终端用户即可通过管理节点对所需信息进行相 应处理和操作 ☆每个传感器节点都有信息采集和路由双重功能

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无线传感器网络的节点组成传感器节点包含传感模块、计算模块、通信模块、 存储模块、电源模块和嵌入式软件组成 ☆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 ☆通信模块负责发送和接收网络管理和探测数据 ☆电源模块负责节点供电 ☆嵌入式软件系统运行网络的五层协议

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传感模块 传感器 数模转换

计算模块

通信模块

电源模块

存储模块

嵌入式软件

WSN的节点功能模块组成

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应用程序

内存传感器

AC/DC转换器传感模块

处理器 计算与存储模块

网 络 层

M A C 通信模块

物 理 层

电源

WSN终端节点的组成Jin & Jiang, 无线网络技术教程：原理、应用与仿真实验, Tsinghua University Press15

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典型的无线传感器节点Jin & Jiang, 无线网络技术教程：原理、应用与仿真实验, Tsinghua University Press16

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无线传感器网络的节点体系结构☆分层网络通信协议 由物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用 层组成 ☆网络管理平台 能量管理、拓扑控制、网络管理、QoS支持与安 全机制 ☆应用支撑平台 应用层软件，通过应用服务和网络管理接口提供 支持 WSN节点体系结构见教材图7.6

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无线传感器网络的网络结构☆WSN的节点往往被任意部署，主要通

过飞行器 播撒、人工埋置和火箭弹射等方式完成 ☆WSN的结构可分为平面结构和分级结构 ☆WSN中小规模网络采用平面结构，较大网络应 采用分级结构

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基站

节点

WSN的平面结构示意图Jin & Jiang, 无线网络技术教程：原理、应用与仿真实验, Tsinghua University Press19