无线传感器网络技术ppt
合集下载
无线传感器网络原理及应用第4章定位技术ppt课件
(
x1
(
x1
x)2 x)2
( y1
(y2
y)2 y)2
ρ12 ρ22
(xn x)2 ( yn y)2 ρn2
(4-3)
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
X(ATA)1ATb
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
第4章 定位技术
4.1.2 定位算法分类 在传感器网络中，根据定位过程中是否测量实际节点间
的距离，把定位算法分为基于距离的(range-based)定位算法 和与距离无关的(range-free)定位算法，前者需要测量相邻节 点间的绝对距离或方位，并利用节点间的实际距离来计算未 知节点的位置；后者无需测量节点间的绝对距离或方位，而 是利用节点间估计的距离计算节点位置。
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
第4章 定位技术
4.1 定位技术简介
4.1.1 定位技术的概念、常见算法和分类 1. 无线传感器网络定位技术概念 在传感器网络节点定位技术中，根据节点是否已知自身
标为(x，y)。对于节点A、C和∠ADC，确定圆心为O1(xO1， yO1)、半径为r1的圆，，则
(xO1 x1)2 (yO1 y1)2 r1
(xO1 x2)2 (yO1 y2)2
r1
(x1
x3)2
(y1
无线传感器网络技术原理及应用第6章ppt课件
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
22
3. MC1322X系列 MC13224是MC1322X系列的典型代表，是飞思卡尔公 司研发的第三代Zigbee解决方案。它集成了完整低功耗 2.4GHz无线电收发器，基于32位ARM7核的MCU，是高密 度低元件数IEEE802.15.4综合解决方案，能实现点对点连 接和完整的Zigbee网状网络。 MC13224支持国际802.15.4标准以及ZigBee、 ZigBeePRO和ZigBeeRF4CE标准，提供了优秀的接收器灵 敏度和健壮的抗干扰性，具有多种供电模式，以及一套常 用的外设集(包括2个高速UART、12位ADC和64个通用 GPIO、4个定时器、I2C等)。
20
2) 时钟和电源管理 数字内核和外设由一个1.8V低差稳压器供电。另外， CC253X系列芯片包括一个电源管理功能，可以实现使用不 同供电模式，用于延长电池的寿命，有利于低功耗运行。 3) 外设 CC253X系列芯片有许多不同的外设，允许应用程序设 计者开发先进的应用。这些外设包括调试接口、I/O控制器、 两个8位的定时器、一个16位的定时器、一个MAC定时器、 ADC和AES协处理器、看门狗电路、两个串口和USB(仅限 于CC2531)。
12
6.2 应用系统组成
Zigbee是一种短距离的无线通信技术，其应用系统由 硬件和软件组成。本节将详细讲解比较常见的Zigbee芯片 及Zigbee协议栈。
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
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》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：
无线传感器网络技术原理及应用-ppt课件-第5章
信的数据量，减少能量消耗。
应用层数据融合示例如图5-5所示。
38
图5-5 应用层数据融合示例
39 图中，假设汇聚节点要查询房间101～104中湿度值大
1
第5章 服务支撑技术
5.1 时间同步技术
5.2 数据融合技术
5.3 定位技术 5.4 网络安全技术 5.5 容错设计技术 5.6 服务质量保证
小结
2 本章目标
理解时间同步技术。
掌握数据融合技术。 理解定位技术。
了解网络安全应用技术。
了解容错设计技术。 了解服务质量保证问题。
3 学习导航
4
5.1 时间同步技术
时间同步技术作为无线传感器网络的基础技术之一， 不仅是无线传感器网络中各种应用正常运行的必要条件，
并且其同步精度直接决定了其他服务的质量。本节主要介
绍无线传感器网络时间同步的基本概念、方法、协议和应 用。
5 5.1.1 概述
时间同步就是通过对本地时钟的某些操作，达到为分
布式系统提供一个统一时间标度的过程。在集中式系统中， 由于所有进程或者模块都可以从系统唯一的全局时钟中获
无线传感器网络是一种新的分布式系统。节点之间相
互独立并以无线方式通信，每个节点维护一个本地计时器， 计时信号一般由晶体振荡器提供。由于晶体振荡器制造工
艺的差别，并且其在运行过程中易受到电压、温度以及晶
体老化等多种外在因素的影响，每个晶振的频率很难保持 一致性，必须对其进行时间同步操作。
7 目前，无线传感器网络时间同步需要重点解决以下三个方
定介质中的传输速递是确定的，因此传输时间信息很容易
转换为距离信息。所以测距的精度直接依赖于时间同步的 精度。
32 4. 协作传输要求
无线传感器网络技术与应用课件
35
1、基于距离的定位
基于距离的定位机制（range-based）是通过测量相邻节点 间的实际距离或方位进行定位的。分为三个阶段
1）测距阶段。首先未知节点通过测量接收到信标节点发出 信号的某些参数，如强度、到达时间、达到角度等，计算 出未知节点到信标节点之间的距离，这个测量出来的距离 可能是未知节点到信标节点的直线距离，也可能是二者之 间的近似直线距离。
48
2、入侵检测技术 入侵检测可以被定义为识别出正在发生的入侵 企图或已经发生的入侵活动过程 分类 基于误用的检测 基于异常的检测 基于规范的检测
49
入侵检测框架
50
国内和国际有多项标准与无线传感器网络具有关联 性，其中明确提出其研究对象为无线传感器网络标 准的组织包括国内WGSN标准工作组和国际ISO/IEC JTC1 WG7工作组
39
3、查询处理技术 动态数据查询：数据仅在一个小的时间窗内有效 历史数据查询：对检测到的历史数据进行检测、 分析走势等，此类查询通常认为每个数据都是同 等重要的，是不可缺少的
40
四、目标跟踪技术 目标跟踪是指为了维持对目标当前状态的估计， 同时也是对传感器接收的量测进行处理的过程 基本原理：当有目标进入监测区域时，由于目标 的辐射特性（通常是红外辐射特征）、声传播特 征和目标运动过程中产生的地面震动特征，传感 器会探测到相应的信号
3
二、无线传感器网络的应用领域 军事 农业 医疗 建筑工程与建筑物 智能建筑与市政建设管理
4
三、无线传感器网络的特点 体积小、电源能力有限 计算和存储能力有限 分布式、多跳自组织 通信半径小、带宽低 动态性强 以数据为中心
5
四、无线传感器网络的关键技术 网络拓扑控制 网络协议 时间同步 定位技术 数据管理 网络安全
1、基于距离的定位
基于距离的定位机制（range-based）是通过测量相邻节点 间的实际距离或方位进行定位的。分为三个阶段
1）测距阶段。首先未知节点通过测量接收到信标节点发出 信号的某些参数，如强度、到达时间、达到角度等，计算 出未知节点到信标节点之间的距离，这个测量出来的距离 可能是未知节点到信标节点的直线距离，也可能是二者之 间的近似直线距离。
48
2、入侵检测技术 入侵检测可以被定义为识别出正在发生的入侵 企图或已经发生的入侵活动过程 分类 基于误用的检测 基于异常的检测 基于规范的检测
49
入侵检测框架
50
国内和国际有多项标准与无线传感器网络具有关联 性，其中明确提出其研究对象为无线传感器网络标 准的组织包括国内WGSN标准工作组和国际ISO/IEC JTC1 WG7工作组
39
3、查询处理技术 动态数据查询：数据仅在一个小的时间窗内有效 历史数据查询：对检测到的历史数据进行检测、 分析走势等，此类查询通常认为每个数据都是同 等重要的，是不可缺少的
40
四、目标跟踪技术 目标跟踪是指为了维持对目标当前状态的估计， 同时也是对传感器接收的量测进行处理的过程 基本原理：当有目标进入监测区域时，由于目标 的辐射特性（通常是红外辐射特征）、声传播特 征和目标运动过程中产生的地面震动特征，传感 器会探测到相应的信号
3
二、无线传感器网络的应用领域 军事 农业 医疗 建筑工程与建筑物 智能建筑与市政建设管理
4
三、无线传感器网络的特点 体积小、电源能力有限 计算和存储能力有限 分布式、多跳自组织 通信半径小、带宽低 动态性强 以数据为中心
5
四、无线传感器网络的关键技术 网络拓扑控制 网络协议 时间同步 定位技术 数据管理 网络安全
- 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)。
2.2.2 典型的无线传感器网络节点
GAINS3节点的主要特性如下： • （1）通信距离编程可调0~300m，有效距离达100m
以上； • （2）采用的元器件大都为低功耗器件，在睡眠状
态，电流仅为5mA，在掉电节能模式下，电流更是 只有110μA左右； • （3）功能丰富、接口清晰的协议栈。
2.2.2 典型的无线传感器网络节点
无线传感器 网络节点
传感节点 汇聚节点 网关节点
2.2.1 无线传感器网络硬件设备概述
由南京邮电大学传感网研究 中心自主研发的UbiCell系列节点是 国内无线传感器网络节点的典型代表 之一，同时也提供了该系列节点的开 发套件。开发套件包括多种规格的 UbiCell系列节点、可插拔下载编程 转接器、可上传式烧写器等部分。 UbiCell套件提供了完整的无线传感 器网络节点的开发平台。
簇头节点 监控接入
簇头节点
无线或有线 网络
监控终端
2.1.2 无线传感器网络体系结构
应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
（a）
任
务
移管 动理 能管平 量理台 管平 理台 平
台
上层应用
时间同步
定位
传输ห้องสมุดไป่ตู้制
路由
数据链路
物理
能
量
/
QoS
安 全
网 络
/
管
拓
移
理
动
扑
（b）
图2-2无线传感器网络协议栈
2.1.3 无线传感器网络基本特点
由 南 京 邮 电 大 学 研 发 的 Ubicell 系 列 节 点 ， 涵盖了从测量普通温、湿度数据到音频、图像、视频等 多媒体数据的多种无线传感器网络节点。普通UbiCell 节点拥有强大的8位精简指令系统微处理器，处理速度 和精确性完全可以满足各种应用需求;图像和音频 UbiCell节点采用了与普通UbiCell节点相同的处理器， 但是扩展了存储空间，采用了更为强大的无线通信芯片 。 UbiCell 视 频 节 点 则 采 用 了 强 大 的 集 成 了 硬 件 视 频 CODEC的ARM9处理器，采用了更高像素的CMOS摄像头， 无线通信模块采用支持802.11标准的WiFi模块。
2.2.2 典型的无线传感器网络节点
Tmote Sky是 MoteIV 公司出品的超低功耗 、高数据传输率的下一代无线传感器网络平台；使用 TI公司的超低功耗微处理器芯片MSP430，通信模块采 用了TI公司支持 IEEE802.15.4标准和ZigBee协议的 CC2420芯片，可与其它IEEE802.15.4的设备协同工作 ；250kbps的数据收发速率可以使节点更快完成通信事 件的处理，快速休眠，节省系统能量；编程和数据获 取通过 USB接口，最大的特点是具有10KBits 的片上 RAM 作为数据处理使用，1Mbits的外部数据存储器， 集成了湿度、温度、光等敏感元件，能够独立作为传 感器节点使用，但内部的FLASH空间较小。
传统的无线网络和 MANET网络
无线传感器网络
以传输数据，完成通信为目 的，中间节点仅负责分组数据 的转发，通常节点具有持续的 能量供给。他们注重在高度移 动的环境中通过优化路由和资 源管理策略，最大化带宽利用 率，同时提供高性能的服务质 量QoS(Quality of Service)。
以数据为中心，以获取信 息为目的，中间节点不但要转 发数据，还要进行与具体应用 相关的数据处理、融合和缓存， 除了少数节点可能移动外，大 部分节点都是静止的。有时运 行在恶劣甚至危险的远程环境 中，传感器节点的电池无法补 充更新。
物联网技术导论 第二章 无线传感器网络技术
第二章 无线传感器网络技术
2.1
无线传感器网络概述
2.2 无线传感器网络硬件基础
2.3 无线传感器网络操作系统
2.4 无线传感器网络的关键技术
2.5
无线传感器网络中间件软件
2.6 面向多类型网络的无线传感器网络接入技术
2.1.1 什么是无线传感器网络？
2.1.2 无线传感器网络体系结构
2.2.2 典型的无线传感器网络节点
Mica系列节点是加州大学伯克利分校研制的 用于传感器网络研究的演示平台的试验节点。产品包 括WeC、Renee、Mica、Mica2、Mica2dot和Spec等，其 中Mica2和Mica2dot节点已经由Crossbow公司包装生产 。Mica系列节点在硬件上由运算和通信平台和传感器 平台构成。两者之间通过51针的自定义接口进行连接 。Mica2dot是Mica2的一个微缩版，对 Mica2的外围电 路进行了如下的简化：外部指示灯从三个减少到一个 ；外部接口引脚从51个减少到18个，以环形方式排布 ；接口的减少使得其外部可用的I/O资源变少；使用 4MHz的外部时钟，降低系统运行时的功率消耗。
2.2.2 典型的无线传感器网络节点
2.2.2 典型的无线传感器网络节点
Smart dust的主要特点如下： • 使用太阳能作为其工作能量的来源，具有长期工作
的潜力。 • 采用MEMS技术，体积微小，整个传感器节点可以控
制在1立方毫米左右。 • 采用光通信方式。一方面功耗比无线电小；另一方
面不需要长长的天线，在体积上也可以做得更小。 另外，通信信道空分复用，所以基站可以同时与多 个节点通信。 • 光通信方式降低了节点功耗，但是其传输的方向性 、无视距阻碍的要求给节点的部署带来很大挑战。
2.1.6 无线传感器网络面临的挑战
• 低能耗； • 实时性； • 低成本； • 安全和抗干扰； • 协作。
2.1.7 无线传感器网络的主要应用领域
地震监测
生活习性监测
战场评估
无线传感器网络
医疗状况监控
深海监控
精细农业
目标跟踪和检测
森林火灾监控
小区安全监控
第二章 无线传感器网络技术
2.1 无线传感器网络的基本概念
2.2 无线传感器网络硬件基础
2.3 无线传感器网络操作系统
2.4 无线传感器网络的关键技术
2.5
无线传感器网络中间件软件
2.6 面向多类型网络的无线传感器网络接入技术
2.2.1 无线传感器网络硬件设备概述
在无线传感器网络中，传感器节点既要实现数据采 集和处理转化，又要实现数据的融合和路由，并对本身采集的 数据和收到的其他节点发送的数据进行综合，转发回监控终端 。
2.1.4 无线传感器网络的关键技术
1.物理层关键技术； 2.信道接入技术； 3.无线传感器网络路由； 4.无线传感器网络拓扑控制技术； 5.无线传感器网络覆盖技术； 6.无线传感器网络数据融合技术； 7.无线传感器网络定位与跟踪技术。
2.1.5 无线传感器网络的发展现状与趋 势
• 灵活、自适应的网络协议体系； • 跨层设计； • 寻求系统节能策略； • 节点的自动配置； • 与其他网络的融合