无线传感器网络简介资料
无线传感器网络
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无线传感器网络的关键技术
无线传感器网络的关键技术
无线传感器网络的关键 技术包括通信协议、能 量管理和数据处理等方 面。下面将对其中一些
关键技术进行介绍
无线传感器网络的关键技术
2.1 通信协议
无线传感器网络的通信协议是保证网络稳定 性和高效性的关键。由于传感器节点资源有 限，因此需要设计低功耗、高效能的通信协 议，以确保节点之间的数据传输质量和稳定 性。常见的无线传感器网络通信协议包括 IEEE 802.15.4、ZigBee、WiFi等
无线传感器网络的应用领域
3.1 环境监测
无线传感器网络可以用于环境监 测领域，例如气象、水文、环境 保护等方面的监测。通过部署传 感器节点，可以实时监测环境参 数，如温度、湿度、气压、光照 等，并将数据传输到控制中心进 行分析和处理，以提供决策支持 和预警功能
无线传感器网络的应用领域
3.2 军事侦察
无线传感器网络的节 点通常采用低功耗设 计，以延长网络的使 用寿命和降低能源消 耗。此外，节点体积 小、重量轻，方便部 署和移动
无线传感器网络的结构和特点
1.3 自修复和 自适应
无线传感器网络中的 节点具有自修复和自 适应能力，可以在节 点发生故障或受损时 ，自动调整网络结构 ，保持网络的连通性 和可用性。同时，网 络可以根据环境变化 和需求变化进行自我 调整和优化
无线传感器网络
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无线传感器网络的结构和特点
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无线传感器网络的关键技术
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无线传感器网络的应用领域
无线传感器网络
WSN具有分布式、自组织、自修 复和自适应等特点，可以广泛 应用于环境监测、军事侦察、 智能家居、农业监测等领域
无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)是由一 组能够自组织形成网络的低功 耗、微型、低成本传感器节点 组成的网络 下面将对无线传感器网络进行 详细的介绍
无线传感器网络
无线传感器网络无线传感器网络（Wireless Sensor Networks, WSN）是一种由众多装备了传感器和通信设备的节点组成的、可以进行数据采集、处理和传输的网络系统。
这些节点可以相互通信，共同完成特定的监测、控制或者数据传输任务。
无线传感器网络广泛应用于环境监测、医疗健康、物联网等领域。
一、无线传感器网络的组成无线传感器网络由多个节点组成，每个节点都有独立的处理能力、通信能力和传感能力。
节点之间通过无线通信进行数据的传递和交换。
每个节点可以采集周围环境的信息，并将数据传输给其他节点，或者通过无线信号传输给数据收集中心。
在无线传感器网络中，节点可以分为三个类型：传感器节点、中心节点和路由节点。
传感器节点用于收集环境信息，如温度、湿度、光照等。
中心节点负责数据的存储和处理，是整个网络的核心。
路由节点用于传输数据，将各个传感器节点采集到的数据传输给中心节点。
二、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。
1. 环境监测无线传感器网络可以用于环境的监测和数据的采集。
通过部署传感器节点，可以实时监测空气质量、水质状况、土壤湿度等环境因素，并将数据传输给监测站点。
这对于环境保护和资源管理非常重要。
2. 健康医疗无线传感器网络可以应用于健康监测和医疗领域。
通过佩戴传感器设备，可以实时监测人体的生理参数，如心率、血压、体温等，并将数据传输给医生或者云平台，以便于监护和诊断。
3. 物联网无线传感器网络是物联网的基础技术之一。
通过无线传感器网络，不同的物体和设备可以相互连接和通信，实现信息的交换和共享。
无线传感器网络在智能家居、智能城市等方面有着重要的应用。
三、无线传感器网络的挑战与未来发展尽管无线传感器网络在各个领域都有广泛的应用，但也面临一些挑战。
1. 能源管理由于无线传感器网络中的节点通常是由电池供电，能源管理是一个重要的问题。
如何延长节点的寿命，提高能源利用效率是当前的研究重点之一。
无线传感网络
无线传感网络无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)是一种分布式传感网络。
是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统。
WSN中的传感器节点通过无线方式通信，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。
且在科技水平大幅度提高的基础上传感器节点的成本和能耗也逐渐降低，使得WSN在很多领域得到应用。
最早现代意义上的传感器是1879年德国科学家霍尔在研究金属的导电机制时制作的磁场传感器。
经过100多年的发展，传感器的功能不再单一，可以采集温度、湿度、位置、光强、压力、生化等标量数据。
1996年，美国军方资助加州大学洛杉矶分校（UCLA）等单位开展低功耗无线传感器网络（Low-power Wireless Integrated Microsensors，LWIM）的研究。
LWIM III型无线传感器节点将传感器、控制电路与电源电路集成为一体。
两年之后，UCLA与Rockwell合作，开发了Rockwell WINS（Wireless Integrated Network Sensor）无线传感器节点。
该节点使用32位微处理器Strong ARM、1MB的内存与4MB的闪存，数据传输速率是100kbps，工作时的功耗为200mw，睡眠时的功耗是0.8mw。
与此同时，加州大学伯克利分校（UCB）也开展了“Smart Dust”（智能尘埃）项目的研究。
“智能尘埃”意指传感器节点的体积非常小，如尘埃一般。
该项目研究的目标是通过MEMS技术，实现传感、计算与通信能力的集成，用智能传感器技术增强微型机器人的环境感知与智慧处理能力。
其研究任务是开发一系列低功耗、自组织、可重构的无线传感器节点。
1998年研制的WeC智能传感器节点使用的是8位、主频为4MHz的AT90LS8535微处理器芯片，内存是512B，闪存为8kB，数据传输速率为10kbps，工作时的功耗为15mw，睡眠时的功耗是45μw。
无线传感网络综述
1、无线传感网络简介无线传感器网络WSN（Wireless Sensor Network）是一种由传感器节点构成的网络，能够实时地监测、感知和采集节点部署区中观察者感兴趣的感知对象的各种信息（如光强、温度、湿度、噪音和有害气体浓度等物理现象），并对这些信息进行处理后以无线的方式发送出去，通过无线网络最终发送给观察者。
2、无线传感网络的特点1）硬件资源有限：节点由于受价格、体积和功耗的限制，其计算能力、程序空间和内存空间比普通的计算机功能要弱很多。
这一点决定了在节点操作系统设计中，协议层次不能太复杂。
2）传感节点数目多、易失效：根据应用的不同，传感器节点的数量可能达到几百万个，甚至更多。
此外，传感器网络工作在比较恶劣的环境中，经常有新节点加入或已有节点失效，网络的拓扑结构变化很快，而且网络一旦形成，人很少干预其运行。
因此，传感器网络的硬件必须具有高强壮性和容错性，相应的通信协议必须具有可重构和自适应性。
3）通信能力有限：考虑到传感器节点的能量限制和网络覆盖区域大，传感器网络采用多跳路由的传输机制。
传感器节点的无线通信带宽有限，通常仅有几百kbps 的速率。
由于节点能量的变化，受高山、建筑物、障碍物等地势地貌以及风雨雷电等自然环境的影响，无线通信性能可能经常变化，频繁出现通信中断。
4）电源能量有限：网络节点由电池供电，电池的容量一般不是很大。
其特殊的应用领域决定了在使用过程中，不能给电池充电或更换电池，一旦电池能量用完，这个节点也就失去了作用。
因此在无线传感器网络设计过程中，任何技术和协议的使用都要以节能为前提。
5）以数据为中心是网络的核心技术：对于观察者来说，传感器网络的核心是感知数据，而不是网络硬件。
例如，在应用于目标跟踪的传感器网络中，跟踪目标可能出现在任何地方，对目标感兴趣的用户只关心目标出现的位置和时间，并不关心哪个节点监测到目标。
以数据为中心的特点要求传感器网络的设计必须以感知数据管理和处理为中心，把数据库技术和网络技术紧密结合，从逻辑概念和软、硬件技术两个方面实现一个高性能的以数据为中心的网络系统，使用户如同使用通常的数据库管理系统和数据处理系统一样自如地在传感器网络上进行感知数据的管理和处理。
无线传感器网络(WSN)技术概述
无线传感器网络（WSN）技术概述无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，简称WSN），是一种由大量分布在监测区域内的无线传感器节点组成的自组织网络。
通过无线通信技术，这些节点可以相互之间进行通信，并将采集到的环境信息传输到基站或其他节点。
WSN技术是当今物联网领域的重要支撑技术之一，具有广泛的应用前景。
一、WSN技术的架构WSN技术的架构主要由传感器节点、网络通信、数据处理和能量管理四个部分组成。
1. 传感器节点传感器节点是WSN技术的基本组成单元，通常由传感器、处理器、存储器和通信模块等组件构成。
传感器用于采集环境信息，如温度、湿度、压力等。
处理器用于对采集到的数据进行处理和分析。
存储器用于存储采集到的数据和运行程序。
通信模块用于与其他节点进行通信。
2. 网络通信在WSN中，节点之间通过无线通信方式进行通信。
常见的无线通信技术包括无线局域网（WLAN）、蓝牙（Bluetooth）和低功耗广域网络（LPWAN）等。
节点之间可以通过广播或点对点通信方式进行数据传输。
3. 数据处理传感器节点采集到的原始数据通常需要进行一定的处理和分析。
数据处理主要包括数据压缩、数据融合和数据挖掘等技术。
通过数据处理，可以减少数据的冗余性，提高数据的有效性，并提取出有用的信息。
4. 能量管理能量管理在WSN技术中非常重要，因为传感器节点通常由电池供电，并且节点通常需要长时间运行。
为了延长节点的寿命，需要对节点的能量进行合理管理。
能量管理包括能量感知、能量节约和能量补充等方面内容。
二、WSN技术的应用领域WSN技术在许多领域具有广泛的应用，在环境监测、农业、工业自动化和智能交通等领域发挥了重要作用。
1. 环境监测WSN技术可以应用于环境监测领域，用于监测空气质量、水质污染等环境参数。
通过部署大量的传感器节点在监测区域内，可以实时的、准确的获取环境信息，对环境状况进行监控和评估。
2. 农业WSN技术可以用于农业生产中，用于监测土壤湿度、气温、光照等参数。
传感系统——无线传感器网络
传感系统——无线传感器网络1 无线传感器网络简介1.1 无线传感器网络定义无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。
传感器、感知对象、观测者构成WSN的三个要素.1.2 无线传感器网络体系结构○1传感器节点：处理能力，存储能力和通信能力较弱，通过携带能量有限的电池供电。
兼顾终端和路由器功能。
○2汇聚节点：处理能力，存储能力和通信能力较强，连接传感器网络和INTERNET 等外部网络。
○3管理节点：用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理，发布监测任务和收集监测数据。
1.3 传感器网络的特点大规模网络：部署的区域和节点的密度自组织网络：节点一般随机部署，位置和拓扑结构难以描述动态性网络：网络拓扑结构的动态性可靠的网络：网络维护几乎不可能应用相关的网络：没有统一的通信协议平台以数据为中心的网络：互联网以地址为中心1.4 无线传感器网络的一种数据管理底层协议(LDMP)以往的协议都基于一个基本假设: 基站感兴趣的数据总是在网络中稳定存在(而不因节点关闭而丢失或因节点移动而移动)。
LDMP考虑在节点关闭或移动的情况下，如何保证该节点带有的历史数据仍保存在原地理位置附近．而不丢失或移动，从而在不改变原有通讯协议的情况下完成快速查询，为以数据为中心的数据管理提供了底层的可靠支持。
LDMP包括内容:网络模型的基本假设,节点的数据结构数据管理,数据的丢失概率,数据备份的通讯量数据恢复的通讯量,数据管理对网络稳定性的影响,数据管理的可扩展性,数据管理的能耗,应用和仿真实验.LDMP的优点主要体现在三方面：简单、节能、普适性好。
2.无线传感器网络应用现状无线传感器网络的研究主要集中在通信(协议、路由、检错等)、节能和网络控三个方面,目前都已经有了比较成熟的解决方法,为无线传感器网络投入实际应用提供了理论基础。
无线传感器网络技术
无线传感器网络技术无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是近年来快速发展起来的一种先进的感知与通信技术。
它由大量分布在监测区域内的无线传感器节点组成，通过无线通信和信息处理技术，可以实现对环境、物体或事件的实时、动态、全面的检测、监测和定位，具有广阔的应用前景。
1. 无线传感器网络的概述无线传感器网络是一种分布式的网络结构，由大量部署在监测区域内的传感器节点组成。
这些传感器节点可以感知、采集、处理和传输环境中的信息，并通过无线通信与其他节点进行交互和协作。
这种分布式的感知与通信方式使得无线传感器网络具备了广泛的应用场景和巨大的潜力。
2. 无线传感器网络的组成与特点无线传感器网络主要包括传感器节点、数据中心和通信网络三个部分。
传感器节点是无线传感器网络的核心，它们通过感知、采集和处理环境中的信息，并通过通信网络将数据传输到数据中心进行进一步的处理和分析。
无线传感器网络具有自组织、自适应、动态调整、灵活部署等特点，可以实现对环境的全面、实时、动态的监测和控制。
3. 无线传感器网络的应用领域无线传感器网络在农业、环境监测、智能交通、智能家居、工业控制等领域都有广泛的应用。
在农业领域，无线传感器网络可以实现对土壤湿度、温度、光照等环境参数的实时检测和控制，提高农作物的产量和质量。
在环境监测领域，无线传感器网络可以对大气污染、水质污染、噪音等环境因素进行实时监测和预警。
在智能交通领域，无线传感器网络可以实现对交通流量、道路状况等信息的实时采集和传输，提高交通管理的效率和安全性。
在智能家居领域，无线传感器网络可以实现对家庭设备、安全系统等的实时监测和控制，提高家庭生活的便捷性和舒适度。
在工业控制领域，无线传感器网络可以实现对工业设备、生产过程等的实时监测和控制，提高生产效率和质量。
4. 无线传感器网络的挑战与发展方向虽然无线传感器网络在应用领域有广泛的前景，但也面临着一些挑战。
无线传感器网络
无线传感器网络无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，简称WSN）是由大量分布在空间中的无线传感器节点组成的网络。
每个节点都配备有传感器和通信设备，能够感知环境中的各种物理信息，并将数据通过通信模块传送给其他节点。
WSN可以广泛应用于农业、环境监测、智能交通、医疗保健、安全监控等领域。
它们能够实时监测环境参数、收集数据、进行信息处理和传输，为人们提供及时准确的信息以及决策支持。
一、无线传感器网络的基本组成无线传感器网络由三大组成部分组成：传感器节点、基站和通信链路。
1. 传感器节点传感器节点是WSN的基本构建单元，由处理器、传感器、存储器和无线通信模块组成。
它们能够感知周围环境的变化，并将采集到的数据进行处理和传输。
2. 基站基站是无线传感器网络的控制中心，用于收集节点传输的数据和协调网络的运行。
基站通常具有更高的处理能力和通信能力，可以与传感器节点进行双向通信，并向用户提供服务接口。
3. 通信链路通信链路是传感器节点与基站之间的无线通信通道，用于传送数据和控制信息。
通信链路通常采用低功耗、低数据传输速率的无线技术，以延长网络寿命并降低能耗。
二、无线传感器网络的关键技术与挑战1. 能源管理如何合理管理无线传感器节点的能源，是WSN中的一个重要问题。
节点的能耗直接关系到网络的寿命和性能。
研究者们正在努力开发低能耗芯片、优化通信协议和能量收集技术，以延长传感器节点的寿命。
2. 数据传输与处理WSN需要高效的数据传输和处理算法，以应对大量的数据流。
数据压缩、数据聚合和数据处理技术能够减少传输量，并提高网络的能效。
3. 路由与拓扑控制WSN中的节点分布较为密集，传输链路的选择和拓扑控制是保证网络性能和可靠性的关键。
研究者们正在研究多跳路由协议、拓扑控制算法和信号处理技术，以优化网络性能。
4. 安全与隐私保护WSN中的节点通常部署在无人地区，容易受到攻击和破坏。
同时，由于节点传输的数据往往包含用户的隐私信息，如何保证网络的安全性和隐私保护也是一个重要问题。
无线传感器网络简介
无线传感器网络简介无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是指由大量分布在空间中的无线传感器节点组成的网络。
每个传感器节点都具有感知、处理和通信的能力，可以实时采集和传输环境中的各种信息。
无线传感器网络的发展，为我们提供了一种全新的数据采集和监测手段，广泛应用于环境监测、农业、交通、医疗等领域。
一、无线传感器网络的组成与特点无线传感器网络由大量的传感器节点组成，每个节点都具有自身的处理器、存储器和无线通信模块。
这些节点通过无线通信方式相互连接，形成一个自组织的网络。
传感器节点通常由能源有限的电池供电，因此能源管理是无线传感器网络设计中的重要问题。
无线传感器网络具有以下特点：1. 分布式：传感器节点分布在空间中，可以覆盖较大的区域，实现全面的环境监测。
2. 自组织：传感器节点可以自主地进行网络组网和节点加入/离开操作，具备一定的自适应能力。
3. 多功能：传感器节点可以感知多种环境参数，如温度、湿度、光强等，可以应用于不同领域的监测需求。
4. 低功耗：由于能源有限，传感器节点通常采用低功耗设计，延长节点的工作寿命。
二、无线传感器网络的应用无线传感器网络在各个领域都有着广泛的应用。
1. 环境监测：无线传感器网络可以实时监测环境中的温度、湿度、空气质量等参数，为环境保护和监测提供数据支持。
2. 农业领域：传感器节点可以监测土壤湿度、光照强度等参数，帮助农民实现精细化的农业管理，提高作物产量和质量。
3. 交通领域：无线传感器网络可以监测道路交通流量、车辆速度等信息，为交通管理提供实时数据，提高交通运输效率。
4. 医疗领域：传感器节点可以监测患者的生理参数，如心率、血压等，实现远程医疗监护，提高医疗服务的质量。
5. 工业领域：无线传感器网络可以监测工业生产过程中的温度、压力等参数，实现智能化的生产管理，提高生产效率和产品质量。
三、无线传感器网络的挑战与发展方向虽然无线传感器网络在各个领域都有广泛应用，但也面临一些挑战。
无线传感器网络
无线传感器网络摘要：无线传感器网络在近年来得到了迅速发展和广泛应用。
该技术结合了传感器技术、通信技术和计算技术，以及其他相关领域的技术，可用于各种领域和场景，如农业、环境监测、智能交通等。
本文将介绍无线传感器网络的基本概念、组成结构和工作原理，以及其在各个领域中的应用。
1. 引言无线传感器网络是一种由许多由无线通信模块连接的小型传感器节点组成的网络。
每个传感器节点都能够感知和采集周围环境的信息，并通过无线通信方式将信息传输给网络中的其他节点。
传感器节点可以根据需求部署在不同的位置，构建一个分布式的传感器网络，从而实现对目标区域的全面监测和控制。
2. 无线传感器网络的组成结构无线传感器网络的组成结构包括传感器节点、基站节点和传感器网络。
传感器节点是无线传感器网络的核心组成部分，每个传感器节点都具有感知、处理和通信功能。
基站节点用于接收来自传感器节点的数据，并进行处理和存储。
传感器网络是由许多传感器节点和基站节点组成的网络结构，通过无线通信方式连接各个节点，实现数据的传输和共享。
3. 无线传感器网络的工作原理无线传感器网络的工作原理可以分为部署阶段和运行阶段两个阶段。
在部署阶段，传感器节点被部署到目标区域，并与基站节点进行通信，建立网络连接。
在运行阶段，传感器节点通过感知装置感知目标区域的信息，并将信息通过无线通信方式传输给基站节点。
基站节点接收到传感器节点的数据后，进行处理和存储，并向用户提供相应的服务和应用。
4. 无线传感器网络的应用领域无线传感器网络的应用领域非常广泛。
在农业领域，无线传感器网络可以用于农作物的监测和灌溉控制，实现自动化的农业生产。
在环境监测领域，无线传感器网络可以用于大气污染、水质监测等环境参数的监测和预警。
在智能交通领域，无线传感器网络可以用于车流量的监测和交通管理，提高交通运输的效率和安全性。
5. 无线传感器网络的挑战和未来发展虽然无线传感器网络在各个领域都有广泛的应用，但仍然面临着一些挑战。
无线传感器网络
4.3无线传感器网络4.3.1无线传感器网络简介及意义4.3.1.1无线传感器网络简介1.名称：无线传感器网络，英文全称是Wireless Sensor Networks, 日常使用多缩写为WSN，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。
2.WSN中传感器的通信方式是通过无线通信。
3.功能：是一种新型的信息获取系统。
4.组成和构成：是由部署在监测区域内大量的微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统。
无线传感器网络是一种低功耗、自组织网络，一般由一个或多个基站（Sink节点）和大量部署于监测区域、配有各类传感器的无线网络节点构成。
每个节点成本低，功耗小，具有一定计算处理能力、通信能力。
虽然单个节点采集数据并不精确，也不可靠，但是大量节点相互协作形成高度统一的网络结构，提高了数据采集的准确度和运行的可靠性。
5.应用环境和方向：可部署于在敌占区、灾害区、核反应堆等人力不可达的特殊区域进行数据采集、传输等，具有其他网络无法比拟的特性，可广泛用于国防、环境监测、智能家居等领域。
6.目的：是协作监测、感知和采集网络覆盖区域内各种感知对象的信息，并对这些信息进行处理，最终发送给观察者。
4.3.1.2 无线传感器网络的意义1.无线传感器网络引起了全世界的关注，被认为是继互联网之后的第二大网络。
2.无线传感器网络被称为21世纪最具影响的技术之一；是改变世界的十大新兴技术之首；是全球未来的四大高新技术产业之一。
3.在无线传感器网络研究及其应用方面，我国与发达国家几乎同步启动，它已经成为我国信息领域，位居世界前列的少数项目之一。
4.3.2无线传感器网络的发展1.传感器网络和无线传感器网络的发展历程：传感器网络的发展历程分为以下三个阶段：传感器→无线传感器→无线传感器网络。
第一阶段:最早可以追溯至越战时期使用的传统的传感器系统。
当年美越双方在密林覆盖的“胡志明小道”进行了一场血腥较量，“胡志明小道”是胡志明部队向南方游击队输送物资的秘密通道，美军对其进行了狂轰滥炸，但效果不大。
无线网络技术_第8章 无线传感器网络
❖ 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。
第1章 无线传感器网络概述
第一章 无线传感器网络概述
无线传感器网络的系统结构——节点结构
第一章 无线传感器网络概述
无线传感器网络的系统结构——软件结构 最靠近基础硬件并对各种软硬件资源进行管理的是操作系
统，无线传感器网络操作系统一般采用事件驱动的组件设计
模式，完整的系统由调度器和分层组件组成 每一类完整的无线传感器网络的软件结构，都需要有面向 特定应用的业务逻辑部分软件。可根据传感器网络节点采集 的数据的类型、特性、用途和用户的需要对数据进行特定的 处理 在现代的无线传感器网络软件体系中，还会设计处理分布 系统所特有功能的软件，形成无线传感器网络中间件软件， 用于支撑各种应用
第一章 无线传感器网络概述
无线传感器网络介绍——应用前景 住建部 1 月 29 日宣布，北京市东城区、江苏省无锡市、 河北省石家庄市、浙江省温州市等90个城市通过审核，成 为首批国家智慧城市试点。 在 90个试点中，37 个地级市，50个区（县）， 3个镇。 试点城市将要在 3-5 年完成创建此后由相关部门组织评估 并进行等级评定。评定等级将由低到高分为一星、二星和 三星。 住建部与国家开发银行签订合作协议，未来三年，住建 部与国家开发银行合作投资智慧城市，资金规模将达 800 亿，同时推进智慧城市试点项目的遴选、调查、发款等工 作。 除了通过审批试点的90个城市，目前还有近三百个城市 已经开始建设智慧城市项目，而未来几年将有 600-800 个 城市打造智慧城市，预计国家在“十二五”期间用于建设 智慧城市的投资规模将达5000亿元，而带动相关产业发展 的市场规模预计将在2万亿元左右，前景非常广阔。
C、D、E多跳传送给Sink节点，再由Sink节点传送给外部网络
（如Internet）。
第一章 无线传感器网络概述
无线传感器网络
关键技术
1、混沌加密技术
无线传感器路密码学属于跨学科的一门科目，其探究的主要是通过一些手段与方式把真正有用的信息给隐藏 起 来，只有通过授权人的授权方可正确解读信息中的内容，把信息转变为无法读取形式的这项技术即为加密技术。无 线传感器当中诸多的混沌加密技术里，最具代表性的一项技术就是对称密钥体制技术，也是一项密码算法，其 耗 能较低，相对来说计算起来并不是十分烦琐。在判断无线传感器络利用的密码技术是不是最恰当的标准通常有 以 下几个方面：数据占用的长度跟处理花费的时间、消耗能量的大小、密码算法代码所需的长度。这当中密码算 法 包括有高级加密算法跟对称加密算法等等。混沌密码技术整体来说属于较为复杂的一项技术，它遵守了动力学 的 机制跟混乱与扩散的基本原则。
2、密钥管理协议
密钥管理协议是将密钥被生成到利用的所有步骤进行分级授权保护，保证密钥的封闭性同时也能做到灵活的 使用。例如密钥的生成、分发授权于金融机构使其能够生成密钥分发给传递中支付方，使其能生成数字签名保证 信息不可否认性，而最终的密钥公证则授权与特定机构，以验证信息的真实性。数据验证协议，是对用户将要使 用数据进行安全验证的协议，验证大数据时代活动中交换的数据是否具有端级签名和个人签名。
应用范围
应用范围
1、无线传感器在电气自动化中的应用
在我国自动化技术不断发展的进程中，我国电力系统是发展较快的一个领域，电力系统的自动化，有助于减 少不必要的能源浪费，减少事故的发生率，以及提高在事故发生时对其进行修理维护的效率。人工电力系统管理 工作容错率较低，人们在进行工作的过程中，必须根据电力系统设备的运行情况进行适时调整，在电气自动化的 过程中同样，需要对电力系统进行实时的监控，根据需求对电压进行调节，电力系统在运行的过程中，由于外界 环境比如天气温度等，会时时刻刻发生变化，如果外界条件变化较为剧烈，在电力系统中的各项电力属性同样会 发生较大的变化，为了补偿这部分变化，便需要对其进行调节，数据的采集首先是一项重要的内容，需要有一些 装置能够对电气系统中的各项电气属性值进行统计，然后进行处理，将数据进行记录传输，根据传输的内容对其 进行控制，提高其自动化水平。此外，还需要在电力系统中，在单位路程内设置一些温度和湿度等环境传感设备 对电力系统的环境进行监管，以便预计电力系统的变化。在电气自动化中，大多使用无线传感装置，通过无线传 感装置能够避免一些线路问题，提高传感装置的高效性。采用无线传感装置，相较于过去的监控管理装置而言具 有较多的优点，其中较为明显的优点便是减少了线路的复杂性，在电力系统中，特别是高压输电线，如果线路较 为复杂，在进行管理维护的过程中，会增加工作难度，而且具有较高的风险。相较于传统的感应装置，无线传感 装置受损的可能性较小，而且传输的数据也更加具有络传感器的组建不受任何外界条件的限制，组建者无论在何时何地，都可以快速地
无线传感器网络
无线传感器网络无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，简称WSN）指采用无线通信技术将大量分布式的无线传感器节点进行网络互联，并通过节点之间的协同工作实现对环境信息的采集、处理、传输和应用的一种网络系统。
它具有低成本、低功耗、分布式、自组织等特点，在环境监测、智能交通、物流管理等领域有着广泛的应用前景。
一、无线传感器网络的概念与组成无线传感器网络是由大量的无线传感器节点组成的分布式网络系统。
每个节点都具有感知环境、处理数据和进行通信的能力，可以通过无线通信方式与其他节点进行数据交换和协同工作。
节点之间通过无线信道进行数据传输，形成了一个覆盖范围广、布局灵活的网络。
无线传感器网络的组成主要包括以下几个要素：1. 无线传感器节点：每个节点包含感知器、处理器、无线通信模块和电源等组件。
它们能够感知环境中的各种物理量，如温度、湿度、压力等，并将采集到的数据进行处理和传输。
2. 网络拓扑结构：是指无线传感器节点之间的连接方式。
常见的拓扑结构有星型、多跳、分簇等，不同的拓扑结构适用于不同的应用场景和需求。
3. 路由协议：用于节点之间的数据传输和通信，实现节点之间的协作和信息交换。
常见的路由协议有LEACH、TBRPF等，选择合适的路由协议对于网络性能和能耗有着重要的影响。
4. 数据处理与存储：无线传感器网络中的节点通常会对采集到的数据进行处理和存储，以便后续分析和应用。
节点可以通过数据压缩、聚合等方式减少数据的传输量，并采用存储技术将数据保存在本地或云端。
二、无线传感器网络的应用领域无线传感器网络在许多领域都有着广泛的应用，下面列举了一些典型的应用领域：1. 环境监测：无线传感器网络可以用于实时监测环境中的温度、湿度、气体浓度等参数，对环境变化进行监测和预警。
这在农业、气象、能源等领域都有着重要的应用价值。
2. 智能交通：无线传感器网络可以用于交通状况的实时监测和智能调度，提高交通效率和安全性。
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在桥梁结构监测中的应用
在旧金山，200个联网微尘(mote)已被部署在 金门大桥。这些微尘用于确定大桥从一边到另一边 的摆动距离。当微尘检测出移动距离时，它将把该 信息通过网络传递出去。信息最后到达一台更强大 的计算机进行数据分析。任何与当前天气情况不吻 合的异常数据都可能预示着大桥存在隐患。系统将 根据这一信息通知工程师对其进行修缮，以确保桥 梁在遭受地震或其它自然灾害时仍保持完好无损。
传感器网络概述
传感器网络的组织结构 传感器网络的特征 传感器网络的应用 传感器网络的体系结构 传感器网络的通信协议 传感器网络的关键技术和研究现状
3.1 传感器网络应用分类
事件驱动（event-driven）
例如，目标探测、森林火灾及地震等灾害监测。
请求驱动（demand-driven/Store-andForward）
the cost of a single node is very important to justify the overall cost of the network
Operating environment
The bottom of an ocean The biologically or chemically contaminated
传感器网络概述
传感器网络的组织结构 传感器网络的特征 传感器网络的应用 传感器网络的体系结构 传感器网络的通信协议 传感器网络的关键技术和研究现状
2.1 与现有网络的区别
无线网络可分为3类：无线宽带网络（包括GSM、 CDMA、3G、4G、WLAN和WMAN）、Ad hoc 和WSN
无线传感器网络技术已经在我国中长期发展规划中被列为 重点发展方向之一。 2004年自然科学基金资助的重点研究项目：基于无线传感 器网络:煤矿瓦斯灾害基础研究重点 项目指南-煤矿瓦斯传感技术和预警信息系统基础理论与关 键技术 2006年自然科学基金重点项目:水下移动传感器网络的关键 技术 2006年8月公布的十一五863计划信息技术领域2006年度专 题课题申请指南：设置“智能感知与先进计算技术”、“自组
WSN和Ad hoc 统称为自组织网络（self-organization network），但是WSN有不同于Ad hoc 网络的技术要 求和特征
任丰原，林闯，无线传感器网络的现状与发展，中国计算机科学技术发展报告2005
2.2 传感器节点的限制
供电能力有限 传感器节点体积非常微小 （Smart Dust/
area Possess self-organizing capabilities
1.2 传感器节点结构
Sensor + processor, memory, short-range radio communication facility
Small form-factor(小规格) Commonly powered by batteries
Sensor nodes are densely deployed inside the phenomenon
Sensing + processing + communication Remote monitoring and event detection in a geographically large region or an inhospitable
例如，工厂仓库库存跟踪、智能家居等。
周期采样（Periodic Sampling）
例如：中央空调环境中温度/湿度监测、病人护理 等。
3.2 传感器网络应用领域
Battle surveillance
Detect, locate or track enemy movement (e.g. Sensor IT, Sensor Web)
Fault tolerance
Some sensor nodes may fail or be blocked due to
Lack of power Physical damage Environmental interference
should not affect the overall task of the sensor networks
功耗小，必然导致其携带的处理器能力较弱，存储 器容量比较小
2.3 传感器网络的特点
大规模网络 自组织网络 动态性网络 可靠的网络 应用相关的网络 以数据为中心的网络
2.4 传感器网络的设计要素
Fault tolerance Scalability Production cost Environment Hardware constraints Transmission media Power consumption
New schemes must
Be able to work with this number of nodes Utilize the high density of the sensor networks
Production costs
Sensor networks consist of a large number of sensor nodes
Limited memory, battery
Power consumption
Limited power (battery) Replenishment(补给)of power is impossible
sensor node lifetime is dependent on battery lifetime
Inventory(库存) managing Monitor patients / assist disabled patients Virtual keyboard Security Smart office spaces/Smart agriculture
在精准农业中的应用
在建筑物结构监测中的应用
前言
国际上，无线传感器网络引起了学术界、军界和工业界 的极大关注。 美国麻省理工学院《2003技术评论》认为，有十种新兴技 术在不远的将来会产生巨大的影响，其中无线传感器网络名列 第一。 2003年8月，美国《商业周刊》也将传感器网络列为由可 能掀起新的产业浪潮的未来四大高新技术之一。 美国《今日防务》杂志更认为无线传感器网络的应用和发 展将引起一场划时代的军事技术革命和未来战争的变革。 2004年《IEEE领域》杂志发表了一期题为“传感器的国度” 的专集，论述了WSN的发展和可能的广泛应用。
Architectures and Protocols，Auerbach Publications，2003 卡拉维（ Edgar H. Callaway）著，王永斌 等译，无线传感
器网络：体系结构与协议 ,电子工业出版社 , 2007.1
课程要求
什么是无线传感器网络
定义：随机分布的集成有传感器、数据处理单元和 通信单元的微小节点，通过自组织的方式构成的无 线网络。 英文名：Wireless Sensor Networks；缩写：WSN 功能：借助于节点中内置的传感器测量周边环境中 的热、红外、声纳、雷达和地震波等信号,从而探测 包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成 分、移动物体的大小、速度和方向等物理现象。 / /
织网络与通信技术”、“虚拟现实技术”和“信息安全技术” 四
个专题 。
传感器网络概述
传感器网络的组织结构 传感器网络的特征 传感器网络的应用 传感器网络的体系结构 传感器网络的通信协议 传感器网络的关键技术和研究现状
1.1 传感器网络结构
Composed of a large number of sensor nodes
Disaster areas monitoring
The motion of a tornado Fire detection in a forest
Product quality monitoring
Temperature, humidity monitoring (meat, dairy products)
定位
特殊任务 时移动
1.3 传感器节点设计的技术要素
Low cost Enough processing and storage capabilities Low power expending Flexible configuration
现有无线传感器网络节点中采用的射 频模块比较
现有无线传感器网络节点综合比较
在森林微气候监测中的应用
对鸟类栖息地与觅食习惯的监测
在故宫环境监测中的应用
field A battlefield beyond the enemy lines
Transmission media
Radio Infrared（红外线） Optical media
Hardware constraints
Very small size Weight
required very light node sometimes
参考书目
郑少仁 等，Ad Hoc 网络技术，人民邮电出版社，2005 于宏毅 等，无线移动自组织网，人民邮电出版社，2005 金纯 等，IEEE 802.11 无线局域网，电子工业出版社，2004 孙利民 等，无线传感器网络，清华大学出版社，2005 周贤伟，无线传感器网络与安全，国防工业出版社，2007 Edgar H. Callaway ，Wireless Sensor Networks—
无线传感器网络
主讲人：魏嵬 办公室: 计算机科学与工程学网络工程系
课程内容
无线传感器网络概述 无线传感器网络路由协议 无线传感器网络Mac 协议 无线传感器网络拓扑控制 IEEE 802.15.4 定位技术,时间同步,安全技术,数据管理,数据
融合 硬件平台,nesC语言,TinyOS操作系统 跟踪系统,环境监测系统