传感网原理与技术第四章 传感网关键技术
传感器网络的工作原理
传感器网络的工作原理传感器网络，是由分布在空间中的许多传感器节点组成的系统。
这些传感器节点能够感知环境中的物理量，并将这些数据进行处理和传输。
传感器网络应用广泛，涉及农业、环境监测、交通控制、智能建筑等领域。
本文将介绍传感器网络的工作原理。
一、传感器节点传感器网络的基本组成单位是传感器节点。
每个传感器节点由传感器、处理器、通信模块和电源组成。
传感器负责收集环境数据，如温度、湿度、光照等。
处理器负责对传感器采集的数据进行处理和分析。
通信模块用于节点之间的通信，将数据传输给其他节点或者基站。
电源则提供节点所需的电力。
二、分布式网络结构传感器节点分布在一个区域内，形成一个分布式网络。
节点之间通过有线或者无线通信方式进行数据传输。
分布式结构具有容错性强、灵活性高的特点。
即使某些节点失效，网络仍然可以正常工作。
此外，传感器节点的数量可以根据需求进行扩展或者缩减，保持网络的灵活性。
三、数据采集与传输传感器节点通过传感器收集环境数据，并对数据进行处理和压缩。
然后，将处理后的数据发送给附近的邻居节点，并通过多跳方式传输给最终的基站。
多跳传输可以解决传感器节点通信距离有限的问题。
通过邻居节点的中转，数据可以达到较远的距离。
四、协同处理与决策传感器网络中的节点通常无法独自完成复杂的任务，因此需要协同工作。
节点之间可以共享数据和处理结果，从而实现分布式的数据处理与决策。
例如，在农业领域，传感器网络可以监测土壤湿度，并根据数据结果自动灌溉。
各个节点之间的协同处理可以提高系统的效率和性能。
五、能量管理传感器节点通常是使用电池供电的，能量管理是一个重要的问题。
由于节点分布广泛，无法人工更换电池。
因此，需要设计节能的数据采集和传输协议，以延长节点的使用寿命。
例如，可以使用睡眠模式来节约能量，在需要时再唤醒节点进行数据采集和传输。
六、安全与隐私保护传感器网络中的数据通常是敏感的，需要保证安全与隐私。
传感器网络可以采取多种方式来保护数据的安全。
传感网原理
传感网原理传感网是由大量分布在空间中的传感器节点组成的，这些节点能够感知环境中的各种信息，并通过无线通信进行数据传输和处理。
传感网的原理涉及到传感器节点、数据传输、数据处理和应用等方面。
首先，传感网的核心是传感器节点。
传感器节点是传感网的基本组成单元，它包括传感器、处理器、通信模块和能源模块。
传感器用于感知环境中的各种信息，比如温度、湿度、光照、声音等。
处理器用于对传感器采集到的数据进行处理和分析，通信模块用于节点之间的数据传输，而能源模块则提供节点所需的能量。
其次，传感网的数据传输是实现节点之间信息交换的重要手段。
传感网采用无线通信技术进行数据传输，通常包括无线传感器网络（WSN）和无线自组织网络（WAN）。
无线传感器网络是指由大量分布在空间中的传感器节点组成的网络，这些节点通过无线通信进行数据传输；而无线自组织网络是指节点之间通过无线通信自组织形成的网络。
另外，传感网的数据处理是对传感器节点采集到的数据进行处理和分析。
传感网中的数据处理包括数据采集、数据压缩、数据传输、数据存储和数据分析等环节。
传感网通过对采集到的数据进行处理和分析，可以实现对环境信息的感知和理解。
最后，传感网的应用涉及到各个领域，比如环境监测、智能交通、农业生产、医疗健康等。
传感网可以实现对环境信息的实时监测和控制，可以提高资源利用效率，改善生活质量，促进社会经济的可持续发展。
综上所述，传感网是由大量分布在空间中的传感器节点组成的网络，通过无线通信进行数据传输和处理，实现对环境信息的感知和理解，具有广泛的应用前景。
传感网的发展将为人类社会带来巨大的变革和发展机遇。
传感器网络工作原理
传感器网络工作原理传感器网络是由大量分布在特定区域内、具有感知、处理和通信能力的传感器节点组成的网络系统。
它通过在区域内部部署大量传感器节点，通过无线通信技术将这些节点连接起来，形成一个自组织、自适应的网络系统。
传感器节点通过感知、处理和传输节点数据实现对区域内环境的实时监测和数据采集，进而进行环境诊断、故障检测和事件跟踪等应用。
传感器节点是传感器网络的核心组成部分，节点的基本功能是感知和采集环境信息。
每个传感器节点通常包括一个或多个传感器、嵌入式处理器、存储器、无线通信模块和电能管理模块等。
传感器负责采集环境信息，例如温度、湿度、光照等；嵌入式处理器负责对采集的数据进行处理和分析；存储器用于存储采集的数据；无线通信模块负责与其他节点之间进行通信和协调；电能管理模块负责管理节点的电源供应，延长节点的使用寿命。
1.网络初始化：传感器网络的部署需要先进行网络初始化。
网络初始化包括节点的部署、节点间的通信连接、网络拓扑的构建等。
节点的部署需要根据具体应用的需求和区域特点进行合理安排，通信连接可以通过有线或者无线方式实现，网络拓扑的构建可以通过自组织方式实现。
2.数据采集与传输：传感器节点通过感知环境信息，并采集数据。
传感器节点将采集到的数据进行处理和压缩，然后通过无线通信方式传输给周围的邻居节点。
数据传输可以采用单跳方式，即节点直接与邻居节点通信；也可以采用多跳方式，即数据通过多个节点的中继传输到目的地。
3.数据处理与存储：节点接收到数据后，进行处理和分析。
节点可以根据具体应用的需求，对采集到的数据进行过滤、预处理和分析等操作。
节点还可以根据需要将处理后的数据存储在本地存储器中，以备后续的应用和查询。
4.节点协调与管理：传感器节点之间通过无线通信方式进行节点之间的协调和管理。
节点可以通过协作的方式完成一些任务，例如环境监测、事件跟踪等。
节点之间可以通过路由协议选择最佳路径进行数据传输，也可以通过协同的方式解决网络中的冲突和资源共享等问题。
无线传感网技术的原理与应用
无线传感网技术的原理与应用随着信息技术的发展，无线传感网技术已经成为了一个非常热门的领域。
无线传感网技术是一种在物理环境中使用传感器节点捕获、测量和处理数据的技术。
在这种技术中，传感器节点可以自主地通信，从而使得它们能够协作来收集和传输数据。
无线传感网技术的应用非常广泛，涵盖了物联网、智能交通、智慧城市等领域。
在本文中，我们将介绍无线传感网技术的原理与应用。
一、无线传感网技术的原理无线传感网技术的主要原理是使用一系列小型传感器来监测、测量和报告物理量，例如温度、湿度、光强等。
传感器节点可以通过无线通信协议来收集信息，并且可以通过自治决策来改变其行为。
例如，在野外环境中，传感器节点可以通过感知周围环境的变化来做出相应的响应。
无线传感网技术的体系结构通常由以下四个层级组成：（1）感知层：该层是无线传感网技术的前端，包括各种传感器节点和数据采集设备。
（2）传输层：该层包括在同一广播领域内以低功耗方式进行通信的协议。
（3）中介层：该层用于协调节点之间的通信和数据处理。
它通常由路由器、网关和服务器组成。
（4）应用层：该层是对数据进行解析和处理，以实现特定应用场景的层。
二、无线传感网技术的应用无线传感网技术的应用场景非常广泛。
以下是其中的几个典型应用：1.智能建筑在智能建筑中，无线传感网技术可以收集环境数据，例如温度、湿度和空气质量。
这些数据可以用来优化室内空调系统、照明系统等。
2. 智能交通在智能交通中，无线传感网技术可以监控交通流量和拥堵情况。
这些数据可以用于改善交通流畅度、提高安全性，还可以减少碳排放。
3. 智慧城市在智慧城市中，无线传感网技术可以用于监测垃圾箱、路灯和停车位等公共设施。
这些数据可以用于改进城市服务品质、提高城市安全性。
此外，无线传感网技术还可以应用于土地科学、农业、医疗等领域。
三、无线传感网技术的挑战和未来虽然无线传感网技术具有广泛的应用前景，但是也面临着一些挑战。
例如，传感器节点需要长期运行，并且常常处于悬挂或其他困难的环境中。
无线传感网络关键技术及其应用
无线传感网络关键技术及其应用无线传感网络（Wireless Sensor Networks，WSN）是一种由大规模传感器节点组成的网络，其节点可以感知到环境中的物理或化学变化，并将这些数据传输给中心节点或其他节点，以便进行信息处理或控制操作。
WSN可以应用于很多领域，如环境监测、军事侦察、智能交通等。
WSN在实际应用过程中还需要解决一些关键技术问题。
首先，无线传感节点的能源管理是WSN中的一个重要问题。
由于传感器节点有限的电池容量，需要开发出能够最大化能源利用和延长节点寿命的算法。
对于传感器节点，可以采用低功耗、低速率的处理器和无线传输模块，来降低能耗。
同时，开发基于能源消耗的路由算法，使节点选择最优的传输路径也可以减少能耗。
其次，WSN面临着网络安全问题。
传感器节点不能防范外界的多种攻击，不安全的网络环境会导致节点数据泄漏、节点失效甚至整个网络瘫痪。
因此，开发基于加密、身份认证和访问控制等多层次的安全机制，可以提高WSN的安全性。
最后，传感器节点的位置与部署也是WSN中的关键问题。
节点的部署不当会影响节点之间的通信质量，并且会浪费宝贵的电量和通信资源。
定位是WSN中的一个基本问题，通过定位技术可以有效地解决节点部署问题。
现在广泛使用的定位技术包括GPS、激光测距技术和声纳技术等。
WSN在环境监测、智能交通、自动控制等领域有着广泛的应用。
例如，在农业领域，利用WSN可以实现天气/温度变化的实时监测，从而实现精准灌溉和施肥，提高农业生产效率。
在智能交通管理领域，可以利用WSN实时监控交通流量和道路状况，以便预测交通拥堵情况，优化路线。
总之，WSN的研究有很大的前景和潜力。
能源管理、安全和节点定位是WSN中的三个重要问题。
解决这些问题有助于提高WSN的可靠性、安全性和性能。
传感网络原理 及应用
传感网络原理及应用
传感网络是指由传感器、无线通信设备和数据处理单元组成的网络系统。
通过各个节点间的通信协作，能够实现信息的采集、传输、处理和应用。
传感网络的工作原理是基于传感器的采集原理和无线通信技术。
传感器通过感知物理或化学量，并将其转化为电信号。
这些信号经过模数转换后，通过无线通信设备传输到对应的数据处理单元。
数据处理单元对接收到的信息进行处理，并根据具体的应用需求进行相应的控制或决策。
传感网络的应用十分广泛。
在环境监测领域，传感网络可用于监测大气污染、水质监测、土壤监测等，为环境保护和危险预警提供数据支持。
在农业领域，传感网络可以用于监测土壤湿度、温度等，实现精细农业的管理。
在交通领域，传感网络可以用于城市交通监测、智能停车等。
此外，传感网络还可以应用于医疗、能源管理、智能家居等领域。
在医疗领域，传感网络可以用于监测患者的生命体征，提供实时的健康状态。
在能源管理领域，传感网络可以用于监测能源消耗，实现能源的合理利用。
在智能家居领域，传感网络可以实现家居设备的远程控制和智能化管理。
总的来说，传感网络是一种基于传感器和无线通信技术的网络系统，能够实现信息的采集、传输、处理和应用。
在环境监测、农业、交通、医疗、能源管理和智能家居等领域都有广泛应用。
无线传感网络技术的工作原理
无线传感网络技术的工作原理随着科技的发展和物联网的普及，无线传感网络技术越来越重要，已经成为现代智能化的重要基础设施之一。
相信不少人对于无线传感网络技术都有一定的了解，但今天我将为大家详细介绍一下无线传感网络技术的工作原理。
一、无线传感网络技术概述无线传感网络技术是一种自组织、自适应的网络系统，由许多具有自主处理能力和通信功能的微小传感器节点组成。
每个传感器节点可以采集周围环境的温度、湿度、声音、光线等信息，通过局部耦合和全局合作传递和共享信息，实现对周围环境的建模和监测。
二、无线传感网络技术的组成结构一个简单的无线传感网络系统由传感器节点、路由器和监测中心组成。
其中，传感器节点负责采集周围环境信息并将其传输至路由器。
路由器负责将传感器节点的信息进行处理并转发至监测中心。
监测中心则将所有信息进行整合并作出相应的决策。
三、无线传感网络技术的工作原理无线传感网络技术的工作原理主要分为三个部分：传感器网络体系结构、传感器网络通讯和传感器网络协议。
1、传感器网络体系结构无线传感网络中的每个传感器节点都是一个微型计算机，它们通过感知、处理、传输和协同等技术将拥有不同功能的传感器节点有机地连接在一起，形成一个自组织的多层次、分布式、灵活可靠的传感器网络。
2、传感器网络通讯传感器节点无法直接进行信息传递，需要通过路由器进行通信。
在无线传感网络中，传感器节点和路由器之间使用地面无线电波进行通信，通过天线进行信号的接收和发送。
3、传感器网络协议为了实现无线传感网络的协同工作，需要使用一些特定的通信协议。
在无线传感网络中，常用的协议有MAC协议、网络层协议和传输层协议。
最常用的MAC协议是CSMA/CA协议。
这个协议使用类似于Ethernet的帧格式，在传感器节点之间进行数据传输时，先进行一次频道检测，如果检测到频道正在传输数据，则推迟发送自己的数据，如果没有，则自动发送。
传感器网络中的网络层协议主要是路由协议，它可以在网络中选择最短的路径和最佳的路由来传送数据。
无线传感器网络中的通信原理与技术
无线传感器网络中的通信原理与技术无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种由许多分布在广域范围内的自组织传感器节点组成的网络系统。
这些节点通过无线通信技术相互连接，协同工作以完成特定的任务。
本文将介绍无线传感器网络中的通信原理与技术。
一、无线传感器网络的通信原理无线传感器网络中的通信原理是基于信号传输和信息交换的。
无线传感器节点通过无线通信模块将感知到的环境信息转换为数字信号，并将信号传输给其他节点或基站。
传感器节点之间的通信依赖于以下几个原理：1.1 无线信号传输无线传感器节点之间的通信基于无线信号传输技术，通常使用的技术包括无线电频率、红外线和激光等。
其中，无线电频率是最常用的通信技术，它通过调制和解调技术将数字信息转换成无线电信号进行传输。
传感器节点通过接收和解码无线电信号来获取其他节点发送的信息。
1.2 自组织网络拓扑无线传感器网络中的节点是根据自组织网络拓扑原理进行组织和协同工作的。
自组织网络拓扑包括星形、网状和树状等结构。
其中，星形拓扑由一个中心节点连接多个传感器节点组成；网状拓扑是节点之间相互连接形成的网络结构；树状拓扑是由一个或多个父节点连接多个子节点组成的层次结构。
1.3 多跳通信由于无线传感器节点的通信范围有限，无法直接与所有其他节点进行通信。
所以，多跳通信原理被引入到无线传感器网络中。
节点通过与邻近节点的多次通信来实现与远距离节点的通信。
其中，中继节点起到重要的作用，它们负责将数据从一个节点传输到另一个节点。
二、无线传感器网络的通信技术无线传感器网络的通信技术涉及多个层次，包括物理层、数据链路层、网络层和应用层。
以下是其中几种常用的通信技术：2.1 低功耗无线通信技术由于无线传感器节点电量有限，低功耗无线通信技术被广泛应用。
其中，ZigBee是一种常见的低功耗无线通信技术，它适用于小范围、低速率的数据传输。
其他常用的低功耗通信技术包括Bluetooth Low Energy（BLE）和Z-Wave等。
无线传感器网络的关键技术
传感器网络的关键技术无线传感器网络作为当今信息领域新的研究热点，涉及多学科交叉的研究领域，有非感常多的关键技术有待发现和研究，下面仅列出部分关键技术。
1、网络拓扑控制对于无线的自组织的传感器网络而言，网络拓扑控制具有特别重要的意义。
通过拓扑控制自动生成的良好的网络拓扑结构，能够提高路由协议和MAC协议的效率，可为数据融合、时间同步和目标定位等很多方面奠定基础，有利于节省节点的能量来延长网络的生存期。
所以，拓扑控制是无线传感器网络研究的核心技术之一。
传感器网络拓扑控制目前主要研究的问题是在满足网络覆盖度和连通度的前提下，通过功率控制和骨干网节点的选择，剔除节点之间不必要的无线通信链路，生成一个高效的数据转发的网络拓扑结构。
拓扑控制可以分为节点功率控制和层次型拓扑结构形成两个方面。
功率控制机制调节网络中每个节点的发射功率，在满足网络连通度的前提下，减少节点的发送功率，均衡节点单跳可达的邻居数目；已经提出了COMPOW等统一功率分配算法，LINT／LILT和LMN ／LMA等基于节点度数的算法，CBTC、LMST、RNG、DRNG和DLSS等基于邻近图的近似算法。
层次型的拓扑控制利用分簇机制，让一些节点作为簇头节点．由簇头节点形成一个处理并转发数据的骨干网，其他非骨干网节点可以暂时关闭通信模块，进入休眠状态以节省能量；目前提出了TopDisc成簇算法，改进的GAF虚拟地理网格分簇算法，以及LEACH和HEED等自组织成簇算法。
除了传统的功率控制和层次型拓扑控制，人们也提出了启发式的节点唤醒和休眠机制。
该机制能够使节点在没有事件发生时设置通信模块为睡眠状态，而在有事件发生时及时自动醒来并唤醒邻居节点，形成数据转发的拓扑结构。
这种机制重点在于解决节点在睡眠状态和活动状态之间的转换问题，不能够独立作为一种拓扑结构控制机制，因此需要与其他拓扑控制算法结合使用。
2．网络协议由于传感器节点的计算能力、存储能力、通信能量以及携带的能量都十分有限，每个节点只能获取局部网络的拓扑信息，其上运行的网络协议也不能太复杂。
无线传感器网络的关键技术
传感器网络的关键技术无线传感器网络作为当今信息领域新的研究热点，涉及多学科交叉的研究领域，有非感常多的关键技术有待发现和研究，下面仅列出部分关键技术。
1、网络拓扑控制对于无线的自组织的传感器网络而言，网络拓扑控制具有特别重要的意义。
通过拓扑控制自动生成的良好的网络拓扑结构，能够提高路由协议和MAC协议的效率，可为数据融合、时间同步和目标定位等很多方面奠定基础，有利于节省节点的能量来延长网络的生存期。
所以，拓扑控制是无线传感器网络研究的核心技术之一。
传感器网络拓扑控制目前主要研究的问题是在满足网络覆盖度和连通度的前提下，通过功率控制和骨干网节点的选择，剔除节点之间不必要的无线通信链路，生成一个高效的数据转发的网络拓扑结构。
拓扑控制可以分为节点功率控制和层次型拓扑结构形成两个方面。
功率控制机制调节网络中每个节点的发射功率，在满足网络连通度的前提下，减少节点的发送功率，均衡节点单跳可达的邻居数目；已经提出了COM POW等统一功率分配算法，LINT／LIL T和LM N／LMA等基于节点度数的算法，CBTC、LMST、RNG、DRNG 和DL SS等基于邻近图的近似算法。
层次型的拓扑控制利用分簇机制，让一些节点作为簇头节点．由簇头节点形成一个处理并转发数据的骨干网，其他非骨干网节点可以暂时关闭通信模块，进入休眠状态以节省能量；目前提出了Top Disc成簇算法，改进的GAF虚拟地理网格分簇算法，以及LEACH和HEED等自组织成簇算法。
除了传统的功率控制和层次型拓扑控制，人们也提出了启发式的节点唤醒和休眠机制。
该机制能够使节点在没有事件发生时设置通信模块为睡眠状态，而在有事件发生时及时自动醒来并唤醒邻居节点，形成数据转发的拓扑结构。
无线传感器网络基础知识与原理
无线传感器网络基础知识与原理无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是一种由大量分布在空间中的无线传感器节点组成的网络系统。
每个传感器节点都具有感知、处理和通信能力，能够采集环境中的各种参数信息，并将这些信息通过网络传输给中心节点或其他节点。
WSN的应用范围广泛，包括环境监测、智能交通、农业、医疗等领域。
一、无线传感器网络的组成和工作原理无线传感器网络由大量的传感器节点、中心节点和通信链路组成。
传感器节点通常由传感器、处理器、无线通信模块和能量供应组成。
传感器负责采集环境参数，处理器用于对采集到的数据进行处理和分析，无线通信模块负责将处理后的数据传输给其他节点或中心节点，能量供应则提供传感器节点所需的能量。
传感器节点之间通过无线通信链路进行数据传输。
无线通信链路可以采用不同的通信技术，包括Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等。
传感器节点之间可以通过多跳方式进行通信，即数据从一个节点传输到另一个节点，再由后者传输给其他节点，最终传输到中心节点。
这种多跳方式可以扩展网络的覆盖范围，并提高网络的可靠性。
二、无线传感器网络的工作模式无线传感器网络有两种主要的工作模式：分簇和分级。
在分簇模式下，网络中的传感器节点被分为若干个簇，每个簇由一个簇头节点负责管理。
簇头节点负责收集和聚合本簇内的数据，并将聚合后的数据传输给中心节点。
这种分簇模式可以减少网络中节点之间的通信量，提高网络的能量效率。
在分级模式下，网络中的传感器节点按照其能力和功能被划分为不同的级别。
高级别的节点负责接收和处理低级别节点采集到的数据，并将处理后的数据传输给中心节点。
这种分级模式可以提高网络的数据处理和传输效率，适用于对实时性要求较高的应用场景。
三、无线传感器网络的能量管理能量管理是无线传感器网络中的一个重要问题。
由于传感器节点通常由电池供电，能量是节点正常工作的关键。
因此，如何有效地管理节点的能量，延长网络的寿命成为研究的重点。
无线传感器网络技术原理及应用ppt课件第4章
11
在无线传感器网络中，传感器节点没有必要将数据以端到 端的形式传送给中心节点处理节点，只要有效数据最终汇 集到汇聚节点就达到了目的。因此，为了减少流量和能耗， 传输过程中的转发节点经常将不同的入口报文融合成数目 更少的出口报文转发给下一跳，这就是数据融合的基本含 义。
流量分布。传感器网络是一个数据采集网络，绝大部 分流量由各个传感器节点流向汇聚节点，因此流量分布极 不均匀，以汇聚节点为目的的数据远远超过以它为源的控 制流。
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4. 可靠的路由协议 无线传感器网络的某些应用对通信的服务质量有较高 要求，如可靠性和实时性等。而在无线传感器网络中，链 路的稳定性难以保证，通信信道质量比较低，拓扑变化比 较频繁，要实现服务质量保证，需要设计相应可靠的路由 协议。
数据融合技术。在传感器网络运行过程中，从传感器 节点探测到的数据往往在逐次转发过程中不断被加工处理， 以达到降低网络开销、节省能量等目的。也就是说，数据 在传输过程中已经被修改，并不是原封不动地从源端传送 到目的端，这与传统网络以实现端到端无失真的信息传输 的目标是不同的。
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
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为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
无线传感器网络的关键技术共30页文档
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
什么是传感网_传感网的核心技术有哪些
什么是传感网_传感网的核心技术有哪些
什么是传感网传感网是当今信息领域新的研究热点，是微机电系统、计算机、通信、自动控制、人工智能等多学科交叉的综合性技术。
目前的研究涉及通信、组网、管理、分布式信息处理等多个方面。
具体而言，传感网的关键技术包括路由协议、MAC协议、拓扑控制、定位、时间同步、数据管理等。
传感网的特点1、大规模
传感网一般都由大量的传感器节点组成，节点的数量可能达到成千上万，甚至更多。
一方面，传感器节点分布在很大的地理区域内；另一方面，传感器节点部署很密集，在一个面积不是很大的空间内，密集部署了大量的传感器节点。
2、自组织
传感器节点的位置不需要设计或预先确定，这使得传感器节点可以随机部署在人迹罕至的地形或救灾行动中。
这就要求传感器节点必须具有自组织能力。
在一个传感器节点部署完成之后，首先，必须检测它的邻居并建立通信，其次必须了解相互连接的节点的部署、节点的拓扑结构，以及建立自组织多跳的通信信道。
3、动态性
传感网具有很强的动态性，它的拓扑结构可能因为下列因素而改变。
1）环境因素或电能耗尽所造成的传感器节点出现故障或失效；
2）环境条件变化可能造成无线通信链路带宽变化，甚至时断时通；
3）传感网的传感器、感知对象和观察者这三个要素都可以具有移动性；
4）新节点的加入。
4、容错性
根据不同的应用场景，传感器节点有可能部署在环境相当恶劣的地区，一些传感器节点可能会因为电力不足、有物理损坏或外部环境的干扰而不能工作或者处于阻塞状态，此时要确保传感器节点的故障不能影响到整个传感网的正常工作，也就是说，传感网不能因为传。
无线传感器网络技术的原理与应用资料
无线传感器网络技术的原理与应用资料无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是一种由大量分散的、具有自主感知、通信和计算能力的传感器节点组成的网络。
这些传感器节点通常通过无线通信方式相互连接，协同工作来获取、处理和传输感知信息。
WSN 自问世以来，得到了广泛的应用和研究。
本文将介绍无线传感器网络技术的原理和应用，并提供相关资料。
一、无线传感器网络技术的原理无线传感器网络技术的原理主要包括传感器节点的工作原理、通信协议和网络拓扑结构。
1. 传感器节点的工作原理传感器节点是无线传感器网络的基本组成单元，它通常由感知模块、处理模块、通信模块和能量模块组成。
感知模块用于感知环境中的物理量或事件，如温度、湿度、光照等；处理模块负责对感知数据进行处理和分析；通信模块用于传输感知数据和接收网络中其他节点的数据；能量模块提供供电功能，常见的供电方式包括电池、太阳能等。
传感器节点通过感知和处理模块的协同工作，将感知数据进行采集和分析，并通过通信模块将数据传输给其他节点或基站。
2. 通信协议无线传感器网络的通信协议是保证节点之间进行有效通信的基础。
常见的通信协议包括路由协议、传输协议和网络协议等。
路由协议用于确定数据在网络中的传输路径，常见的路由协议有LEACH、AODV等；传输协议负责传输数据包，常见的传输协议有TCP、UDP等；网络协议定义了节点之间通信的规则和标准，常见的网络协议有IPv6、6LoWPAN等。
这些协议的设计旨在提高网络的可靠性、稳定性和能耗效率。
3. 网络拓扑结构无线传感器网络的网络拓扑结构决定了节点之间通信的方式和效率。
常见的网络拓扑结构包括星型、树形、网状等。
星型拓扑结构中，所有的传感器节点都直接连接到一个中心节点，中心节点负责接收和处理来自其他节点的数据；树形拓扑结构中，节点之间形成父子关系，数据从根节点通过树状结构向下传输；网状拓扑结构中，节点之间可以直接相互通信，数据传输路径更加灵活。
《物联网导论》第4章-无线传感网络
4.2 无线传感器网络的体系结构
重庆邮电大学
传感节点、路由节点和传感器网络 网关构成的感知层存在多种拓扑结构， 如星型、树型、网状拓扑等，如图中 (a)、(b)、(c)。也可以根据网络规模 大小定义层次性的拓扑结构，如图中(d) 所示的分层结构。
第五章 无线传感网络
重庆邮电大学
学习要求：
ZigBee 技术
1
2
6LoWPAN 技术
1
2
蓝牙及蓝牙 4.x 技术1来自234
体域网技术
1
2
面向视频通信的无线传感网技术 1 2
掌握 ZigBee 网络的构成 掌握 ZigBee 协议体系
掌握 6LoWPAN 网络拓扑 掌握 6LoWPAN 标准协议栈架构
4.3 中高速无线网络规范概述
重庆邮电大学
4.3.1 IEEE 802.11X系列无线局域网标准
目前，无线局域网已经形成了IEEE802.11系列标准，包 括IEEE 802.11、IEEE 802.11a/b/c/d/e/f/g/h/i/n/ah等标准。 199 0年IEEE802标准化委员会成立IEEE802.11WLAN标准工作组。
硬件层
……
设备管理
安全管理 跨 层 管 网络管理 理
标识
4.2 无线传感器网络的体系结构
重庆邮电大学
应用层： 位于整个技术架构的顶层，由应用子集和协同信息处理这两个模块组成。
服务子层： 包含具有共性的服务与管理中间件，典型的如数据管理单元、数据存储
单元、定位服务单元、安全服务单元等共性单元。
无线传感器网络的工作原理
无线传感器网络的工作原理无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是一种由许多分布在一定区域内的无线传感器节点组成的网络。
这些传感器节点可以通过无线通信相互连接，并集体协同工作来实现各种任务，如环境监测、数据采集、事件检测等。
本文将介绍无线传感器网络的工作原理及其应用。
一、无线传感器网络的组成与通信方式无线传感器网络由大量的无线传感器节点组成，每个节点都拥有计算、通信、传感和能源供应等功能模块。
这些传感器节点分布在被监测的区域内，通过无线通信互相交换数据。
节点之间使用无线电波进行通信，具体的通信方式可以是单跳式通信、多跳式通信或基站式通信。
二、无线传感器网络的工作原理1. 节点工作模式传感器节点在工作中常常采用低功耗的睡眠-唤醒工作模式。
节点在大部分时间处于睡眠状态，以降低能耗。
当节点周围环境发生变化或接收到其他节点的唤醒信号时，节点会被激活并开始执行相应的任务。
2. 数据采集与传输传感器节点通过感知和采集周围环境的信息，将采集到的数据进行处理并通过通信模块传输到其他节点或基站。
节点之间可以利用多跳式通信，将数据通过中间节点进行转发，以实现远距离通信。
3. 路由选择在无线传感器网络中，路由选择是一个重要的问题。
节点需要根据网络拓扑结构和传输距离等因素选择合适的路由路径进行数据传输。
常用的路由协议有LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）、PEGASIS（Power-efficient Gathering in Sensor Information Systems）等。
4. 节能调度节点的能耗是无线传感器网络中需要解决的一个主要问题。
为了延长网络的生命周期，需要对节点的能耗进行有效的调度和管理，如通过合理的休眠和唤醒策略、数据压缩和聚合等方法减少节点的能量消耗。
三、无线传感器网络的应用无线传感器网络在各个领域都有广泛的应用，如环境监测、农业、交通、医疗等。
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4.1 命名与寻址
基本原理
名称、地址和标识符 网络地址。网络地址是用来在多跳 范围内表示和找到某个节点的。因 此，网络地址常常与路由关联起 来。
4.1 命名与寻址
基本原理
名称、地址和标识符
网络标识符。多个无线传感器网络 部署在同一区域，如果无线射频芯 片是相同的类型并工作在同一频 段，就需要通过网络标识符来区分 不同的网络。
其中，Bmax, Bmin, Ainc, Adec是可调参数。
4.2 拓扑控制
基于节点度的功率控制
LMN（本地邻居平均算法）
与LMA相比，仅在以下步骤中不同：
如果节点接收到LifeMsg消息，发送一个 LifeAckMsg应答消息。该消息中包含节点自己的邻 居数。 每个节点在下一次发送LifeMsg时，首先检查已经收 到的LifeAckMsg消息，将消息中的所有邻居数求平 均值作为自己的邻居数NodeResp。
4.2 拓扑控制
基于邻近图的功率控制
基本定义
E中的元素可以表示为l = (u, v)，其中u, v∈V。所有由一个图G = (V, E)导出的 邻近图G'= (V, E')是指：对于任意一个 节点v∈V，给定其邻居的判别条件q，E 中满足q的边(u, v)属于E'。
4.2 拓扑控制
基于邻近图的功率控制
4.2 拓扑控制
设计目标
网络延迟。当网络负载较高时，较 低的发射功率会带来较小的端到端 延迟；而当网络负载较低时，较低 的发射功率会带来较大的端到端延 迟。
4.2 拓扑控制
功率控制
为WSN中的节点选择合适的发射功率 。但是求解最优的发射功率控制问 题是NP难的，因此只需寻找实用解 。当前的一些解决方案的基本思想 都是通过降低发射功率来延长网络 的生命期。
4.1 命名与寻址
基本原理
名称、地址和标识符
资源标识符。名称或资源标识符 （Resource identifiers）是以用 户可以理解的语言表达的，对于用 户来说资源标识符具有一定的含 义。如，这个名称。
4.1 命名与寻址
地址管理
名称、地址的唯一性
感知子系统
4.3 能耗优化技术
Radio的体系结构
Pdsp
Ptx
Modulation
Pout
DSP
Frequency Synthesizer
Demod
IF
功耗模型 通信能耗模型
P rx
P c NT [ P T (Ton Tst ) P outTon ] N R [ P R ( Ron Rst )]
全局唯一。地址在全局范围内至多只出 现一次。 网内唯一。地址在指定的网络内唯一。
局部唯一。地址在同一网络中可能会出 现几次，但是在某个恰当的邻域范围内 是唯一的。
4.1 命名与寻址
地址管理
地址分配。 地址再分配。如果地址空间较小，需要 回收地址再重新分配。
地址表达。
地址的冲突检测。
上述关系式中，id(x)表示节点x的编号
4.2 拓扑控制
基于邻近图的功率控制
准备阶段
每个节点以自己的最大发射功率广播 HELLO消息，该消息中至少要包括自 己的ID和自己所在的位置。这个阶段完 成后，每个节点通过接收到的HELLO N uR 消息确定自己可达的邻居集合
4.2 拓扑控制
4.2 拓扑控制
目的
形成一个优化的网络拓扑结构。对 于延长网络的生存时间、减小通信 干扰、提高MAC协议和路由协议的效 率等具有重要意义。 是WSN中许多研究问题的基础。
4.2 拓扑控制
设计目标
连通。WSN中的节点感知到的数据一 般要以多跳的方式传送到汇聚节点 。如果至少要去掉k个节点才能使网 络不连通，就称该网络是k-连通的 。拓扑控制一般要保证网络是1-连 通的。
通信子系统的功耗高于计算子系统
Radio的传输、接收和空闲状态的功耗位于 同一数量级，而休眠状态的功耗较低 感知子系统的能耗取决于传感器的类型，可 能成为另一主要的能耗来源
4.3 能耗优化技术
能耗优化的对象
网络子系统
• • 以“计算”换“通信” Radio无需通信时应尽量臵于休眠状态
DLSS算法
R G 假设已知节点u以及它的可到达邻居子图 u
，将p到所有可达邻居节点的边以权重 w(u, v) 为标准按升序排列；依次取出这些边，直到 u与所有可达邻居节点直接相连或通过其他 节点相连；最后，与u直接相连的节点构成u 的邻居集合。
4.2 拓扑控制
基于邻近图的功率控制
结束阶段
4.2 拓扑控制
基于节点度的功率控制
LMA（本地平均算法）
每个节点在下一次发送LifeMsg时，首先检查已经收 到的LifeAckMsg消息，利用这些消息统计出自己的 邻居数NodeResp。 如果NodeResp小于下限NodeMinThresh，那么节点 在这轮发送中将增大发射功率；同理，如果 NodeResp大于上限NodeMaxThresh，那么节点将减 小发射功率。发射功率的范围为：最大为Bmax倍的 ，最小为Bmin倍的TransPower。
4.3 能耗优化技术
传感器节点的体系结构
存储器
电源
DC-DC
传感器
ADC
微处理器
射频
传感器节点由电源、感知、计算和通信四个 子系统组成
4.3 能耗优化技术
传感器节点的能耗分布
节点传输1比特数据所消耗的能量与MCU执 行1000条指令的能耗大致相当
4.3 能耗优化技术
节点能耗分布的共性
名称（Name）是表示节点、数据、 处理等的名字。 地址（Address）是为了找到某个事 物而提供的相应信息
4.1 命名与寻址
基本原理
在传统的网络中，独立节点、网站 以及它们的数据都被命名并分配地 址。 但是在无线传感器网络中，所有的 节点都不是独立的。
4.1 命名与寻址
基本原理
4.2 拓扑控制
基于邻近图的功率控制
算法思想
邻近图可以用G = (V, E)的形式表示，其中V 代表图中顶点的集合，E代表图中边的集合。
设所有节点都使用最大发射功率发射时形成 的拓扑图是G，按照一定的邻居判别条件求 出该图的邻近图G’，每个节点以自己所邻接 的最远节点来确定发射功率。
代表性算法：DRNG，DLMST。
第四章 传感网关键技术
主要内容
4.1 命名与寻址
4.2 拓扑控制
4.3 能量管理
4.4 时间同步
4.5 节点定位 4.6 本章小结与进一步阅读的文献
4.1 命名与寻址
目的
将WSN中的节点赋予逻辑上的名称和 地址信息，能够把不同的节点区分 开。
4.1 命名与寻址
基本原理
经过执行DRNG和DLSS算法后，节点u 确定了自己的邻居集合，然后将发射半 径调整为到最远邻居节点的距离。更进 一步，通过对所形成的拓扑图进行边的 增删，使网络达到双向连通。
4.2 拓扑控制
基于邻近图的功率控制
DRNG算法、DLSS算法对比
(a) 优化前
(b) DRNG优化
(c) DLSS优化
绑定。
4.1 命名与寻址
地址表达
地址所需二进制数的长度。
假设采用IEEE 802.3标准分配地址，在无线 传感器网络中，数据分组可能很小，48位长 的地址甚至比数据还长。
寻址所需要的通信开销。
在基于竞争的MAC协议中，任何节点都可能向 任何其他节点传送数据，这种情况下地址长 度越短越好。
基于邻近图的功率控制
DRNG算法
假设节点u、v满足条件 d (u, v) ru，
且不存在另一节点p同时满足
w(u, p) w(u, v) ， w( p, v) w(u, v)， d ( p, v) rp） 时，
节点v则被选为节点u的邻居节点。
4.2 拓扑控制
基于邻近图的功率控制
名称、地址和标识符 唯一的节点标识符（Unique node identifier, UID）。UID的设定可 以与生产厂家、产品名称和序列号 结合起来，在节点生产时就分配 好，并且恒定不变。
4.1 命名与寻址
基本原理
名称、地址和标识符 MAC地址。在单跳邻近节点之间区分 节点地址。在无线传感器网络中， 使用基于竞争的MAC协议时，把MAC 地址包含在单播MAC分组中，节点就 能判断哪些数据分组没有到达。
4.2 拓扑控制
基于节点度的功率控制
LMA（本地平均算法）
发射功率计算方法：
TransPower min Bmax TransPower, Ainc NodeMinThresh-NodeResp TransPower
TransPower max{Bmin TransPower, Adec (1 (NodeResp NodeMaxThresh)) TransPower}
4.2 拓扑控制
设计目标
吞吐能力。WSN中节点的吞吐率λ与 结点规模n和节点的无线射频芯片的 发射半径成反比例关系。通过拓扑 控制减小发射半径或减小网络规模 ，在节省能量的同时，可以在一定 程度上提高网络的吞吐能力。
4.2 拓扑控制
设计目标
干扰和竞争。减小通信干扰和MAC 层的竞争有助于延长网络生命期。 拓扑控制可以调节发射范围或工作 节点的数量。这些都能改变1跳邻居 节点的个数（也就是与它竞争信道 的节点数），从而减小干扰和减少 竞争。
基本定义
(u, v)和(v, u)是两组不同的边，即边是有 向的。 d(u, v)表示节点u、v之间的距离，r(u)代 表节点u的通信半径。