第6章 传感器网络协议的技术标准
无线传感器网络技术内容
第一章物联网：通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
无线传感器网络综合了计算技术、通信技术及传感器技术，其任务是利用传感器节点来监测节点周围的环境，收集相关数据，然后通过无线收发装置采用多跳路由的方式将数据发送给汇聚节点，再通过汇聚节点将数据传送到用户端，从而达到对目标区域的监测。
无线传感器网络通常包括传感器节点、汇聚节点和任务管理节点。
典型的无线传感器网络结构包括哪几部分？一般情况下由以下四个基本单元组成：数据采集单元、控制单元、无线通信单元以及能量供应单元。
无线传感器网络基本节点拓扑结构可分为基于簇的分层结构和基于平面的拓扑结构两种选择题：无线传感器网络可实现数据的采集量化，处理融合和传输应用，具有无线自组织网络的移动性、电源能力局限性，规模大、自组织性、动态性、可靠性、以数据为中心等等。
第2章无线传感器网络物理层的传输介质主要包括电磁波和声波。
无线电波、红外线、光波等负责使在两个网络主机之间透明传输二进制比特流数据成为可能，为在物理介质上传输比特流建立规则，以及在传输介质上收发数据时定义需要何种传送技术。
无线传感器网络物理层接口标准对物理接口具有的机械特性、电气特性、功能特性、规程特性进行了描述。
作为一种无线网络，无线传感器网络物理层协议涉及传输介质以及频段的选择、调制、扩频技术方式等，同时实现低能耗也是无线传感器网络物理层的一个主要研究目标。
IEEE 802.15.4 该标准把低能量消耗、低速率传输、低成本作为关键目标，旨在个人或者家庭范围内不同设备之间建立统一的低速互连标准。
有16个信道工作于2.4GHz ISM频段，2.4GHz频段提供的数据传输速率为250kb/s，对于高数据吞吐量、低延时或低作业周期的场合更加适用有1个信道工作于868MHz频段以及10个信道工作于915MHz频段。
物联网行业物联网传感器研发方案
物联网行业物联网传感器研发方案第一章绪论 (2)1.1 研究背景 (2)1.2 研究目的与意义 (2)1.3 研究内容与方法 (3)第二章物联网传感器概述 (3)2.1 物联网传感器定义与分类 (3)2.2 物联网传感器技术发展趋势 (4)2.3 物联网传感器在行业中的应用 (4)第三章传感器研发流程 (5)3.1 需求分析与规划 (5)3.2 设计与仿真 (5)3.3 硬件开发与选型 (6)3.4 软件开发与集成 (6)第四章传感器功能优化 (6)4.1 传感器功能指标分析 (6)4.2 传感器功能优化方法 (7)4.3 传感器功能测试与验证 (7)第五章传感器网络协议 (8)5.1 传感器网络协议概述 (8)5.2 常用传感器网络协议介绍 (8)5.2.1 ZigBee协议 (8)5.2.2 6LoWPAN协议 (8)5.2.3 LoRaWAN协议 (8)5.3 传感器网络协议的选择与优化 (8)第六章数据处理与分析 (9)6.1 传感器数据预处理 (9)6.1.1 数据清洗 (9)6.1.2 数据归一化 (9)6.1.3 数据降维 (9)6.2 数据分析方法 (10)6.2.1 描述性分析 (10)6.2.2 关联性分析 (10)6.2.3 聚类分析 (10)6.3 数据可视化与展示 (10)6.3.1 数据可视化方法 (10)6.3.2 数据展示平台 (11)第七章安全与隐私保护 (11)7.1 物联网传感器安全需求 (11)7.2 传感器安全机制设计 (11)7.3 隐私保护策略 (12)第八章传感器应用案例 (12)8.1 智能家居 (12)8.2 工业监测 (12)8.3 环境监测 (13)第九章传感器产业现状与发展趋势 (13)9.1 传感器产业现状 (13)9.2 传感器产业政策与标准 (14)9.3 传感器产业发展趋势 (14)第十章总结与展望 (14)10.1 研究总结 (14)10.2 存在问题与挑战 (15)10.3 未来研究方向与建议 (15)第一章绪论1.1 研究背景信息技术的飞速发展，物联网（Internet of Things, IoT）作为新一代信息技术的重要分支，已成为全球范围内产业转型升级的关键推动力。
无线传感器网络复习资料
无线传感器网络复习资料第一章概述1、什么是无线传感器网络?无线传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。
2、传感器网络的终端探测结点由哪些部分组成?这些组成模块的功能分别是什么?（1）传感模块（传感器、数模转换）、计算模块、通信模块、存储模块、电源模块和嵌入式软件系统（2）传感模块负责探测目标的物理特征和现象，计算模块负责处理数据和系统管理，存储模块负责存放程序和数据，通信模块负责网络管理信息和探测数据两种信息的发送和接收。
另外，电源模块负责结点供电，结点由嵌入式软件系统支撑，运行网络的五层协议。
3、传感器网络的体系结构包括哪些部分？各部分的功能分别是什么？（1）网络通信协议：类似于传统Internet网络中的TCP/IP协议体系。
它由物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层组成。
（2）网络管理平台：主要是对传感器结点自身的管理和用户对传感器网络的管理。
包括拓扑控制、服务质量管理、能量管理、安全管理、移动管理、网络管理等。
这些管理平台使得传感器节点能够按照能源高效的方式协同工作，在节点移动的传感器网络中转发数据，并支持多任务和资源共享。
（3）应用支撑平台：建立在网络通信协议和网络管理技术的基础之上。
包括一系列基于监测任务的应用层软件，通过应用服务接口和网络管理接口来为终端用户提供各种具体应用的支持。
第二章微型传感器的基本知识1、传感器由哪些部分组成？各部分的功能是什么？传感器一般由敏感元件、转换元件和基本转换电路组成。
敏感元件是传感器中能感受或响应被测量的部分。
转换元件是将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的信号（一般指电信号）部分。
基本转换电路可以对获得的微弱电信号进行放大、运算调制等。
另外，基本转换电路工作时必须有辅助电源。
2、集成传感器的特点是什么?体积小、重量轻、功能强、性能好。
无线传感器网络复习大纲
⽆线传感器⽹络复习⼤纲第⼀章1. 传感器（chapter1/10）⼀种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按⼀定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出。
2. ⽆线传感器⽹络传感器节点之间通过⽆线⽅式，采⽤⾃组织多跳的形式组成⼀个传感器⽹络，利⽤各类集成化微型传感器实施监测、感知和采集各种环境信息或监测对象的信息。
将收集到的信息以⽆线⽅式通过多跳路径传送到⽤户终端，传输过程中会对信息进⾏各种处理，使其能够满⾜特定对象的需求（如以图表等形式出现在⼈们眼前等），从⽽实现物理世界、计算世界和⼈类社会的连通。
3. 传感器节点包括：数据采集模块、数据处理和控制模块、通信模块、供电模块。
4. ⽆线传感器⽹络的关键性能指标：⽹络⼯作寿命、⽹络覆盖范围、⽹络的搭建成本和难易程度、⽹络响应时间。
5. 数据融合：对收集到的多份数据或信息进⾏处理，组合出更⾼效、更符合⽤户需求的数据的过程。
数据融合的作⽤：节省能量、获取更准确信息、提⾼数据收集效率。
第⼆章1. WSN的四类基本实体对象，它们之间的关系是怎样的？（p.11）4类基本实体对象：⽬标、传感器节点、汇聚节点和监测区域。
关系：在⽹络中，⼤量传感器节点随机部署在⽬标的邻近区域，通过⾃组织⽅式构成⽹络，形成对⽬标的监测区域。
传感器节点对⽬标进⾏检测了，获取的数据经本地简单处理后，再通过邻近传感器节点采⽤⽆线多跳的⽅式传输到汇聚节点。
汇聚节点再通过有线或⽆线⽅式将信息传递到外部⽹络。
2. 汇聚节点在WSN中的两种⾓⾊⽹内：作为信息收集点，被授权监听和处理⽹络的事件消息和数据作为控制者，可向⽹络发出查询请求或派发任务⽹外：作为⽹关，通过各种有线或⽆线链路连接到远端控制单元和⽤户3. ⽆线传感器⽹络的3种⽹络结构及其优缺点。
（1）平⾯⽹络结构所有节点地位平等，每个节点能和通信范围内所有节点通信，完全连接的⽹络优点：容错性强，少数节点失效不影响⽹络正常⼯作缺点：每个节点要维护庞⼤的路由记录，占⽤有限⽹络带宽（2）聚类分层的⽹络结构将⽹络分成若⼲个簇（cluster），每个簇包含⼀个簇头节点和多个簇成员。
第6章 无线传感器网络安全技术-无线传感器网络-王利强-清华大学出版社
6.1 安全问题概述
6.1.1 信息安全面临的障碍
无线传感器网络是一种特殊类型的网络，其约束条件（相对于传统计算机 网络）。这些约束条件导致很难将现有的安全技术应用到无线传感器网络。下 面分析无线传感器网络的约束条件： 能量控制
随着计算机和无线通信能力的增强，传感器节点也从单纯的信息发布扩展 到网络处理和分布式计算等等更有挑战的任务中。用于网内数据处理的传感器 节点和传感器网络的体系结构容易发生故障，如节点或网络系统能量不足、数 据出错率较高等。另外，无线传感器节点的可移动性、动态重配置造成网络结 构动态改变，但传感器网络数据采集、数据处理与数据传输必须可靠执行，以 确保嵌入式应用结果的正确性和精度。
依据具体传感器网络的特定功能，传感器节点可能长时间处于无人照看状 态。对于无人照看传感器节点存在以下三个主要威胁：
➢ 暴露在物理攻击之下。传感器节点可能布置在对攻击者开放、恶劣气候等环境中。 这种环境中的传感器节点遭受物理攻击的可能性比典型PC（安置在一个安全地点， 主要面临来自网络的攻击）要高得多。
能量是无线传感器能力的最大约束因素。通常依靠电池供电的传感器节点 一旦布置在一个传感器网络中就不容易被替换（工作成本很高），也不容易重 新充电（传感器成本高），因此必须节省电池能量，延长各个传感器节点的寿 命，从而延长整个传感器网络的寿命。 不可靠通信
不可靠通信无疑是无线传感器网络安全的另一个威胁。无线传感器网络安 全密切依赖所定义的协议，而协议又依赖通信。
6.1 安全问题概述
6.1.1 信息安全面临的障碍
无线传感器网络路由协议分析
南京邮电大学硕士研究生学位论文术语表术语表Adaptive Threshold sensitive Energy APTEEN 自适应敏感阀值节能型传感网络协议CDMA码分多址Code Division Multiple AccessCSMA 载波侦听多路访问Carrier Sense Multiple AccessDD 定向扩散Directed DiffusionGEAR 地理和能量感知路由Geographic and Energy Routing LEACH 低功耗自适应分簇协议介质访问控制Media Access ControlMCU 微控制单元Micro-Controller UnitPEGASIS Po-Efficient Gathering in SensorInformation System服务质量Quality of Service信息协商传感协议Sensor Protocol for Information viaNegotiationTCP 传输控制协议Transfer Control ProtocolTDMA 时分多址Time Division Multiple AccessTEEN 敏感阀值节能型传感网络协议Threshold sensitive Energy Efficient sensorNetwork protocol用户数据包协议User Datagram ProtocolWSN 无线传感器网络Wireless Sensor Network南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
《无线传感器网络设计与应用》课程标准
《无线传感器网络设计与应用》课程标准课程名称：无线传感器网络设计与应用总学时：60学分：4开课单位：电气信息工程学院课程类别：专业拓展课授课方式：教、学、做一体化适用专业：电子信息工程技术专业、应用电子技术专业一、课程性质《无线传感器网络设计与应用》是电子信息工程技术专业、应用电子技术专业的一门专业拓展课。
二、课程设计思路《无线传感器网络设计与应用》课程采用“基础理论——项目化实践”的组织结构组织课程教学内容。
首先，通过基本理论的教学，使同学们了解无线传感器网络的发展历程、特征、关键技术以及应用方向。
其次，通过师生共同完成一系列完整项目的形式开展教学活动。
教师边示范，边讲解，边指导，学生边学、边做、边实践。
实现在“教中学”，在“学中做”，在“做中学”，教、学、做合一。
使学生在项目实施过程中收获知识，提高技能，掌握方法，感受实际工作过程。
三、课程基本目标本课程培养目标分为方法能力、专业能力和社会能力：1、方法能力（1）掌握搜集、整理、应用“无线传感器网络”相关学习资源的方法；（2）掌握无线传感器网络应用系统功能需求分析、系统设计、软硬件联合调试的方法；2、专业能力（1）了解无线传感器网络体系结构、路由协议、MAC协议、拓扑控制、定位技术、时间同步、安全技术、协议标准；（2）掌握IAR Embedded Workbench软件的使用；（3）掌握以TI CC2530 SoC芯片为CPU的应用系统硬件电路设计；（4）掌握TI CC2530 SoC芯片祼机软件开发；（5）掌握基于CC2530硬件平台和IAR软件平台的Zigbee Zstack协议栈应用开发。
3、社会能力（1）具有良好的职业道德和社会责任感、工作责任心，能主动参与到工作中；（2）具有团队协作精神，能主动与人合作、交流和协商；（3）具有群体意识和劳动组织能力。
（4）具有诚实守信的品质，树立环保、节能和安全意识。
四、先修课程《无线传感器网络设计与应用》课程的先修课程有《程序设计基础》、《传感器的选择与应用》、《单片机应用设计与制作》。
物联网的数据传输技术
蓝牙技术
应用场景
医疗设备监测 智能家居控制 物品定位跟踪
技术特点
低功耗 传输距离短 连接稳定
Mesh技术
蓝牙Mesh技术可以实现 大规模设备互联 适用于智能城市等场景 提供更广泛的应用可能 性
物联网通信技术总结
多样性
各种通信技术共同构建 物联网生态
未来展望
物联网通信技术将会 不断创新发展
优势劣势
传感器数据传输方式
有线传输方式 通过有线电缆传输数据
传感器网络传输方式
通过组网形式实现传 输
无线传输方式 使用无线信号传输数据
传感器数据传输协议
Zigbee协议
低功耗无线个人局域网 协议
NB-IoT协议
窄带物联网通信技术 标准
LoRa协议
长距离、低功耗的无线 通讯协议
Sigfox协议
窄带长距离低功耗无线 通信技术
感谢观看
比如MQTT、HTTP等协 议
云平台服务功能
包括设备管理、数据分 析等功能
数据存储与分析
数据存储技术
包括关系型数据库、 NoSQL数据库等
数据分析与挖掘
使用机器学习、数据挖 掘算法等
数据可视化技术
例如使用图表、报表等 形式展示数据
云安全与隐私保 护
云安全策略是确保云平台安全的关键，包括访 问控制、加密技术等。隐私保护技术则是保护 用户信息的重要手段，采用数据脱敏、身份验 证等技术。数据备份与灾难恢复则是保障数据 安全不可或缺的措施。
数据传输是指将数据从一个地方传输到另一个 地方的过程。物联网数据传输具有实时性强、 设备异构性、可靠性高等特点。数据传输技术 在物联网中具有至关重要的作用。
传统数据传输技术
无线传感网知识点
第一章无线传感网概述1.无线传感器网络的概念：无线传感器网路是一种由多个无线传感器节点和几个汇聚节点构成的网络，能够实时的检测、感知和采集节点部署区域的环境或感兴趣的的感知对象的各种信息，并对这些信息进行处理后一无线的方式发送出去。
2.WSN的特点及优势1）WSN与Ad hoc共有的特征：自组织；分布式；节点平等；安全性差2）WSN特有的特征：计算能力不高；能量供应不可代替；节点变化性强；大规模网络3.无线传感器网络架构：1）协议：物理层，数据链路层，网络层，传输层，应用层物理层：负责载波频率产生、信号的调制解调等工作，提供简单但健壮的信号调制和无线收发技术。
数据链路层：（1）媒体访问控制。
（2）差错控制。
网络层：负责路由发现和维护，是无线传感器网络的重要因素。
传输层：负责将传感器网络的数据提供给外部网络，也就是负责网络中节点间和节点与外部网络之间的通信。
应用层：主要由一系列应用软件构成，主要负责监测任务。
这一层主要解决三个问题：传感器管理协议、任务分配和数据广播管理协议，以及传感器查询和数据传播管理协议。
2）管理平台：（1）能量管理平台（2）移动管理平台（3）任务管理平台（1）管理传感器节点如何使用资源，在各个协议层都需要考虑节省能量。
（2）检测传感器节点的移动，维护到汇聚节点的路由，使得传感器节点能够动态跟踪其邻居的位置。
（3）在一个给定的区域内平衡和调度检测任务。
4.无线传感器网络所面临的挑战：低能耗，实时性，低成本，安全和抗干扰，协作第二章无线传感网物理层设计1.WSN物理层频率的选择：一般选用工业，科学和医疗频段。
ISM（医疗）频段的主要优点是无需注册的公用频段、具有大范围可选频段、没有特定标准、灵活使用。
欧洲使用433MHZ，美国使用915MHZ频段2.WSN结构采用的是无线射频通信第三章数据链路层1.MAC协议分类：1）按节点的接入方式：侦听（间断侦听：DEANAdeng），唤醒（低功耗前导载波侦听MAC协议），调度（主要使用在广播中）2）按信道占用数划分：单信道（主要采用），双信道，多信道3）信道分配方式：竞争型（S-MAC，T-MAC,Sift），分配型（SMACS，TRAMA），混合型（ZMAC），跨层型2.分配型MAC协议采用TDMA,CDMA,SDMA,FDMA等技术3.数据链路层的关键问题：能量效率问题，可扩展性，公平性，信道共享，网络性能的优化4.记忆竞争的S-MAC协议，具有以下特点：（1）周期性的侦听和睡眠（2）使用虚拟载波侦听和物理载波侦听进行冲突避免（3）自适应侦听（4）将长消息分成子段进行消息传递5.基于竞争的T-MAC协议：为了改进S-MAC协议不能根据网络负载调整自己的调度周期的缺点，T-MAC协议根据一种自适应占空比的原理，通过动态地调整侦听与睡眠时间的比值，从而实现节省能耗的目的。
WSN定位技术
第6章 WSN定位技术
3．1物22 0理18'2定3''W位与符号定位
定位系统可提供两种类型的定位结果：物理位置和符号位置。例如，某个
节点位于经纬度，就是物理位置；而某个节点在建筑物的423号房间就是符号
位置。一定条件下，物理定位和符号定位可以相互转换。与物理定位相比，
符号定位更适于某些特定的应用场合，例如，在安装有无线烟火传感器网络
第6章 WSN定位技术
信标节点在网络节点中所占的比例很小，可以通过携带GPS定位设备等手 段获得自身的精确位置。信标节点是未知节点定位的参考点。除了信标节点 外，其他传感器节点就是未知节点，他们通过信标节点的位置信息来确定自 身位置。如图6-1所示的传感器网络中，M代表信标节点，s代表未知节点。S 节点通过与邻近M节点或已知得到信息的S节点之间的通信，根据一定的定位 算法计算出自身的位置。图6-1WSN中信标节点和未知节点在WSN的各种应用中， 监测到事件之后关心的一个重要问题就是该事件发生的位置。
第6章 WSN定位技术
（6）到达时间差（Time Difference of Arrival，TDOA）：两种不同传 播速度的信号从一个节点传播到另一节点所需要的时间之差。
《物联网技术及应用》最新版教学大纲课程简介
《物联网技术及应用》课程教学大纲课程名称：物联网技术及应用课程编码：暂不填写学分： 2.0 总学时：32理论学时： 32 实验学时： 0 上机学时： 0 实践学时：0开设实验（上机）项目总数 0 个，其中，必修（0）个，选修（0）个开课单位：物联网工程学院自动化系适用专业：自动化一、课程的性质、目的该课程是物联网学院自动化专业的专业选修课，旨在帮助学生对物联网有一个整体认识，掌握其体系结构和相关技术。
通过对自动识别技术与RFID、传感技术、定位系统、智能信息设备的学习，掌握感知识别层的基本知识；通过对无线宽带网、无限低速网、移动通信网的学习，掌握网络构建层的基本知识；通过对大数据与海量信息存储、数据库系统、物联网中的信息安全与隐私保护的学习，掌握管理服务层的基本知识；通过对智能交通、智能物流、智能建筑等系统的学习，了解物联网技术在多个领域中的应用；最后还应将物联网前沿状况介绍给学生。
在这个过程中强调掌握物联网涉及的基本概念和知识，提高自身对不断变化的物联网的适应能力。
二、课程培养目标1.立德树人通过课程学习了解物联网技术的发展历史以及其应用成果，明确科技进步和科技创新对国民经济的发展、国家军事力量的进步所发挥的作用，引领学生树立为中华民族伟大复兴的中国梦努力奋斗的信念。
通过介绍国家在物联网领域所取得的进步和发展，培养学生的民族自豪感和民族自信心。
通过介绍我国物联网领域的前沿发展，引导学生树立家国情怀、民族精神以及敢为人先、开拓创新、追究卓越的科学精神。
同时要意识到我国在一些领域与国外还存在较大差距，激发学生承担社会责任，以国家富强、民族复兴为己任，努力学习。
2.课程目标通过本课程的学习，学生所具备的素质、掌握的技能、知识和能力如下：课程目标1. 使学生了解一定的物联网相关技术。
掌握低频、高频、超高频和2.4G 有源RFID 读写器的原理及应用；了解低功耗WiFi、ZigBee、Bluetooth 4.0 BLE等多种无线传感网络。
江苏自考 30451 无线传感器网络
高纲1353江苏省高等教育自学考试大纲30451 无线传感器网络南京理工大学编江苏省高等教育自学考试委员会办公室Ⅰ课程性质与课程目标一、课程性质和特点《无线传感器网络》是江苏省高等教育自学考试电子工程专业的必修课，是为了培养和检验自学应考者的通信工程、信息工程基本知识和基本技能而设置的一门专业课程。
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网络管理技术，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基础。
二、课程目标本课程主要讲授传感器网络的基本概念、基本原理与基本方法，并介绍国内外的最新技术发展和当前的研究热点。
课程设置的目标是：1.通过本课程让学生了解无线传感器网络的体系结构和网络管理技术。
2.掌握无线传感器网络中的物理层协议、MAC协议、路由协议、拓扑控制协议以及无线网络协议IEEE802.15.4等通信协议。
3.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。
4.掌握基于无线传感器网络的智能应用的基本设计方法，掌握其软硬件开发平台和仿真环境的使用。
三、与相关课程的联系与区别本课程的先修课程为《通信原理》、《计算机网络技术》Ⅱ考核目标用学科化的语言对三个或四个认知层次予以表述。
以《物理（工）》课程为例：本大纲在考核目标中，按照识记、领会、简单应用和综合应用四个层次规定其应达到的能力层次要求。
四个能力层次是递升的关系，后者必须建立在前者的基础上。
各能力层次的含义是：识记（Ⅰ）：要求考生能够识别和记忆本课程中有关物理概念及规律的主要内容（如定义、定理、定律、表达式、公式、原理、重要结论、方法及特征、特点等），并能够根据考核的不同要求，做正确的表述、选择和判断。
无线传感器网络复习资料
第一章概述1、什么是无线传感器网络无线传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。
2、传感器网络的终端探测结点由哪些部分组成这些组成模块的功能分别是什么（1）传感模块（传感器、数模转换）、计算模块、通信模块、存储模块、电源模块和嵌入式软件系统（2）传感模块负责探测目标的物理特征和现象，计算模块负责处理数据和系统管理，存储模块负责存放程序和数据，通信模块负责网络管理信息和探测数据两种信息的发送和接收。
另外，电源模块负责结点供电，结点由嵌入式软件系统支撑，运行网络的五层协议。
3、传感器网络的体系结构包括哪些部分各部分的功能分别是什么（1）网络通信协议：类似于传统Internet网络中的TCP/IP协议体系。
它由物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层组成。
（2）网络管理平台：主要是对传感器结点自身的管理和用户对传感器网络的管理。
包括拓扑控制、服务质量管理、能量管理、安全管理、移动管理、网络管理等。
这些管理平台使得传感器节点能够按照能源高效的方式协同工作，在节点移动的传感器网络中转发数据，并支持多任务和资源共享。
（3）应用支撑平台：建立在网络通信协议和网络管理技术的基础之上。
包括一系列基于监测任务的应用层软件，通过应用服务接口和网络管理接口来为终端用户提供各种具体应用的支持。
第二章微型传感器的基本知识1、传感器由哪些部分组成各部分的功能是什么传感器一般由敏感元件、转换元件和基本转换电路组成。
敏感元件是传感器中能感受或响应被测量的部分。
转换元件是将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的信号（一般指电信号）部分。
基本转换电路可以对获得的微弱电信号进行放大、运算调制等。
另外，基本转换电路工作时必须有辅助电源。
2、集成传感器的特点是什么体积小、重量轻、功能强、性能好。
3、如何进行传感器的正确选型（1）测量对象与环境：分析被测量的特点和传感器的使用条件选择何种原理的传感器。
无线传感器网络传输协议研究进展
无线传感器网络传输协议研究进展摘要本文介绍了无线传感器网络协议栈,并说明标准tcp协议不能直接用于无线传感器网络的原因。
在指出无线传感器网络传输协议设计约束的基础上,对其研究现状进行综述。
关键字无线传感器网络(wsn);协议栈;传输协议研究;综述中图分类号 tp393 文献标识码 a 文章编号1674-6708(2010)18-0135-020 引言无线传感器网络(wsn,wireless sensor networks) 被认为是本世纪最重要的技术之一,已经成为国内外的研究热点。
wsn综合了通信、传感器、分布式信息处理、嵌入式等技术,通常由传感器节点、汇聚节点和管理节点组成,能够协作地实时监测、感知目标区域内被监测对象的信息,广泛应用于国防、智能建筑、公共安全、环境监测、医疗卫生、家庭等方面[1-3]。
无线传感器网络节点是资源(特别是能量)受限的,无法长时间维持大量信息传输。
从网络协议的角度来研究能量的有效性或如何节省能量以便延长网络寿命,是人们关注的重点之一。
以往,无线传感器网络协议的研究热点主要集中在物理层、数据链路层和网络层。
关于传输层协议的研究较少且不成熟。
近来,这方面的研究有逐渐增加的趋势。
本文首先介绍了无线传感器网络协议栈,其次分析了标准tcp协议直接用于无线传感器网络的不足之处,最后指出无线传感器网络传输协议的设计约束条件。
并以此为基础,对目前国内关注仍不多的无线传感器网络传输层协议研究进行综述。
1 wsn协议栈无线传感器网络协议栈由物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层5部分组成,和互联网协议栈的五层协议相对应[4]。
如图1所示。
物理层:数据收集、采样、发送、接收,以及信号的调制解调。
数据链路层:媒体接入控制,网络节点间可靠通信链路的建立,为邻居节点提供可靠的通信通道。
网络层:发现和维护路由。
应用层:提供安全支持,实现密钥管理和安全组播。
传输层:为端到端的连接提供可靠的传输、流量控制、差错控制、qos等服务。
《物联网技术与应用(第2版)》第6章 无线传感器网络协议规范与通信技术
网络协 调器
网络协 调器
RFD FFD
信道
图6-1 IEEE 802.15.4网络组件及拓扑关系
IEEE802.15.4通信协议主要是描述和定义物理层和 MAC层的标准。
物理层：实现无线传感器网络的通信架构的基础
MAC层：用来处理所有对物理层的访问，并负责完 成信标的同步、支持个域网络关联和去关联、提供 MAC实体间的可靠连接、执行信道接入CSMA/CA机 制等任务。
信。RFD设备之间不能直接通信，只能与FFD设备通 信，或者通过一个FFD设备向外发送数据。这个与 RFD相关联的FFD设备称为该RFD的协调器 （Coordinator）。
PAN网络协调器(PAN coordinator)，是LR-WPAN网络 中的主控制器。PAN网络协调器除了直接参与应用 外，还要完成成员身份管理、链路状态信息管理以 及分组转发等任务。
(ksymbol 征
/s)
20
20 二进制
40
40 二进制
250
62.5
十六进 制
IEEE802.15.4标准定义了27个物理信道，信道编号从0 到26，每个具体的信道对应一个中心频率，这27个物 理信道覆盖了表1中的三个不同频段。
中心频率定义如下：
F 868.3MHz
F 906 2(k 1)MHz
6.2 IEEE 802.15.4网络结构
IEEE 802.15.4网络是指在一个个人操作空间（POS） 内使用相同无线信道并通过IEEE 802.15.4标准相互通 信的一组设备的集合。
全功能设备（Full Function Device，FFD） 精简功能设备（Reduced Function Device, RFD） FFD设备之间以及FFD设备与RFD设备之间都可以通
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Freescale公司MC13192、Ember公司的EM250等系列的开
发工具和芯片。
2、ZigBee协议框架
完整的ZigBee协议 栈自上而下由应用层、 应用汇聚层、网络层、 数据链路层和物理层组 成。数据链路层可分为 逻辑链路控制子层(LLC) 和介质访问控制子层 (MAC)。
应用层 应用汇聚层 网络层 数据链路层 物理层 LLC MAC
6.3.2 物理层
IEEE 802.15.4标准规定物理层负责如下任务： ① 激活和去活无线收发器； ② 当前信道的能量检测； ③ 发送链路质量指示； ④ CSMA/CA的空闲信道评估； ⑤ 信道频率的选择； ⑥ 数据发送与接收。
IEEE 802.15.4标准定义了27个信道，编号为0-26； 跨越3个频段，具体包括2.4GHz频段的16个信道、915MHz 频段的10个信道、868MHz频段的1个信道。 这些信道的频段中心定义如下(其中k表示信道编号)： fc=868.3MHZ k= 0 fc=906+2×(k－1)MHz k=1，2，…，10 fc=2405+5×(k－11)MHz k=11，12，…，26
6.3.1 IEEE 802.15.4标准概述
无线传感器网络的底层标准一般沿用无线个域网 （IEEE 802.15）的相关标准部分。无线个域网（WPAN） 的出现比传感器网络要早，通常定义为提供个人及消费 类电子设备之间进行互联的无线短距离专用网络。 无线个域网专注于便携式移动设备之间的双向通信 技术问题，其典型覆盖范围一般在10米以内。IEEE 802.15工作组就是为完成这一使命而专门设臵的，且已 经完成一系列相关标准的制定工作，其中就包括了被广 泛用于传感器网络的底层标准IEEE 802.15.4。
IEEE 802.15.4标准定义的LR-WPAN网络具有如下特点： (1) 在不同的载波频率下实现20kbps、40kbps和
250kbps三种不同的传输速率；
(2) 支持星型和点对点两种网络拓扑结构； (3) 有16位和64位两种地址格式，其中64位地址是全 球惟一的扩展地址； (4) 支持冲突避免的载波多路侦听技术(CSMA-CA)； (5) 支持确认机制，保证传输可靠性。 IEEE 802.15.4标准主要包括物理层和MAC层的标准。
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。物理层在概念上 提供“物理层管理实体(PLME)”， 该实体提供了用于调用物理层管 理功能的管理服务接口。 物理层的组件和接口如图所 示。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的服务 接入点提供物理层的管理服务。
物理层数据 服务接入点 物理层管 理实体服 务访问点 物理层管 理实体 物理层 物理层的 个域网信 息库
无线射频服务访问点
2、物理层帧结构
4字节 前导码 同步头 1字节 SFD 1字节 帧长度(7位) 保留位(1位) 物理帧头 变 长 PSDU PHY负载
前导码由32个0组成，用于收发器进行码片或者符号的同步。 帧起始定界符（SFD）域由8位组成，表示同步结束，数据包开始 传输。SFD与前导码构成同步头。 帧长度由7位组成，表示物理服务数据单元（PHY service data unit, PSDU）的字节数。其中0～4和6～7位为保留值。帧长度域和1 位的保留位构成了物理头。 PSDU域是变长的，携带PHY数据包的数据，包含介质访问控制协议 数据单元。PSDU域是物理层的载荷。
6.2 IEEE 1451系列标准
1、IEEE 1451标准的诞生
基于各种现场总线标准的分布式测量和控制系统得到了广泛的
应用，这些系统所采用的控制总线网络多种多样、千差万别，其内
部结构、通讯接口、通讯协议等各不相同。 目前市场上在通讯方面所遵循的标准主要包括IEEE 803.2(以
太网)、IEEE 802.4(令牌总线)、IEEE FDDI(光纤分布式数据界面)、
压力
温度
阀门
继电器
IEEE 1451系列标准是由IEEE仪器和测量协会的传 感器技术委员会发起制订的。由于现场总线标准不统一， 各种现场总线标准都有自己规定的通信协议，且互不兼 容，从而给智能传感技术的应用与扩展带来不利。IEEE 1451标准族就是在这样的情况下提出来的。 制订IEEE 1451标准的目的就是通过定义一套通用
6.4 ZigBee协议标准
6.4.1 ZigBee概述
1、ZigBee的由来
ZigBee技术是一种面向自动化和无线控制的低速率、 低功耗、低价格的无线网络方案。在ZigBee方案被提出 一段时间后，IEEE 802.15.4工作组也开始了一种低速率 无线通信标准的制定工作。最终Zigbee联盟和IEEE 802.15.4工作组决定合作共同制定一种通信协议标准， 该协议标准被命名为“ZigBee”。
网络协议 网络协议 逻辑接口 变送器逻辑 接口描述
应用软件
网 络
网 络 硬 件
I/O 变送器 接口 接口应 硬件 用软件
变送器
NCAP模块
微处理 器硬件
变送器硬件接口 规范（比如 IEEE1451.2）
支持NCAP 的逻辑接口
IEEE 1451.2标准称为变送器与微处理器通信协议
和变送器电子数据表格式。
功能简化型设备是网络中简单的发送接收节点，它 一般由电池供电，只与功能完备型设备连接通信。 功能完备型设备是一种功能完备的设备，可完成路 由任务，充当网络协调器。它可与其它的功能完备型设 备或功能简化型设备连接通信，一般接有线电源。
ZigBee的逻辑设备按其功能可分为协调器、路由器 和终端设备。 协调器的作用在于启动网络初始化、组织网络节点 和存储各节点信息。 路由器设备的作用是管理每对节点的路由信息。 终端设备相当于网络中的叶节点，可以是任意类型
的概念，为变送器提供了自识别和即插即用的功能。
IEEE 1451标准将传感器分成两层模块结构： 第一层模块结构用来运行网络协议和应用硬件，称
为“网络适配器”(NCAP)；
第二层模块为“智能变送器接口模块”(STIM)，其 中包括变送器和电子数据表格TEDS。
IEEE 1451.1标准的智能变送器模型
IEEE还在着手制定无线连接各种传感设备的接口 标准。该标准的名称为“IEEE P1451.5”，主要用于 利用电脑等主机设备综合管理建筑物内各传感设备获 得的数据。 IEEE 1451.5提议标准主要是为智能传感器的连接 提供无线解决方案，尽量减少有线传输介质的使用。
6.3 IEEE 802.15.4标准
多通道 数字视频
传 输 距 离
802.5.3/WIMEDIA
802.11a/HL2＆802.11g
蓝牙2 蓝牙1
传输速率
协议芯片是协议标准的载体，也是最容易体现知识 产权的一种形式。
目前市场上出现了较多的ZigBee芯片产品及解决方
案，有代表性的包括Jennic公司的JN5121/JN5139、 Chipcon公司的CC2430/CC2431（被TI公司收购）和
ZigBee的通信速率要求低于蓝牙，由电池供电设备 提供无线通信功能，并希望在不更换电池并且不充电的
情况下正常工作几个月甚至几年。ZigBee无线设备工作
在公共频段上(全球2.4GHz、美国915MHz、欧洲868MHz)， 传输距离为10～75m，具体数值取决于射频环境和特定
应用条件下的输出功耗。ZigBee的通信速率在2.4GHz时
ZigBee主要界定了网络、安全
和应用框架层，通常它的网络层 支持三种拓扑结构：星型(Star)
结构、网状(Mesh)结构和簇树型
(Cluster Tree)结构。 星型网络最常见，可提供很长
时间的电池使用寿命。网状网络
可有多条传输路径，它具有较高 的可靠性。簇树型网络结合了星 型和网状型结构，既有较高的可 靠性，又节省电池能量。
MCPS-SAP MLME-SAP
MAC通用部分 子层
MAC 层 管 理 实 体 MAC 层 的个域 网信息 库
PD-SAP
PLME-SAP
2、MAC层的帧结构
MAC层的通用帧结构由帧头、MAC负载和帧尾构成。 帧头的域都以固定的顺序出现，不过寻址域不一定要
在所有帧都出现。
16位 帧控制
1 序列号
第 6 章 传感器网络协议的技术标准
1
6.1 技术标准的意义
无线传感器网络的价值就在于它的低成本和可以大量部署。 为了降低产品成本、扩大市场和实现规模效益，传感器网络的某 些特征和共性技术必须实现标准化，这样来自不同产商的产品才 能协同工作。 无线传感器网络的标准化工作受到了许多国家及国际标准组 织的普遍关注，已经完成了一系列草案甚至标准规范的制定。其 中最出名的就是IEEE 802.15.4/ZigBee规范，它甚至已经被一部 分研究及产业界人士视为传感器网络的标准。IEEE 802.15.4定义 了短距离无线通信的物理层及链路层规范，ZigBee则定义了网络 互联、传输和应用规范。 目前传感器网络标准化工作的两个公认成果是IEEE 1451接口 标准和IEEE 802.15.4低速率无线个域网协议。
为250kbps，在915MHz时为40kbps，在868MHz时为 20kbps。
相对于现有的各种无线通信技术，ZigBee是最低功耗和成本的 技术。由于ZigBee的低数据率和通信范围较小的特点，决定了它 适合于承载数据流量较小的通信业务。
数据 互联网/语音 802.11b Zigbee 压缩视频文件
物理层采用直接序列扩频(DSSS)技术，定义了三种 流量等级：当频率采用2.4GHz时，使用16信道，能够提
供250kbps的传输速率；当采用915MHz时，使用10信道，
能够提供40kbps的传输速率；当采用868MHz时，使用单 信道，能够提供20kbps的传输速率。 直接序列扩频技术可使物理层的模拟电路设计变得 简单，且具有更高的容错性能，适合低端系统的实现。