无线传感器网络技术

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。
无线传感器 网络节点
网关节点 汇聚节点 传感节点
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。
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
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。
2.2.2 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。
2.1.4 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
簇头节点 监控接入
簇头节点
无线或有线 网络
监控终端
2.1.2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
传输控制
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
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
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。
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。
2.1.6 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
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。