无线传感器网络概论第6章
无线传感器网络课件 第六章
⑥ 帧负载域：该域长度可变，内容由具体情况 决定。
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6.3.3 ZigBee协议栈
ZigBee系统软件的开发是在厂商提供的ZigBee 协议栈的MAC和物理层基础上进行的。 协议栈分有偿和无偿两种。
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1、物理层服务规范
• 物理层(PHY)通过射频连接件和硬件提供MAC层和 无线物理信道之间的接口。 • 在概念上提供“物理层管理实体(PLME)”，该实 体提供用于调用物理层管理功能的管理服务接口。
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物理层的组件和接口
物理层提供两种服务： 通过物理层数据服务接入点提供物理层的数据 服务； 通过PLME(物理层管理实体)服务接入点提供物 理层的管理服务。
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802.15.4标准定义27个信道，编号为0-26；跨 越3个频段，包括： 1）2.4GHz频段16个信道 2）915MHz频段的10个信道 3）868MHz频段的1个信道。
9
信道的频段中心定义如下(k表示信道编号)： fc=868.3MHZ k= 0 fc=906+2×(k－1)MHz fc=2405+5×(k－11)MHz k=1，2，…，10 k=11，12，…，26
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(3)工作频段灵活：使用频段分别为2.4GHz、 868MHz（欧洲）及915MHz（美国），均为无需申 请的ISM频段。 (4)省电：由于工作周期很短，收发信息功耗 较低，以及采用了休眠模式，ZigBee可确保两节 五号电池支持长达6个月至2年左右的使用时间， 当然不同应用的功耗有所不同。
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物理层的组件和接口
物理层数据服务 接入点
无线传感器网络技术概论课件：无线传感器网络体系结构
无线传感器网络体系结构
2．通信能力的约束 传感器节点的通信能力关系到传感器网络监测区域内节
点部署数量，而制约其通信能力主要有两个参数，即能量损 耗和通信距离，二者之间的关系为
E = kdn
(2-1)
式中，E为传感器节点的通信能量损耗；k为一个常数，
与传感器节点的系统构成有关；d为传感器节点的通信距离；
分别接入TD-SCDMA、GSM核心网、Internet主干网及无线 局域网络等多种类型异构网络，再通过各网络下的基站或主 控设备将传感器信息分发至各终端，以实现针对无线传感器 网络的多网远程监控与调度。同时，处于TD-SCDMA、 GSM、Internet等多类型网络终端的各种应用与业务实体也 将通过各自网络连接相应的无线传感器网络网关，并由此对 相应无线传感器网络节点开展数据查询、任务派发、业务扩 展等多种功能，最终实现无线传感器网络与以移动通信网络、 Internet网络为主的各类型网络的无缝的、泛在的交互。
(2) 汇聚节点：用于连接传感器节点与Internet 等外部网 络的网关，可实现两种协议间的转换；同时能向传感器节点 发布来自管理节点的监测任务，并把WSN收集到的数据转 发到外部网络上。与传感器节点相比，汇聚节点的处理能力、 存储能力和通信能力相对较强。
(3) 管理节点：用于动态地管理整个无线传感器网络， 直接面向用户。所有者通过管理节点访问无线传感器网络的 资源，配置和管理网络，发布监测任务以及收集监测数据。
锁相回路(PLL)、解调器和功率放大器组成，所有的这些组
件都会消耗能量。对于一对收发机来说，数据通信带来的功
耗PC的组成部分可简单地用模型描述为
PC = PO + PTX + PRX
(2-2)
研究生《无线传感器网络》教学大纲
《无线传感器网络》教学大纲Wireless sensor network第一部分大纲说明1. 课程代码：2. 课程性质：专业学位课3. 学时/学分：40/34. 课程目标：无线传感器网络是集传感器技术、微电机技术、现代网络和无线通信技术于一体的综合信息处理平台，具有广泛的应用前景，是计算机信息领域最活跃的研究热点之一。
通过本课程的学习，要求学生掌握无线传感器网络的体系结构和基本设计方法，软硬件开发平台和仿真环境的使用，着重掌握无线传感器网络的通信协议，了解无线传感器网络的节点定位、目标跟踪和时间同步等几大支撑技术，为在基于无线传感器网络的系统开发和应用中，深入利用关键技术，设计优质的应用系统打下良好的基础。
5. 教学方式：课堂讲授、分组实验、分组专题报告与课堂讨论相结合6. 考核方式：考试7. 先修课程：高级语言程序设计、微机原理及接口技术、计算机通信网（一）教材：《无线传感器网络简明教程（第2版）》崔逊学编著清华大学出版社《ZigBee无线传感器网络》钟永峰等编著北京邮电大学出版社（二）教学参考资料：《计算机网络（第6版）》谢希仁编著清华大学出版社《无线传感器网络》孙利民等编著，清华大学出版社《无线传感器网络原理及应用》唐宏编著，人民邮电出版社第二部分教学内容和教学要求第1章概述教学内容：1.1传感器网络的体系结构1.2传感器网络的特征1.3传感器网络的应用领域1.4传感器网络的发展历史教学要求：掌握WSN网络架构；了解无线传感器网络目前的应用状况和将来的应用前景第2章传感器网络的通信与组网技术教学内容：2.1 物理层概述2.2 传感器网络物理层的设计2.3 MAC协议概述2.4 IEEE802.11MAC协议2.5典型MAC协议2.6 路由协议概述2.7 典型路由协议教学要求：掌握物理层协议的基本概念，掌握无线信道和通信的基础知识；掌握无线MAC 协议基础知识，掌握路由协议的基础知识，了解典型的MAC协议和路由协议。
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
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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)。
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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)。
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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。
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关于无线传感器网络概论
交换控制信息和收发采集数据。
4)能量供应模块为传感器节点提供运行所需的能量， 通常采用微型电池。
◆传感器网络协议栈
这个协议栈包括五层协议和三层平台：
各层协议功能如下: ●物理层提供简单但健壮的信号调制和无线收发技 术。 ●数据链路层负责数据成帧，帧检测和媒体访问以 及差错控制。 ●网络层主要负责路由生成与路由选择。 ●传输层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检测任务的应用层软件
WSN节点数量更为庞大，分布更为密集；
WSN节点更容易失效，网络拓扑变化频繁； WSN主要使用广播通信机制，而Ad hoc网络是基于 点对点的通信；
WSN节点的动力能源、运算能力、存储器大 小均受局限； WSN不必拥有全球统一标识符； WSN以数据为中心。 正是由于WSN与Ad hoc网络存在以上的显著 区别，导致Ad hoc网络的许多研究成果不能 适用于WSN，也导致两者的应用存在着显著 差别。
◆传感器节点结构：
从上图我们可以看到一个典型的传感器节点由传感器 模块，无线通信模块和能量供应模块四部分组成。
1)传感其模块负责监视区域内信息的采集和数据转换 2)处理器模块负责控制整个传感器节点的操作，存储处理本ຫໍສະໝຸດ 采集的数据以及其它节点发来的数据。
3)无线通信模块负责与其它传感器节点进行无线通信，
◆10.应用技术
5.wsn的应用现状
虽然无线传感器网络的大规模商业应用，由于技
术等方面的制约还有待时日，但是最近几年，随着
计算成本的下降以及微处理器体积越来越小，已经
为数不少的无线传感器网络开始投入使用。目前无 线传感器网络的应用主要集中在以下领域： 1. 环境的监测和保护 2 医疗护理
无线传感器网络技术讲义
无线传感器网络技术讲义引言无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，简称WSN）是一种由大量分布式无线传感器节点组成的网络系统，通过无线通信和自组织方式协同工作，用于感知、采集、处理和传输环境信息的一种新型网络。
它具有广泛的应用前景，包括环境监测、智能交通、智能农业、物联网等各个领域。
本讲义将从无线传感器网络的基本概念、架构、通信技术、能量管理等方面进行介绍，以帮助读者深入了解无线传感器网络技术。
1. 无线传感器网络基本概念1.1 传感器节点传感器节点是无线传感器网络的基本组成单元，它由传感器、处理器、存储器、无线通信模块等要素组成。
传感器节点可以感知环境中的各种信息，如温度、湿度、光照强度等，并将这些信息传输给其他节点或基站。
1.2 无线传感器网络的特点无线传感器网络具有以下特点：•分布式：无线传感器节点可以分布在广泛的区域内，形成一个分布式的网络系统。
•自组织：无线传感器节点通过自组织的方式协同工作，能够自动适应网络拓扑变化和节点故障。
•节能：由于无线传感器网络中的节点往往由电池供电，节点之间的通信和数据处理通常需要节能处理。
•大规模：无线传感器网络可以由成千上万个节点组成，能够覆盖广泛的区域。
2. 无线传感器网络架构2.1 智能传感器节点智能传感器节点是无线传感器网络中的一个关键部分，它集成了传感器、处理器、存储器和通信模块等要素。
智能传感器节点能够感知环境中的信息，并将这些信息传输给其他节点或基站。
2.2 网络拓扑结构无线传感器网络的拓扑结构分为多种类型，包括星型拓扑、网状拓扑、层次拓扑等。
不同的拓扑结构适用于不同的应用场景，可以根据实际需求选择合适的网络拓扑。
2.3 基站基站是无线传感器网络中的一个重要组成部分，它通过与传感器节点进行通信，实现对传感器网络的管理和控制。
基站通常由一台或多台计算机组成，可以用于收集、存储和处理从传感器节点传输过来的信息。
3. 无线传感器网络通信技术3.1 传感器节点通信无线传感器节点之间的通信可以通过无线电波进行传输，常用的通信技术包括Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等。
《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。
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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。
第6章 传感器网络
第6章 传感器网络
3)网络安全 无线传感器网络由于部署环境和传播介质的开放性,很 容易遭受到各种攻击,而作为一种源于军事应用领域的自组 织网络,其安全通信和认证技术显得尤为重要,需要制定一套 完善高效的安全保护机制为网络系统保驾护航。
第6章 传感器网络
3.故障诊断技术 无线传感器网络系统易发的故障类型有网络级故障和节 点级故障两类。网络级故障是指因网络通信协议或协作管理 方面的问题或其他原因造成的较大规模的故障,容易导致整 个网络系统的瘫痪,而且网络级故障的很大一部分诱因是构 成节点的部件本身发生了故障。节点级故障是指故障节点不 能与其他节点进行正常的通信,对网络的连通性和覆盖性造 成了影响,或者指故障节点虽然能够与其他节点进行正常通 信,但是其测量的数据是错误的,也会对整个网络的监测任务 带来影响。
第6章 传感器网络
3)网络层 网络层的主要任务是实现路由生成与路由选择,如分组 路由、网络互连、拥塞控制等。由于大多数传感器节点与基 站之间无法进行直接的通信,所以需要通过中间节点以多跳 路由的方式将数据传输至汇聚节点,在无线传感器网络的传 感器节点和汇聚节点之间根据特殊的路由协议建立传输路径, 保证数据的可靠传输。
第6章 传感器网络
无线传感器网络应用成功的关键,除了依赖上述基础服 务技术外,无线通信网络的功能与性能也非常重要,网络通信 协议、网络拓扑结构控制技术以及网络安全等多个方面的研 究也是无线传感器网络应用研究的核心任务。
第6章 传感器网络
1)网络通信协议 网络通信中最重要的就是网络通信协 议,局 域 网 中 目 前 最 常 用 的 网 络 通 信 协 议 有Microsoft的 NETBEUI、 NOVELL 的IPX/SPX 和 TCP/IP协议。受限于传感器节点的 计算能力、存储能力、通信资源以及能量,每个传感器节点 只能获取庞大网络中的部分拓扑信息,所以与传感器节点通 信的网络通信协议也不能过于复杂。 无线传感器网络通信协议要求使各个独立的传感器节点 相互连接并通信,形成一个多跳的网络结构,保证数据在网络 上的正确传输。
《无线传感器网络技术概论》课程标准
《无线传感器网络技术概论》课程标准无线传感器网络技术概论课程标准课程简介本课程旨在为学生提供有关无线传感器网络的技术基础知识，包括它们的设计、实现和应用。
学生将了解无线传感器网络的特点和应用领域，熟悉无线传感器网络的硬件和软件设计，并研究如何在实际问题中应用无线传感器网络。
研究目标本课程主要目标是让学生熟悉无线传感器网络技术的基本概念和应用，包括：- 理解无线传感器网络的特点、工作原理以及基本组成部分；- 熟悉无线传感器网络的硬件设计、软件设计和通信协议；- 掌握无线传感器网络应用的基本方法和实践技巧；- 能够针对特定需求设计无线传感器网络应用，并具备实际应用能力。
课程内容第一章无线传感器网络的概述1.1 无线传感器网络的概念和特点1.2 无线传感器网络的应用领域1.3 无线传感器网络的组成部分第二章无线传感器网络的硬件设计2.1 无线传感器网络的节点2.2 无线传感器网络的传感器2.3 无线传感器网络的能量管理第三章无线传感器网络的软件设计3.1 无线传感器网络的操作系统3.2 无线传感器网络的编程语言3.3 无线传感器网络的仿真软件第四章无线传感器网络的通信协议4.1 无线传感器网络的协议栈4.2 无线传感器网络的MAC协议4.3 无线传感器网络的路由协议第五章无线传感器网络应用的基本方法和实践技巧5.1 无线传感器网络应用的实验平台5.2 无线传感器网络应用的程序设计5.3 无线传感器网络应用的实际应用案例教学方式本课程采用课堂讲授、实验、讨论等多种教学方式，强调理论与实践相结合，注重学生的探究与实践能力培养。
考核方式学生的考核将包括课堂表现、实验报告、设计案例报告以及课程论文等形式。
其中，实验和设计部分的考核占主要比重。
参考书目- 《无线传感器网络技术》- 《无线传感器网络与物联网》- 《无线传感器网络的设计与实现》。
无线传感器网络概论
历史以及发展现状
2019-2019年DARPA资助，加州大学伯克 利分校等25个机构联合承担的SensIT计划；
2019-2019年间海军研究办公室的SeaWeb计 划等。 • 国内：
中国的一些研究机构近年开始研究：中国 科学技术大学、清华大学、中科院计算所、上 海微系统所、沈阳自动化所以及合肥智能所等 研究单位 。
发送状态、接受状态、侦听状态、睡 眠状态。
各状态耗能按上述顺序依次减少 ，因此通常采用”侦听/睡眠”交替 使用的无线信道使用策略。
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WSN的协议
• MAC协议
针对不同的传感器网络应用，提出不同 的MAC协议，主要分3类：
– 时分复用（TDMA）的MAC协议。 – 随机竞争的MAC协议。 – 其他MAC协议。如：频分复用或码分
Traditional critical path: From the time the sender reads its clock, to when the 44 receiver reads its clock
NIC Sender
Receiver 1
Receiver 2
Critical Path
46
Any Questions
机器人与信息自动化研究所
Institute of Robotics & Automatic Information System
谢谢观看
共同学习相互提高
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WSN的应用（续）
☆环境观测和预报系统 可以用于检视农作物灌溉情况、土壤空气情况、牲畜和
家禽的环境状况和大面积的地表监测、气象和地理研究、洪 水监测等。 例：ALERT系统中就有用于监测降雨量、河水水位和土壤 水分，并依此预测爆发山洪的可能性。
无线传感器网络技术概论课件：无线传感器网络管理技术
(1) 集中式架构。Sink节点(汇聚节点)作为管理者，收集 所有节点信息并控制整个网络。
(2) 分布式架构。即在无线传感器网络中有多个管理者， 每个管理者控制一个子网，并与其他管理者直接通信，协同 工作以完成管理功能。
无线传感器网络管理技术
(3) 由于资源限制以及与应用环境的密切相关性，无线 传感器网络表现为动态网络，最为明显的就是网络拓扑变化 频繁，能量耗尽或者人为因素可以导致节点停止工作，同时 无线信道受环境影响很大，这些都让网络拓扑不断发生变化， 这些变化使得网络故障在无线传感器网络中是一种常态，这 在传统网络中是不可想象的。因此，无线传感器网络管理系 统应能及时收集并分析网络状态，并根据分析结果对网络资 源进行相应的协调和整合，从而保证网络的性能。
无线传感器网络管理技术
以上特征说明，无线传感器网络管理系统要根据网络的 变化动态调整当前运行参数的配置以优化性能；监视自身各 组成部分的状态，调整工作流程来实现系统预设的目标；具 备自我故障发现和恢复重建的功能，即使系统的一部分出现 故障，也不影响整个网络运行的连续性。
无线传感器网络管理技术
7.1.2 无线传感器网络管理系统设计要求 按照以上所述，在无线传感器网络管理系统的设计中，
无线传感器网络管理技术
集中式网络管理结构指的是网络的管理依赖于少量的中 心控制管理站点，这些管理站点负责收集网络中所有节点的 信息，并控制整个网络。集中式管理结构的优点是实现难度 较低。但是，它要求管理站点具有很强的处理能力。因此， 在大规模和动态网络中，管理站点往往成为网络性能和管理 的瓶颈，收集管理站点数据的开销很大，而且当管理站点出 现故障或者网络出现分裂时，网络就会完全或者部分失去控 制管理能力。此外，集中式管理结构中，“管理智能”只能 在管理站点中，网络中的绝大部分设备在出现问题时只能等 待管理站点的指示，而不能实现网络节点间通过局部直接协 商达到自适应调整的功能。
无线传感器网络开发 教案
第6章无线传感器网络开发教学目标：1、了解无线传感器网络仿真平台2、掌握不同仿真平台的工作原理教学重点难点：重点：NS-2,OPNET,OMNET++,TOSSIM平台理解难点：不同仿真平台的特点教学内容：一、无线传感器网络仿真简介传感器网络（WSN）日新月异,各种网络方案和协议日趋复杂,网络规模日趋庞大,对网络研究人员而言,掌握网络仿真的重要性是不言而喻的。
WSN仿真能够在一个可控制的环境里研究WSN应用,包括操作系统和网络协议栈,能够仿真数量众多的节点,能够观察由不可预测的干扰和噪声引起的难以琢磨的节点间的相互作用,获取节点间详细的细节,从而提高节点投放后的网络成功率,减少投放后的网络维护工作。
目前无线传感器网络使用的仿真工具主要有NS2、OPNET和OMNET++等。
在传感器网络中,单个传感器节点有两个很突出的特点。
一个特点是它的并发性很密集；另一个特点是传感器节点模块化程度很高.上述这些特点使得无线传感器网络仿真需要解决可扩展性与仿真效率、分布与异步特性、动态性、综合仿真平台等等问题。
二、NS-2NS-2 (Network Simulator-2)是著名的用于网络研究的离散事件仿真工具，里面包括了大量的用于在有线或无线、本地连接或通过卫星连接进行TCP协议、路由算法、多播协议仿真的网络协议、调度器和工具。
NS-2主要致力于OSI模型的仿真，包括物理层的行为。
NS-2可以对仿真进行详细的跟踪并用仿真工具“网络动画播放器”C Network Animator (NAM)进行回放。
NS-2是开放源码的自由软件，可以免费下载。
有一些研究小组对NS-2进行了扩展，使它能支持无线传感器网络的仿真，包括传感器模型、电池模型、小型的协议栈、混合仿真的支持和场景工具等。
由于NS-2对数据包级进行非常详细的仿真，接近于运行时的数据包数量，使得其无法进行大规模网络的仿真。
三、OPNETOPNET建模工具是商业化的通信网络仿真平台。
《无线通信原理及应用》课后习题
《无线通信原理及应用》课后习题第1章无线传感器网络概述1、无线传感器网络的定义？2、传感器节点结构及其各部分功能？3、无线自主网的定义？4、传感网与无线自主网的主要区别？5、传感器网络的特点？6、传感器网络的应用主要包括那些方面？7、传感器网络的关键技术包括那些？第2章路由协议1、传统路由协议主要功能？2、无线传感器网络路由协议与传统路由协议有什么不同点？3、无线传感器网络的路由协议的特点？4、传感器网络路由机制的要求有哪些？5、根据传感器网络的不同应用敏感度不同，可将传感器网络的路由协议分为：6、能量路由策略主要有哪几种？7、能量多路径路由的基本思想？8、能量多路径路由的基本过程？9、定向扩散路由的基本思想？10、定向扩散路由机制的基本过程？11、谣传路由的基本思想？12、GEAR路由的基本过程？13、传感器网络有三种存储监测数据的主要方式？14、GEM路由的基本思想？15、虚拟极坐标建立过程的步骤？16、边界定位的地理路由的基本思想？17、一个信标节点确定边界节点的过程？18、目前，研究人员提出的可靠路由协议主要从两个方面考虑？19、基于不想交路径的多路径路由机制的基本思想？20、ReInForM路由的基本过程？21、SPEED协议的基本过程？22、SPEED协议主要由几部分组成？第3章MAC协议1、在设计无线传感器网络的MAC协议时，需要着重考虑哪几个方面？2、在无线传感器网络中，人们经过大量实验和理论分析，总结出可能造成网络能量浪费的主要原因包括哪几方面？3、传感器网络的MAC协议分哪三类？4、基于竞争的MAC协议的基本思想？5、IEEE 802.11MAC协议有哪两种访问控制方式？6、S-MAC协议工作机制？7、流量自适应侦听机制的基本思想？8、Sift协议的设计目的？9、Sift协议的核心思想？10、Sift协议的工作原理？第4章拓扑控制1、网络的拓扑结构控制与优化有着十分重要的意义，主要表现在以下几个方面？2、传感器网络中的拓扑控制按照研究方向可以分为哪两类？3、拓扑结构的常见算法有哪些？4、基于节点度算法的核心思想？5、基于邻近图的算法的作用？6、什么是LEACH算法？7、LEACH算法的实现过程？8、GAF算法的基本思想是什么？9、GAF算法的执行过程10、TopDisc算法的基本思想是什么？11、STEM-B (STEM-BEACON)算法的基本思想是什么？12、ASCENT算法执行分哪几个阶段？第5章IEEE 802.15.4标准1、IEEE 802. 15. 4标准的实现目标？2、IEEE 802. 15. 4标准定义的LR-WPAN网络具有哪些特点？3、IEEE 802. 15. 4网络根据应用的需要可以哪些网络结构。
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6.1 IEEE 802.15.4标准 6.1.2 IEEE 802.15.4协议栈
IEEE 802.15.4协议主要在自动化控制、读表自动化和 传感器网络等领域内使用，其网络协议栈体系结构如下图 所示，它基于OSI协议栈中的每一层都实现一部分通信功 能，并向高层提供服务。
上层 上层 802.2 链路控制层 802.2 链路控制层
6.1 IEEE 802.15.4标准 6.1.1 IEEE 802.15.4协议简介
2. 支持简单设备 短距离传输、低速率和低功耗的特点使IEEE 802.15.4 非常适用于简单设备。在IEEE 802.15.4中总共定义了49 个基本参数，包括14个PHY层基本参数和35个MAC层基 本参数，这使它非常适用于计算能力和存储能力有限的简 单设备。IEEE 802.15.4根据设备具有的通信能力定义了 全功能设备（Full Function Device, FFD）和精简功能设 备（Reduced Function Device, RFD）两种。对于全功 能设备而言，要求必须支持所有IEEE 802.15.4定义的49 个基本参数，而对于精简设备，在最小配置时只要求其支 持IEEE 802.15.4定义的38个基本参数。
6.1 IEEE 802.15.4标准 6.1.1 IEEE 802.15.4协议简介
3. 信标方式 802.15.4能在两种方式下工作，即信标使能方式和非 信标使能方式。对于前者而言，信标由协调器定期广播， 以使相关设备实现同步。且在这种方式下工作时，数据的 传送使用超帧结构，其结构格式由协调器定义；而后者协 调器是不定期广播信标的，只有收到某设备发出请求时才 会作出应答向它广播信标。 4. 数据传输 在IEEE 802.15.4中，存在从协调器到设备、从设备 到协调器、对等设备之间的数据传输三种数据传输方式。 为了体现IEEE 802.15.4低功耗的独特优势，把数据传输 方式分为直接数据传输、间接数据传输和时槽保障 （Granteed Time Slots, GTS）数据传输三种。
IEEE 802.15.4标准只定义了PHY层和MAC层。其中， PHY 层是由射频收发器和底层的控制模块构成的， MAC 层的功能是为高层访问物理信道提供点到点通信的服务接 口。
6.1 IEEE 802.15.4标准 6.1.2 IEEE 802.15.4协议栈
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1. PHY层 PHY层位于设备节点的最底层，射频收发器和MAC层 之间，定义了物理无线信道和MAC层之间的接口，参考模 型如下图所示，主要作用是实现并保证信号的有效传输， 因此 PHY层涉及与信号传输有关的各个方面，包括信号的 发生，信号的发送与接收，数据信号传输方式是同步还是 异步等。主要提供PHY层数据服务和PHY层管理服务。
第6章 无线传感器网络的通信标准
本章目录
6.1 IEEE 802.15.4标准 6.2 ZigBee标准
6.3 RFID标准
6.4 Bluetooth技术
6.5 UWB技术
6.1 IEEE 802.15.4标准 6.1.1 IEEE 802.15.4协议简介
在通信技术飞速发展的趋势下，人们提出了如何在 自身几米范围内实现通信的问题，个人区域网（PAN） 和无线个人区域网（WPAN）的概念便应运而生。其中， 近距离范围内的设备依靠WAPN 网络建立连接，自身几 米范围内的设备通过无线的方式连接起来，相互连接成 网络，且可以与 Internet 或者局域网相连接。 1998 年 3 月成立了IEEE 802.15工作组，主要目的是在个人操作空 间内为相互通信的设备提供通信标准，主要完成了 WPAN网络的PHY层和MAC层的标准化工作。下面介绍 IEEE 802.15.4标准的特点：
数据服务接入点（PD-SAP） 管理实体服务接入点（PLME-SAP）
物理层管理实体 物理层管理实体 物理层 物理层 物理层PAN PAN信息库 信息库
6.1 IEEE 802.15.4标准 6.1.1 IEEE 802.15.4协议简介
1. 工作频段和数据速率 IEEE 802.15.4 工作在工业科学医疗（ Industrial Scientific Medical, ISM）频段，它定义了2.4GHz频段 物理层和868/915MHz频段物理层的标准。它们都是以 直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS）为基础，且使用的物理层数据包格式是完全相同 的，主要区别在于传输速率、调制技术、工作频率和扩 频码片长度。ISM频段中的2.4GHz是全球统一、无需申 请的波段，有利于节约生产成本和推广 ZigBee 设备， 2.4GHz频段物理层采用的是高阶调制技术，有16个传输 速率为 250kb/s 的信道，这有助于获得更小的通信时延、 更短的工作周期和更高的吞吐量，从而更加省电。
特定服务的聚合层 特定服务的聚合层
公共部分子层服务访问点 公共部分子层服务访问点
管理实体服务访问点 管理实体服务访问点
MAC 层 MAC 层
数据服务访问点 数据服务访问点
管理实体服务访问点 管理实体服务访问点 PHY 层 PHY 层
物理媒介 物理媒介
6.1 IEEE 802.15.4标准 6.1.2 IEEE 802.15.4协议栈
6.1 IEEE 802.15.4标准 6.1.1 IEEE 802.15.4协议简介
5. 低功耗 低功耗是IEEE 802.15.4最重要的特点。因为在某些 应用中，更换电池比较麻烦，甚至实际情况下是不可行的。 因为对于由电池供电的简单设备，其更换电池的费用往往 比较高，甚至高于设备本身的成本。所以，在数据传输过 程中，引入了几种增加设备所用电池寿命或节省功率的机 制。 6. 自配置 IEEE 802.15.4在MAC层中加入了关联和分离功能成 功实现自配置。自配置除了能自动建立起一个星状网外， 还允许创建自配置的对等网。在关联过程中可以实现各种 配置，例如设定电池寿命延长选项，为设备配置16位短地 址等。