无线传感器网络ppt课件
合集下载
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(WSN)综述-PPT课件
无线传感器网络（WSN）综述
2010/5/6
主要内容：
WSN概述 历史以及发展现状 WSN的体系结构 WSN的特征 WSN的应用 WSN的协议 关键技术 未来发展机遇展望
WSN概述
无线传感器网络（wireless sensor network, WSN）系统是当前在国际上备受关 注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的 前沿热点研究领域。它综合了传感器技术、嵌 入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分 布式信息处理技术等。
传感器网络由物理层、数据链路 层、网络层、传输层、应用层、 能量管理平面、移动性管理平面 和任务管理平面八个部分组成。
传感器网络协议栈
WБайду номын сангаасN的特征
☆与无线网络的区别 传感器网络集成了监测、控制以及无线通 信的网络系统，节点数目庞大（上千甚至上 万），分布密集，因环境和能量的耗尽，容易 出现故障。能量、处理能力、存储能力、通信 能力有限。不同于传统无线网络的高服务质量 和高效的带宽的利用，节能是其设计的首要考 虑因素。
特点之四——可靠的网络
由于监测区域环境的限制以及传感器节 点数目巨大，不可能人工“照顾”每个传感器 节点，网络的维护十分困难甚至不可维护。传 感器网络的通信保密性和安全性也十分重要， 要防止监测数据被盗取和获取伪造的监测信息。 因此，传感器网络的软硬件必须具有鲁棒性和 容错性。
特点之五——应用相关的网络
WSN概述（续）
无线传感器网络（wireless sensor network, WSN）就是由部署在检测区域内大量的廉价 卫星传感器节点组成，通过无线通信方式形成 的一个多跳的自组织的网络系统，目的是协作 地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知的对 象信息，并发送给观察者。 构成WSN的三要素： 传感器、感知对象、观察者。
2010/5/6
主要内容：
WSN概述 历史以及发展现状 WSN的体系结构 WSN的特征 WSN的应用 WSN的协议 关键技术 未来发展机遇展望
WSN概述
无线传感器网络（wireless sensor network, WSN）系统是当前在国际上备受关 注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的 前沿热点研究领域。它综合了传感器技术、嵌 入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分 布式信息处理技术等。
传感器网络由物理层、数据链路 层、网络层、传输层、应用层、 能量管理平面、移动性管理平面 和任务管理平面八个部分组成。
传感器网络协议栈
WБайду номын сангаасN的特征
☆与无线网络的区别 传感器网络集成了监测、控制以及无线通 信的网络系统，节点数目庞大（上千甚至上 万），分布密集，因环境和能量的耗尽，容易 出现故障。能量、处理能力、存储能力、通信 能力有限。不同于传统无线网络的高服务质量 和高效的带宽的利用，节能是其设计的首要考 虑因素。
特点之四——可靠的网络
由于监测区域环境的限制以及传感器节 点数目巨大，不可能人工“照顾”每个传感器 节点，网络的维护十分困难甚至不可维护。传 感器网络的通信保密性和安全性也十分重要， 要防止监测数据被盗取和获取伪造的监测信息。 因此，传感器网络的软硬件必须具有鲁棒性和 容错性。
特点之五——应用相关的网络
WSN概述（续）
无线传感器网络（wireless sensor network, WSN）就是由部署在检测区域内大量的廉价 卫星传感器节点组成，通过无线通信方式形成 的一个多跳的自组织的网络系统，目的是协作 地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知的对 象信息，并发送给观察者。 构成WSN的三要素： 传感器、感知对象、观察者。
《无线传感器网络》课件
能耗问题
总结词
无线传感器网络的能耗问题是制约其发展的 关键因素之一。
详细描述
由于无线传感器网络中的节点通常由电池供 电，而电池寿命有限，因此如何降低能耗， 延长节点寿命是亟待解决的问题。此外，在 某些应用场景中，频繁更换电池或充电会给
维护带来困难和成本增加。
标准化问题
总结词
无线传感器网络的标准化问题涉及到不同厂商和应用 的互操作性问题。
开发工具包括硬件开发工具和软件 开发工具，硬件开发工具用于开发 传感器节点硬件电路板，软件开发 工具用于编写、调试和测试应用程 序代码。
03
无线传感器网络的通信协议
MAC协议
信道分配
MAC协议负责无线信道的分配，确保节点 间的通信不会发生冲突。
能量效率
MAC协议应考虑能量效率，避免过多的空 闲监听和数据重传。
动态环境适应性
路由协议应能适应网络拓扑的变化和 节点的动态加入/离开。
能量感知协议
能量管理
能量感知协议旨在有效地管理节点的能量，延长网络的生命周期。
节能技术
采用诸如功率控制、休眠机制等节能技术来降低能耗。
负载均衡
通过均衡节点的负载来降低能耗，避免某些节点过早耗尽能量。
能量预测
利用历史数据预测节点的剩余能量，优化路由和任务分配。
06
无线传感器网络的挑战与展望
安全性问题
总结词
无线传感器网络面临多种安全威胁，如数据 窃取、恶意攻击、篡改等。
详细描述
由于无线传感器网络中的节点通常部署在无 人值守的环境中，因此容易受到攻击者的窃 听、干扰和恶意篡改。攻击者可能通过截获 节点间的通信数据，获取敏感信息，或者对 网络进行破坏，导致网络瘫痪或数据传输错 误。
《无线传感器网络》PPT课件
精选ppt
2
• 现代微型传感器
–感知能力＋计算能力＋通信能力 –体积小 –能耗小 –由六部分组成
精选ppt
3
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
采集数据 • 能量供应模块：提供能量
精选ppt
4
传感器网络的三要素
– 每个传感器仅具有有限的存储器和 计算资源，难以处理巨大的实时数 据流
精选ppt
17
传感器节点的限制
• 以数据为中心
– 传感器网络不是通常的网络
• 用户感兴趣的是数据而不是网络和传感器硬件
– 用户很少询问“A节点到B节点的连接是如何实现的？” – 用户经常询问“网络覆盖区域中那些地区出现毒气？”
– 传感器网络中传感器节点密集，数量 巨大，可能达到几百、几千万，甚至 更多
– 传感器网络可以分布在很大区域，也 可以分布在险恶环境下
– 传感器数量大、分布广的特点使得网 络的维护十分困难甚至不可维护
精选ppt
16
传感器节点的限制
• 感知数据流无限
– 传感器网络每个传感器都产生无限 的流式数据，并具有实时性
• 传感器传输1位信息需要的电能足以执行 3000条计算指令
精选ppt
14
传感器节点的限制
• 计算能力有限
– 传感器网络中传感器通常都具有嵌入式处 理器和存储器，具有计算能力
– 但是，处理器性能、存储器容量和能源都 很有限，导致传感器的计算能力十分有限
精传感器数量大、分布范围广
精选ppt
19
传感器节点的限制 • 需要多种多样的感知 器
无线传感器网络体系结构PPT课件
1.传感器节点 （1）数据采集模块 （2）处理控制模块 （3）无线通信模块 （4）能量供应模块 2. 汇聚节点 3.管理节点
第2章 无线传感器网络体系结构
.
6
2.2.2 无线传感器网络软件体系结构
第2章 无线传感器网络体系结构
无线传感器网络中间件和平台软件体系结构主要分为四个层次：网络适配 层、基础软件层、应用开发层和应用业务适配层。其中，网络适配层和基础 软件层组成无线传感器网络节点嵌入式软件(部署在无线传感器网络节点中) 的体系结构，应用开发层和基础软件层组成无线传感器网络应用支撑结构 (支持应用业务的开发与实现)。
第2章 无线传感器网络体系结构
2.1 体系结构概述
无线传感器网络包括4类基本实体对象：目标、观测节 点、传感节点和感知视场。另外，还需定义外部网络、远 程任务管理单元和用户来完成对整个系统的应用刻画，如 图2-1所示。
目标
外部网络 （UAV、卫星通信
网、互联网等）
远程任务管理
用户
数据传输或 信令交换
分布式网络服务接口
分布式网格 管理接口
应用层 传输层 网络层 数据链路层
安
Qos
路由
全 机
制
信道接入
拓扑生成
无线电
.
红外线
能
源
管
理
网
络
管
拓
理
扑
管
理
光波
9
无线传感网络结构
• 一、单跳网络
• 概念：为了向汇聚节点传送数据，各传感 器节点可以采用单跳方式将各自的数据直 接发送给汇聚节点，采用这种方式所形成 的网络结构 为单跳网络结构。
. 传感器节点
感知现场 1
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
.
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)
无线网络技术_第8章 无线传感器网络
❖ 有效范围小：有效覆盖范围10~75米，具体依据实 际发射功率大小和各种不同的应用模式而定
❖ 工作频段灵活：使用频段为2.4GHz、868MHz（欧 洲）和915MHz（美国），均为免执照（免费）的 频段
8.4 无线传感器网络的应用
❖ 最初源于军事上的需求 ❖ 后逐渐被被用于农业，医学等领域
安全/监控
闲侦听，以便接收可能传输给自己的数据。过度的 空闲侦听或者没必要的空闲侦听同样会造成节点能 量的浪费。 (4)在控制节点之间的信道分配时，如果控制消息过多， 也会消耗较多的网络能量。
MAC协议分类标准
❖ 采用分布式控制还是集中控制 ❖ 使用单一共享信道还是多个信道 ❖ 采用固定分配信道方式还是随机访问信道方式
❖ 网络层(Network Layer)
网络层协议主要负责路由发现和维护
路由协议可以划分为平面路由协议和分级路由协 议
WSN 路由协议设计要遵从如下原则
❖ 能量利用率优先考虑 ❖ 数据为中心 ❖ 不影响传感器节点探测精度条件下的数据聚合 ❖ 理想的节点定位和目标追踪
❖ 传输层(Transport Layer)
❖链路层（Data Link Layer）
链路层协议用于建立可靠的点到点或点到多点通信链路, 主要由介质访问控制(Medium Access Control ,简称MAC) 组成,MAC协议的基本作用是避免点到点通讯时冲突的发 生。
传感器网络的MAC协议必须满足两项基本要求:首先是组 建网络底层基础设施,实现多跳并具备自组织特性的节点 无线通讯;其次是在节点通讯过程中实现平等高效的资源 共享
❖ 确定事件发生的位置或获取消息的节点位置是传感 器网络最基本的功能之一，对无线传感器网络应用 的有效性起着关键的作用。
❖ 工作频段灵活：使用频段为2.4GHz、868MHz（欧 洲）和915MHz（美国），均为免执照（免费）的 频段
8.4 无线传感器网络的应用
❖ 最初源于军事上的需求 ❖ 后逐渐被被用于农业，医学等领域
安全/监控
闲侦听，以便接收可能传输给自己的数据。过度的 空闲侦听或者没必要的空闲侦听同样会造成节点能 量的浪费。 (4)在控制节点之间的信道分配时，如果控制消息过多， 也会消耗较多的网络能量。
MAC协议分类标准
❖ 采用分布式控制还是集中控制 ❖ 使用单一共享信道还是多个信道 ❖ 采用固定分配信道方式还是随机访问信道方式
❖ 网络层(Network Layer)
网络层协议主要负责路由发现和维护
路由协议可以划分为平面路由协议和分级路由协 议
WSN 路由协议设计要遵从如下原则
❖ 能量利用率优先考虑 ❖ 数据为中心 ❖ 不影响传感器节点探测精度条件下的数据聚合 ❖ 理想的节点定位和目标追踪
❖ 传输层(Transport Layer)
❖链路层（Data Link Layer）
链路层协议用于建立可靠的点到点或点到多点通信链路, 主要由介质访问控制(Medium Access Control ,简称MAC) 组成,MAC协议的基本作用是避免点到点通讯时冲突的发 生。
传感器网络的MAC协议必须满足两项基本要求:首先是组 建网络底层基础设施,实现多跳并具备自组织特性的节点 无线通讯;其次是在节点通讯过程中实现平等高效的资源 共享
❖ 确定事件发生的位置或获取消息的节点位置是传感 器网络最基本的功能之一，对无线传感器网络应用 的有效性起着关键的作用。
无线传感器网络技术ppt课件
.
11
模拟调制和数字调制
数字调制是用数字基带信号对高频载波的 某一参量进行控制，使高频载波随着数字 基带信号的变化而变化。目前通信系统都 在由模拟制式向数字制式过渡，因此数字 调制已经成为了主流的调制技术。
.
12
数字调制
幅度
频率
相位
通过调节三个参数可以表达信息
.
13
幅度调制 Amplitude shift keying e.g. MICA TR1000
-110(2.4kBaud)
19.7 250k -25~0 -94(250kBaud1)9
物理层帧结构
4B
1B
1B
前导码
SFD 帧长度（7位） 保留位
同步头
帧的长度，最大为128B
可变长度 PSDU
PHY负荷
前导码：第一个字段，其字节数一般取4， 收发器在接收前导码期间会根据前导码序列 的特征完成片同步和符号同步，当然字节数 越多同步效果越好，但那需要更多的能量消 耗。
.
15
直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS)
跳频(Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS)
跳时(Time Hopping Spread Spectrum, THSS)
宽带线性调频扩频(chirp Spread Spectrum, chirp-SS，简称切普扩频)。
提供传送数据的通路 传输数据 其他管理功能
.
PPDU数据
Bit to Symbol Symbol to Chip
Modulator RF信号
2
物理接口标准
通常物理接口标准对物理接口的四个特性进行了描述：
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
布设时：可能通过飞机撒布，人员随机撒布 工作时：风吹、日晒、雨林、严寒、酷暑。
维护性 ：维护十分困难(几乎不可能)。 (2)网络结构可靠 自组织网、动态性保证基本的信息传输正常。 (3)软件可靠 (4)信息保密性强 5、以数据为中心
在互联网中终端、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IP地址。所 以互联网是一个以地址为中心的网络。而无线传感器网络是任务型网 络。在WSN中，节点虽然也有编号。但是编号是否在整个WSN中统一取 决于具体需要。另外节点编号与节点位置之间也没有必然联系。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。
• 目前WSN尚处于研究阶段，为了加快其实用化进程，国外 建设了许多演示系统，相关的理论研究成果也很多。近年 来国，内一些科研院所和高校也开展WSN理论和应用的研 究。
传统的感知方法
WSN体系结构
• WSN是一种分布式网络系统，采用多跳的通信方式，其网 络拓扑结构动态变化，具有自组织、自控制以及自适应等 智能属性，有传感器节点、感知对象和观察者三者基本组 成。
WSN网络协议拓扑图 (1)时间同步和定位子协议
依赖于数据传输控制层进行定位和时间同步，同时又为 路由等几层协议提供支持。 (2)能量管理 在各个层次之中都要增加能量控制代码。
• 无线传感器网络是基于微电子技术、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实现的。 WSN典型工作如下：使用飞行器将大量节点抛撒到感兴趣 的区域，节点通过自组织快速形成一个无线网络。节点既 是信息的采集者和发出者，也充当着信息的路由着，采集 的数据通过多跳路由到达网关。网关也是一类特殊的节点 ，可以通过lnternet、移动通信网络、卫星等与监控中心 通信。
WSN的网络协议层次
WSN协议栈示意图
物理层提供简单健壮的信号调制和无线收发技术。 数据链路层负责数据帧、帧检测、媒体访问和差错控制。 网络层主要负责路由生成与路由选择。 传输层主要负责数据流的传输控制，是保证通信服务质量 的重要部分。 应用层包括一系列基于监测任务的应用层软件。 能量管理平台管理传感器节点如何使用能量，在各个协议 层都需要考虑节省能量。 移动管理平台检测并注册传感器节点的移动，维护到汇聚 节点的路由，使得传感器节点能够动态跟踪其邻居的位置 。 任务管理平台在一个给定的区域平衡和调度监测任务。
1、网络规模大（节点数量多）
例如：对森林、草原进行防火监控、野生动物活动情 况监测、坏境监测往往要布置大量的无线传感器节点，布
设范围也远远超过一般的局域网范围。
布置大量的无线传感器节点的优点：
(1)提高整体监测的精确度
(2)降低对单个节点的精确要求
(3)大量冗余节点的存在使得系统有较强的容错性。
2、 自组织网络
与局部网的布设不同，无线传感器节点额位置布设前不能 事先确定(飞机撒布、人员随机布设)，节点之间的互相邻 居关系也不能事先确定。
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。
实现的方法是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。 3、动态性网络 无线传感器网络的拓扑结构经常改变。原因： (1)被动改变：传感器节点电能耗尽；环境变化造成通信 故障；传感器节点本身出现故障。 (2)主动改变：增加新节点；根据路由算法的优化做出的 改变。 4、可靠性强 (1)传感器节点本身硬件结构可靠
• 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。
传感器节点的一般结构
传感器节点的具体产品
• 根据无线传感器网络节点示意图可以看出： 无线传感器网络节点实际是一个微型嵌入式系统。 特点：
1、电源能量有限：电池供电、难于更换。 2、通信能力有限：距离小于100M；速率小。 3、计算处理能力有限：处理器能力弱、存储容量小。
WSN采用微型传感器节点采集信息，各节点间具有自 组织和协同工作的能力，网络内部采用无线多跳通信方式 ，与传统的SN相比具有以下优势：
1、精确高：实现单一的传感器无法实现的密集空间采样 及近距离监测。
2、灵活性强：一经部署无需人为干预。
3、可靠性高：可以避免单点失效问题
4、性价比高：降低有线传输成本，随着技术的发展，传 感器成本低。
• 观测对象是观察者感兴趣的区域，诸如坦克、飞机、动物 有害物质等物体。一般通过物理现象、化学现象或其他现 象的数字量进行表征。
• 观察者是WSN的终端用户，是感测信息的接收者和使用者 ，可以使人、计算机或其他外部设备。
WSN的特点及优势
WSN并不非常简单的理解为利用无线通信方式多个传 感器节点进行组网，它具有本身的特性及优势。
基于无线传感器网络的多网融合体系结构：
• 传感器节点：它具有信息采集、处理、控制和通信等功能 ，对于网络而言它有兼顾其他节点和路由器的功能。
• 在无线传感器网络中，网关担当网络间的协议转换器，不 同网络类型的网络路由器，全网数据聚集、存储等重要角 色，成为网络间连接不可缺少的纽带。传统的WSN网关是 利用汇聚节点与PC机相结合来实现的，利用PC机与外部网 络连接将无线传感器网络的数据进行远距离传输。
无线传感器网络
Wireless Sensor Networks
引言
• 近年来，随着传感器、计算机、无线通信及微机等技 术的发展和相互融合，产生了无线传感器网络（WSN， wireless sensor networks）。WSN技术与当今主流无线网络 技术使用同一个标准——802.15.14，它是指由大量的廉价 微型传感节点组成，通过无线通信方式形成的一个自组织 的网络系统。可应用于布线和电源供给困难的区域、人员 不能到达的区域和一些临时场合等。不需要固定网络支持 ，具有快速展开、抗损坏性强等特点，可广泛应用于军事 、工业、交通、环保等领域，引起人们广泛关注
维护性 ：维护十分困难(几乎不可能)。 (2)网络结构可靠 自组织网、动态性保证基本的信息传输正常。 (3)软件可靠 (4)信息保密性强 5、以数据为中心
在互联网中终端、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IP地址。所 以互联网是一个以地址为中心的网络。而无线传感器网络是任务型网 络。在WSN中，节点虽然也有编号。但是编号是否在整个WSN中统一取 决于具体需要。另外节点编号与节点位置之间也没有必然联系。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。
• 目前WSN尚处于研究阶段，为了加快其实用化进程，国外 建设了许多演示系统，相关的理论研究成果也很多。近年 来国，内一些科研院所和高校也开展WSN理论和应用的研 究。
传统的感知方法
WSN体系结构
• WSN是一种分布式网络系统，采用多跳的通信方式，其网 络拓扑结构动态变化，具有自组织、自控制以及自适应等 智能属性，有传感器节点、感知对象和观察者三者基本组 成。
WSN网络协议拓扑图 (1)时间同步和定位子协议
依赖于数据传输控制层进行定位和时间同步，同时又为 路由等几层协议提供支持。 (2)能量管理 在各个层次之中都要增加能量控制代码。
• 无线传感器网络是基于微电子技术、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实现的。 WSN典型工作如下：使用飞行器将大量节点抛撒到感兴趣 的区域，节点通过自组织快速形成一个无线网络。节点既 是信息的采集者和发出者，也充当着信息的路由着，采集 的数据通过多跳路由到达网关。网关也是一类特殊的节点 ，可以通过lnternet、移动通信网络、卫星等与监控中心 通信。
WSN的网络协议层次
WSN协议栈示意图
物理层提供简单健壮的信号调制和无线收发技术。 数据链路层负责数据帧、帧检测、媒体访问和差错控制。 网络层主要负责路由生成与路由选择。 传输层主要负责数据流的传输控制，是保证通信服务质量 的重要部分。 应用层包括一系列基于监测任务的应用层软件。 能量管理平台管理传感器节点如何使用能量，在各个协议 层都需要考虑节省能量。 移动管理平台检测并注册传感器节点的移动，维护到汇聚 节点的路由，使得传感器节点能够动态跟踪其邻居的位置 。 任务管理平台在一个给定的区域平衡和调度监测任务。
1、网络规模大（节点数量多）
例如：对森林、草原进行防火监控、野生动物活动情 况监测、坏境监测往往要布置大量的无线传感器节点，布
设范围也远远超过一般的局域网范围。
布置大量的无线传感器节点的优点：
(1)提高整体监测的精确度
(2)降低对单个节点的精确要求
(3)大量冗余节点的存在使得系统有较强的容错性。
2、 自组织网络
与局部网的布设不同，无线传感器节点额位置布设前不能 事先确定(飞机撒布、人员随机布设)，节点之间的互相邻 居关系也不能事先确定。
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。
实现的方法是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。 3、动态性网络 无线传感器网络的拓扑结构经常改变。原因： (1)被动改变：传感器节点电能耗尽；环境变化造成通信 故障；传感器节点本身出现故障。 (2)主动改变：增加新节点；根据路由算法的优化做出的 改变。 4、可靠性强 (1)传感器节点本身硬件结构可靠
• 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。
传感器节点的一般结构
传感器节点的具体产品
• 根据无线传感器网络节点示意图可以看出： 无线传感器网络节点实际是一个微型嵌入式系统。 特点：
1、电源能量有限：电池供电、难于更换。 2、通信能力有限：距离小于100M；速率小。 3、计算处理能力有限：处理器能力弱、存储容量小。
WSN采用微型传感器节点采集信息，各节点间具有自 组织和协同工作的能力，网络内部采用无线多跳通信方式 ，与传统的SN相比具有以下优势：
1、精确高：实现单一的传感器无法实现的密集空间采样 及近距离监测。
2、灵活性强：一经部署无需人为干预。
3、可靠性高：可以避免单点失效问题
4、性价比高：降低有线传输成本，随着技术的发展，传 感器成本低。
• 观测对象是观察者感兴趣的区域，诸如坦克、飞机、动物 有害物质等物体。一般通过物理现象、化学现象或其他现 象的数字量进行表征。
• 观察者是WSN的终端用户，是感测信息的接收者和使用者 ，可以使人、计算机或其他外部设备。
WSN的特点及优势
WSN并不非常简单的理解为利用无线通信方式多个传 感器节点进行组网，它具有本身的特性及优势。
基于无线传感器网络的多网融合体系结构：
• 传感器节点：它具有信息采集、处理、控制和通信等功能 ，对于网络而言它有兼顾其他节点和路由器的功能。
• 在无线传感器网络中，网关担当网络间的协议转换器，不 同网络类型的网络路由器，全网数据聚集、存储等重要角 色，成为网络间连接不可缺少的纽带。传统的WSN网关是 利用汇聚节点与PC机相结合来实现的，利用PC机与外部网 络连接将无线传感器网络的数据进行远距离传输。
无线传感器网络
Wireless Sensor Networks
引言
• 近年来，随着传感器、计算机、无线通信及微机等技 术的发展和相互融合，产生了无线传感器网络（WSN， wireless sensor networks）。WSN技术与当今主流无线网络 技术使用同一个标准——802.15.14，它是指由大量的廉价 微型传感节点组成，通过无线通信方式形成的一个自组织 的网络系统。可应用于布线和电源供给困难的区域、人员 不能到达的区域和一些临时场合等。不需要固定网络支持 ，具有快速展开、抗损坏性强等特点，可广泛应用于军事 、工业、交通、环保等领域，引起人们广泛关注