第章WSN通信和组网技术

合集下载

无线传感器网络的组网技术详解

无线传感器网络的组网技术详解无线传感器网络（Wireless Sensor Network，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系统。

这些节点能够感知环境中的各种物理量，并将采集到的数据通过网络传输到目标位置。

无线传感器网络在农业、环境监测、智能交通等领域具有广泛的应用前景。

而组网技术是无线传感器网络中至关重要的一环，它决定着网络的可靠性、稳定性和性能。

一、无线传感器网络的组网模式无线传感器网络的组网模式有两种：平面型组网和立体型组网。

1. 平面型组网平面型组网是指节点在平面上均匀分布的组网模式。

节点之间的通信距离较近，通信路径较短，能够有效降低传输延迟和能量消耗。

平面型组网适用于需要对平面区域进行全面监测的场景，如土壤湿度监测、温度监测等。

2. 立体型组网立体型组网是指节点在三维空间中分布的组网模式。

节点之间的通信距离相对较远，通信路径较长，需要更强的通信能力和能量支持。

立体型组网适用于需要对三维空间进行全面监测的场景，如建筑结构监测、地震预警等。

二、无线传感器网络的组网拓扑结构无线传感器网络的组网拓扑结构有多种，常见的有星型结构、树型结构和网状结构。

1. 星型结构星型结构是指所有节点都直接连接到一个中心节点的组网模式。

中心节点负责数据的汇聚和转发，具有较高的通信能力。

星型结构简单、稳定，适用于小规模的传感器网络。

2. 树型结构树型结构是指节点之间通过父子关系构成的层级结构。

树型结构中每个节点只与其父节点和子节点直接通信，数据通过树形结构传输。

树型结构适用于大规模的传感器网络，能够有效减少通信开销。

3. 网状结构网状结构是指节点之间通过多跳通信形成的网状网络。

每个节点都可以与其他节点直接通信，数据通过多跳传输。

网状结构具有较高的灵活性和容错性，适用于复杂环境下的传感器网络。

三、无线传感器网络的组网协议无线传感器网络的组网协议有多种，常见的有LEACH协议、TEEN协议和PEGASIS协议。

第1章 WSN概述

了解传感器的分类。
了解传感器与传感器网络之间的关系。掌握无线传感器网络的体系结构。
了解无线传感器网络的特点及应用。
了解无线传感器网络操作系统。了解与无线传感器网络相关的技术。
3 学习导航
4
1.1 概
ห้องสมุดไป่ตู้
述
无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是一种全新的信息获取和处理技术，是集微机电技术、传感器
体，并采集数据。传感器不仅数量多，品种也比较复杂，是无线传感器网络的重要组成部分。
19 1.1.2 产生和定义
1. 无线传感器网络的产生
无线传感器网络(简称无线传感网)的研究起源于20世纪70年代，是一种特殊的无线网络，最早应用于美国军方，
例如空中预警控制系统。这种原始的传感器网络只能捕获
单一信号，传感器节点进行简单的点对点通信。 1980年，美国国防部高级研究计划局提出了分布式传
23 1.1.3 WSN的发展
2000年以后，无线传感器网络的出现引起了全世界范
围的广泛关注，被誉为是全球未来的四大高新技术产业之一。2001年，美国陆军提出了“灵巧传感器网络通信计
划”，并在2001～2005财政年度期间批准实施，其基本思
想是：在战场上布设大量的传感器用于收集和传输信息，并对相关的原始数据进行过滤，把重要的信息传送到各数
线通信传输的质量不是很好，数据安全性相对于蓝牙差一些，传输质量也有待于改善。
Zigbee是一种新兴的短距离、低复杂度、低数据速率、
低成本的无线网络技术，同样工作在2.4G频段。Zigbee联盟于2001年8月成立。Zigbee联盟认为Zigbee和蓝牙的关系互为补充，而不是相互竞争。

WSN的构成和应用

WSN的构成和应用WSN的构成和应用2011年08月11日WSN的构成和应用射频世界摘要：WSN（Wireless Sensor Network）即无线传感器网络是由大量传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统，它能够实现数据的采集量化、处理融合和传输。

在温总理推进传感网发展的指示下，全国上下掀起研究无线传感网络的热潮。

本文在此背景下，对无线传感网络（WSN）进行了介绍，从WSN的概述、国内外研究现状，网络体系结构，WSN的应用以及发展前景等方面进行了描述。

WSN在一些行业已¾得到了广泛的应用，但也有很多问题未能解决，有着很大的研究和发展空间。

关键词：无线传感网络（WSN），结构体系，应用The Composition and Applications of WSNAbstract：WSN (Wireless Sensor Network) is a large number of sensor nodes through wireless communication to form a multi-hop's self-organizing network system, which enables quantitative data collection, addressing integration and transmission. Under the direction of Premier Wen’s promoting the development of sensor networks, the whole country set off an upsurge on wireless sensor networks. In this paper, in this context, wireless sensor network(WSN) were introduced, from the WSN, an overview of the status quo at our country and abroad studies, network architecture, applications and prospects for development and so on. WSN has been widely used in a number of industries, but there are still a lot of problems unresolved. We have great research and development space.KeyWords：Wireless Sensor Network (WSN), sensor nodes, network architecture1 WSN研究背景及简介1.1 WSN研究背景2009年8月7日，温家宝总理来到中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心考察时指示：一是把传感系统和3G中的TD技术结合起来；二是在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展；三是尽快建立中国的传感信息中心，或者叫“感知中国”中心。

第4章WSN通信与组网技术-无线传感器网络技术原理及应用(第2版)-许毅-清华大学出版社

＊3 分布式协调功能(DCF)
DCF是IEEE802.11MAC层基本访问控制机制,提供异步数据服务,其基本访问模式如图4-11 所示。DCF 是基于 CSMA/CA 的,它包括两种介质访问机制:基本访问机制(BasicAccessMechanism,BAM)和 RTS/CTS机制,同时由于采用了退避规程,DCF实现了信道的良好利用率和数据可靠的传输。
,802.11协议簇规定了两种不同的 MAC 层访问机制,一种是分布式协调功能 (DistributedCoordinationFunction,DCF),用来传输异步数据,同时也是支持 PCF机制的基础。DCF 机制可以应用于所有的站点,无论其拓扑结构是基本网络配置还是IBSS;另一种访问机制称为点协调功能(PointCoordinationFunction,PCF),是可选的,它只可用于基本网络配置的拓扑结构。PCF 的工作原理主要为轮询机制,即由一个点协调器 (PointCoordinator,PC)来制令牌的循环,两种工作模式于要发送帧的STA而言，当该STA通过物理或虚拟载波机制发现媒质忙时，或STA被指出发送没有成功时，STA将调用退避算法。退避算法过程如图4-14所示。
图4-14退避算法过程
＊ 4 集中式协调功能(PCF)
PCF通过集中协调器(PC)控制下的轮询和应答机制提供无竞争的帧传输。（1）PCF基本访问; （2）无竞争期间的网络分配矢量操作; （3）PCF站点的帧发送过程。图4-15为 PCF工作模式下 PC 和 STA 间帧传输的例子。（4）无竞争轮询列表
图4-9 扩展服务集网络
2 IEEE 802.1l 协议MAC层的工作模式
载波监听多点接入 CSMA(CarrierSenseMultipleAccess)是从 ALOHA 演变出的一种改进协议, 又称为载波侦听多点访问协议。当信道中有帧存在时,称信道是忙碌的,否则称为空闲的。每站发送前先检测信道状态,是否发送数据根据信道状态来决定。例如,当信道忙碌时,不急于发送而是先退避一段时间再发送,这样可以减少发送的盲目性,CSMA 协议就是根据上述思想实现的。

无线传感器网络(WSN)的技术与应用

无线传感器网络（WSN）的技术与应用无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是一种由若干个无线传感器节点构成的网络。

每个传感器节点都具有感知、处理和通信功能，能够通过无线信号进行数据的传输和交流。

WSN技术在近年来得到了广泛的应用和研究，其在环境监测、智能家居、农业、工业控制等领域具有重要的意义。

一、WSN技术的基本原理和特点WSN技术的核心是无线传感器节点，它是由微处理器、传感器、无线通信模块和能量供应装置等组成。

传感器节点可以感知周围环境的不同参数，例如温度、湿度、光照强度等，并将这些数据进行处理和存储。

节点之间通过无线通信进行数据的传输，形成一个自组织的网络结构。

WSN具有以下几个主要特点：1. 无线通信：WSN采用无线通信方式，节点之间可以通过无线信号传输数据，不受布线限制，能够灵活部署在不同的环境中。

2. 自组织性：WSN的节点具有自组织能力，可以根据网络拓扑结构和节点的状态进行自动组网，形成一个动态的网络结构。

3. 分布式处理：WSN中的每个节点都具有数据处理和存储的能力，可以进行分布式的数据处理，实现网络的协同工作。

4. 能量有限：WSN中的节点能量有限，需要通过能量管理或是能量收集技术来延长节点的寿命。

二、WSN的应用领域与案例分析1. 环境监测：WSN可以用于环境参数的实时监测和采集。

例如，在自然灾害预警系统中，通过部署大量的传感器节点，可以实时监测地震、洪水等灾害情况，为应急救援提供及时的信息。

2. 智能家居：WSN可以实现智能家居的自动化控制。

通过部署传感器节点，可以实时感知室内温度、湿度等信息，并进行智能控制，实现温度调节、灯光控制等功能。

3. 农业领域：WSN可以用于农业生产的智能化管理。

通过在农田、温室等地部署传感器节点，可以实时监测土壤湿度、温度等参数，并为农民提供农作物的生长状态和病虫害预警等信息。

4. 工业控制：WSN可以应用于工业生产过程的实时监测和控制。

无线通信与WSN

目录1无线通信 (4)1.1无线通信技术原理 (4)1.1.1无线通信传输 (5)1.1.2无线通信网络 (5)1.2无线通信的起源 (6)1.3无线电波 (8)1.3.1概述 (8)1.3.2原理 (8)1.3.3波长 (8)1.3.4应用 (10)1.4无线通信系统 (11)1.4.1分类 (11)1.4.2按应用分类几个典型的无线通信系统 (12)1.4.3速率与覆盖范围的关系 (15)1.4.4宽带接入技术比较 (16)2 Zigbee (16)2.1概述 (16)2.2发展历程 (17)2.3Zigbee联盟 (18)2.4 Zigbee是IEEE 802.15.4的扩展 (19)2.5 ZigBee和简单无线通讯之间最大区别 (20)2.6ZigBee技术优点 (20)2.6.1低功耗 (20)2.6.2低成本 (20)2.6.3低速率 (20)2.6.4近距离 (21)2.6.5短时延 (21)2.6.6高容量 (21)2.6.7高安全 (21)2.6.8免执照频段 (21)3 WSN (22)3.1概述 (22)3.2历史以及发展现状 (23)3.2.1国外： (23)3.2.2国内 (23)3.3 WSN的体系结构 (23)3.4特征 (25)3.4.1与无线网络的区别 (25)3.4.2节点的限制 (25)3.4.3传感器网络的特点 (25)3.5应用 (26)3.5.1军事上的应用 (26)3.5.2环境观测和预报系统 (26)3.5.3医疗护理 (26)3.5.4智能家居 (27)3.5.5建筑物状态监控 (28)3.5.6完成空间探索 (28)3.6协议 (29)3.6.1MAC协议 (29)3.6.2MD协议 (29)3.6.3路由协议 (30)3.7关键技术 (31)3.8未来发展机遇展望 (31)无线通信与WSN1无线通信1.1无线通信技术原理无线通信的传输媒介是无线电波，其频率要求在300GHz以下（各种射频规范中常见的有三种定义3KHz~ 300GHz , 9KHz~ 300GHz , 10KHz~ 300GHz ）。

第01章、WSN概述

Sensor Network
身份、位置、图像、状态感知
身份感知
局域网络无线网络 WiFi、WIMAC
移动、3G网络
阅读器
阅读器
阅读器
阅读器
定位标签
金属标签
车辆标签
智能标签
定位标签
位置感知
GPS定位网络
RFID定位网络
WSN定位网络
车载定位
区域定位
精确定位
图像感图像感知
网络
移动视频
IP网络
突发事件监测
射质量的影响也很大。考虑诸多因素，通常取n为3，即通信能耗与距离的三
次方成正比。随着通信距离的增加，能耗将急剧增加。因此，在满足通信连通度的前提下应
尽量减少单跳通信距离。一般而言，传感器节点的无线通信半径在100m以内
比较合适。传感器节点的无线通信带宽有限，通常仅有几百kbps的速率。
无线传感器网络的特征
1. 计算设备的演化历史
巨型机
小型机工作站
PC
PDA
WSN 节点等
生物芯片
无线传感器网络的研究历史
2.无线传感器网络发展的三个阶段
第一阶段：传统的传感器系统
特征：传感器节点只产生探测数据流，没有计算能力，节点之间只能进行简单的点对点通信，一般采用分级处理结构。
第二阶段：传感器网络结点集成化
特征：采用现代微型化的传感器节点，节点同时具备感知、计算和通信能力。
对单个节点传感器的精度要求；
无线传感器网络的特征
•传感器网络的特点：
2．自组织网络
在无线传感器网络中，所有节点的地位是平等的，没有预先指定的中心，各节点通过分布式算法相互协调，在无人值守的情况下，节点能自动组织成一个测量网络。

掌握无线传感器网络的组网和数据处理

掌握无线传感器网络的组网和数据处理无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种由大量分布在空间中的传感器节点组成的网络系统，广泛应用于环境监测、农业、物流、智能交通等领域。

要想充分发挥无线传感器网络的作用，掌握组网和数据处理是至关重要的。

本文将详细介绍无线传感器网络的组网和数据处理的步骤和技术。

一、无线传感器网络的组网步骤：1. 确定网络拓扑结构：根据实际应用需求和场景特点，确定无线传感器网络的拓扑结构，如星型、网状、树状等。

其中，星型结构适用于中心控制的应用，网状结构适用于分散式控制的应用，而树状结构适用于级联传输的应用。

2. 节点选择与部署：根据实际应用需求，选择合适的传感器节点，并合理地部署在监测区域内。

节点的部署需要考虑到节点之间的通信距离、覆盖范围、电源供应等因素，以保证整个网络的覆盖效果和可靠性。

3. 网络连接与设置：通过适当的网络连接方式（如无线、有线等），将传感器节点连接到网络主节点或网关节点上。

在网络设置方面，需要为传感器节点分配合适的网络地址，并配置节点之间的通信协议，确保数据的可靠传输。

4. 网络通信协议的选择与配置：根据实际应用需求和拓扑结构，选择适用的网络通信协议，如IEEE 802.15.4、ZigBee等。

然后，根据协议的要求进行节点的配置，包括节点的数据传输速率、射频功率、射频通道等参数的设置。

5. 网络性能测试与调优：在完成网络搭建后，需要进行性能测试与调优，包括信号强度测试、传输距离测试、网络拓扑可靠性测试等。

通过测试结果，及时调整节点的位置、参数设置等，以提高网络的性能和可靠性。

二、无线传感器网络的数据处理步骤：1. 传感器数据采集：无线传感器网络通过传感器节点实时采集环境中的各种数据，如温度、湿度、光照等。

传感器节点将采集到的数据转化为数字信号，并通过网络传输到数据处理节点。

2. 数据预处理：在接收到传感器数据后，首先进行数据预处理，包括数据去噪、数据插补、数据滤波等操作。

无线传感器网络的通信技术

无线传感器网络的通信技术随着物联网技术的发展，无线传感器网络(WSN)正成为越来越重要的技术领域。

无线传感器网络是由大量的无线传感器节点组成的分散式传感系统，可以通过传感器网络将数据从环境中获取和传输到远程位置。

传感器节点具有自主性和智能性，因此，它可以应用于各种复杂的控制和监控环境。

然而，无线传感器网络受到一些挑战，例如能源不足和通信受限。

因此，WSN的无线通信技术也一直是关注的重点。

一、WSN的通信特点与传统的计算机网络相比，无线传感器网络具有明显的差异。

首先，无线传感器网络由大量的传感器节点组成，这些节点在空间上分布广泛，因此节点之间的通信路由也需要实时调整。

其次，传感器节点的能源有限，这意味着节点的功耗非常低，并且需要在不降低通信质量的情况下减少通信次数。

此外，由于在许多应用中传感器节点具有分散性，因此需要通过多跳的方式进行数据传输。

二、常用的无线传感器网络通信技术1. 低功耗无线网络(LoWPAN)低功耗无线网络是指一种专门用于WSN的通信协议，它使用IEEE802.15.4标准定义的物理层和媒体访问控制层，以确保低功耗和低数据速率。

LoWPAN通信协议可以基于IEEE 802.15.4建立一个网络层网络，或者可以独立地建立一个联网层网络。

在此基础上，添加网络组织，网络管理，网络发现等功能。

2. ZigBeeZigBee是一种低功耗、短距离、低速率的通信技术。

它主要用于WSN中，可以支持多个控制节点到多个被控制节点之间的通信。

ZigBee最大的优点是低功耗，因为它使用短暂的组网方式来传输小量数据。

与其他向节点发送内容的无线技术不同，ZigBee不会定期广播数据，这使其更适用于一些低成本的传感器节点。

3. Bluetooth Low Energy (BLE)蓝牙低功耗技术可以在长达几年的传感器生命周期内为传感器节点提供低功耗、长距离的数据传输和协作。

它实现了简单且有效的安全机制，通过128位AES加密数据并使用带有安全主设备的动态令牌生成身份标识。

物联网中的无线传感器网络组网方法介绍

物联网中的无线传感器网络组网方法介绍无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是物联网中的关键技术之一，主要由大量的节点组成，通过无线通信相互连接。

在物联网中，无线传感器网络承担着收集和传输环境信息的任务，因此网络的组网方法至关重要。

本文将介绍几种常见的无线传感器网络组网方法，包括集中式、分散式和混合式组网方法。

一、集中式组网方法集中式组网方法是指所有传感器节点都直接与集中节点通信。

集中节点负责接收所有传感器节点的数据，并进行处理和决策。

集中式组网方法具有以下特点：1. 简单可靠：由于数据汇聚在一个集中节点，整个网络的数据流动相对集中，容易管理和维护；同时，集中节点可以通过强大的处理能力对数据进行处理和决策，提高网络的可靠性。

2. 低能耗：传感器节点在传输数据时只需要将数据发送给集中节点，避免了大量的数据中转和多跳通信，从而降低了能耗。

3. 实时性：集中式组网方法可以实现对全网数据的实时监控和控制。

集中式组网方法的主要缺点是单点故障问题。

如果集中节点出现故障，整个网络将无法正常工作。

此外，由于所有数据都需要通过集中节点传输，网络的通信负载比较大，导致网络性能下降。

二、分散式组网方法分散式组网方法是指将无线传感器网络划分为多个独立的子网络，每个子网络有自己的基站或协调器，负责数据的收集和传输。

分散式组网方法具有以下特点：1. 高可靠性：由于每个子网络都有独立的基站或协调器，即使某个子网络出现故障，其他子网络仍然能够正常工作，提高了网络的可靠性。

2. 低通信负载：每个子网络只需要处理自身范围内的数据，减少了跨节点的数据传输，降低了网络的通信负载。

3. 扩展性强：分散式组网方法可以根据需要灵活地增加或减少子网络，便于网络的扩展和维护。

分散式组网方法的主要缺点是需要更多的基站或协调器，增加了网络的成本。

此外，不同子网络之间的通信需要通过网关进行转发，可能会引入延迟和通信瓶颈问题。

嵌入式系统中的无线传感器网络设计

嵌入式系统中的无线传感器网络设计第一章：引言无线传感器网络（WSN）是一种在嵌入式系统中普遍使用的技术。

WSN由大量的小型、低功耗、有限资源的无线传感器节点组成。

这些节点可以收集物理环境中的各种数据，例如温度、湿度、光照、位置和声音等，并将这些数据通过网络传输到汇聚节点或基站上。

WSN已经被广泛应用于环境监测、物联网、智能家居、智能交通等领域中。

本文将重点讨论WSN在嵌入式系统中的设计问题。

第二章：WSN系统架构WSN系统由三个主要部分组成，即传感器节点、中间件和基站节点。

传感器节点是WSN的核心组成部分，其大小通常不超过一枚硬币，它与测量对象之间以无线方式通信。

运行时间长，常常只通过电池提供电力。

每个传感器节点都可以感测各种物理量并转换成数字信号。

为了更好地保护无线传感器节点的能力，一般采用具有低功耗特性的单片机，如Atmel的AVR、TI的MSP430等等微控制器。

中间件层的主要作用是为应用程序和底层传输层之间提供一个抽象和灵活的接口。

它为应用程序提供了各种服务，例如协议转换、数据处理和存储、安全性和能力管理等。

WSN的中间件层还提供了对网络地理信息、关键资源和网络连接状态的管理。

基站节点是整个WSN系统的核心，也可以看作整个嵌入式系统的控制中枢。

它负责收集和聚合节点产生的所有数据，并将其传输到上层应用程序。

此外，基站节点还可以通过从节点向节点转发数据来优化网络目标。

第三章：WSN通信协议WSN的通信协议通常采用无线传感器网络协议栈协议。

IEEE 802.15.4是一个面向低功耗和低数据速率的标准，它提供了信道访问、无线链路层传输、组网和安全性等方面的支持。

IEEE802.15.4协议的实现通常基于Zigbee协议栈、WirelessHART协议栈等。

Zigbee协议栈是一种基于IEEE 802.15.4标准的组网和应用协议。

Zigbee建立在IEEE 802.15.4标准上，是更高级别的应用层。

物联网技术--WSN技术

◆7.数据管理 ◆8.无线通信技术 ◆9.嵌入式操作系统 ◆10.应用技术
5.WSN的应用现状
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
随着人们对于环境问题的关注程度越来越高，需要采集的环境数据也越来越多，无线传感器网络的出现为随机性的研究数据获取提供了便利，并且还可以避免传统数据收集方式给环境带来的侵入式破坏。无线传感器网络还可以跟踪候鸟和昆虫的迁移，研究环境变化对农作物的影响，监测海洋、大气和土壤的成分等。此外，它也可以应用在精细农业中，来监测农作物中的害虫、土壤的酸碱度和施肥状况等。
3.WSN的网络体系结构：
◆网络结构
结构入上图所示，传感器网络系统通常包括传感器节点（sensor node），汇聚节点（sink node），和管理节点。大量传感器节点随机的部署在检测区域内部或附近，能够通过自组织方式构成网络。传感其节点检测的数据沿着其它节点逐跳的进行传输，其传输过程可能经过多个节点处理，经过多跳后到达汇集节点，最后通过互联网和卫星达到管理节点，用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理，发布检测任务以及收集检测数据。
◆4其他用途
无线传感器网络还被应用于其他一些领域。比如一些危险的工业环境如井矿、核电厂等，工作人员可以通过它来实施安全监测。也可以用在交通领域作为车辆监控的有力工具。此外和还可以在工业自动化生产线等诸多领域，英特尔正在对工厂中的一个无线网络进行测试，该网络由40台机器上的210个传感器组成，这样组成的监控系统将可以大大改善工厂的运作条件。它可以大幅降低检查设备的成本，同时由于可以提前发现问题，因此将能够缩短停机时间，提高效率，并延长设备的使用时间。尽管无线传感器技术目前仍处于初步应用阶段，但已经展示出了非凡的应用价值，相信随着相关技术的发展和推进，一定会得到更大的应用。

无线传感器网络中的自组网与多跳通信技术研究

无线传感器网络中的自组网与多跳通信技术研究无线传感器网络（Wireless Sensor Network，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网络系统。

这些节点可以自主感知环境，并将收集到的数据通过无线通信传输给基站或其他节点。

WSN的应用领域广泛，包括环境监测、农业、医疗等。

然而，WSN面临着一些挑战，如能量限制、通信距离有限等。

为了克服这些问题，自组网与多跳通信技术成为了WSN研究的重要方向。

自组网技术是指在没有中心控制的情况下，节点之间通过协作和自组织的方式建立起网络连接。

在WSN中，节点通常分布在广阔的区域内，无法直接与基站通信。

因此，自组网技术可以使节点之间通过中间节点进行多跳通信，实现数据的传输和共享。

自组网技术的实现需要解决节点发现、路由选择和拓扑控制等问题。

节点发现是指节点如何发现周围的邻居节点并建立连接。

路由选择是指节点如何选择合适的路径将数据传输到目标节点。

拓扑控制则是指节点如何调整网络拓扑结构以提高网络性能。

在节点发现方面，可以使用广播或邻居表的方式实现。

广播是一种简单有效的方法，但会导致网络中的冲突和能量浪费。

邻居表则是每个节点维护的一个列表，记录了其邻居节点的信息。

通过邻居表，节点可以快速找到可用的邻居节点，从而建立连接。

路由选择是自组网技术中的关键问题。

常见的路由选择算法有基于距离和基于能量的算法。

基于距离的算法通常选择最短路径将数据传输到目标节点，但会导致网络中的拥塞和能量不均衡。

基于能量的算法则考虑节点的能量消耗情况，选择能量充足的节点作为中继节点。

这样可以延长网络的寿命，但会增加数据传输的延迟。

拓扑控制是为了优化网络性能而进行的调整。

常见的拓扑控制方法有基于信号强度的方法和基于网络流量的方法。

基于信号强度的方法通过调整节点之间的距离和方向，来改善信号传输的质量。

基于网络流量的方法则根据节点之间的数据传输量来调整网络拓扑结构，以减少拥塞和延迟。

WSN通信与组网技术

通信与组网主要内容
一微型传感器基本知识
二物理层概述
三MAC协议
四路由协议
1. 传感器的定义和作用
传感器网络的终端探头通常代表了用户的功能
需求，终端传感器技术是支撑和最大化网络应
用性能的基石，为网络提供了丰富多彩的业务
传感器的定义和作用
2.
传感器一般由敏感元件、转换元件和基本转换电路组成。

4. 常用传感器类型
3.
器处理。

9
1. 物理层的主要功能
负责在物理连接上传输二进制比特流，并提供
2. 物理层的主要技术（1）介质和频段选择
（2）调制技术
3. 无线传感器网物理层设计
1. 基本概念MAC协议设计应考虑的问题
2. MAC协议的分类
3. IEEE 802.11 MAC协议
4. S-MAC协议
（1）周期性侦听和睡眠机制
28（2）流量自适应侦听机制（3）冲突和串音避免机制
（4）消息传递机制S-MAC协议的突发分组传送
1. 路由
2.传感器网络路由协议特点和类型路由协议类型
3. 能量感知路由协议能量感知路由算法例
能量感知路由算法例能量感知路由协议小结4.基于查询的路由协议
定向扩散路由协议（1）兴趣扩散阶段（2）数据传播（梯度建立）阶段
（3）路径加强阶段
to converge to efficient distribution
out of range or dying
5. 地理位置路由协议地理位置路由协议
6. 可靠的路由协议可靠的路由协议
可靠的路由协议主要强调传输的可靠性和实时
7. 传感器网络路由协议小结传感器网络路由协议小结本章要求。

无线传感器网络(WSN)技术

无线传感器网络(WSN)技术无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是由大量分布式传感器节点组成的自组织、具备自动感知、处理、通信和控制功能的无线网络系统。

其特点是智能化、自组织、自适应和自愈合等，可以应用于环境监测、智能交通、灾害预警等领域，是物联网技术的重要组成部分。

一、WSN技术的概念与特点1、WSN技术的概念WSN技术是指将大量的分布式传感器节点组成的自组织、具备自动感知、处理、通信和控制功能的无线网络系统。

WSN 中的每个节点都具备感知环境信息和自我组织的能力，通过互相通信完成数据收集和处理，以实现对环境的全面感知和有效控制。

2、WSN技术的特点（1）智能化：WSN中的节点都具备感知和处理环境信息的能力，通过自适应和自我组织的算法实现智能化的数据处理和控制。

（2）自组织：WSN的节点通过互相通信、相互协作，自组织形成一种分布式网络结构，实现自我管理和自我调节的能力。

（3）自适应：WSN通过自适应算法实现网络拓扑结构的自动调整，保证网络稳定性和可靠性。

（4）自愈合：WSN中的节点可以根据网络拓扑结构的变化自我调整，保证网络的稳定性和可靠性。

二、WSN技术的应用场景WSN技术可以应用于如下领域：1、智能交通系统WSN可以应用于智能交通系统中，通过无线传感器节点对车辆、路况等进行监测和控制，实现智能化的交通管理和调度。

2、环境监测WSN可以应用于环境监测中，通过无线传感器节点对环境因素进行感知和数据采集，掌握环境变化情况，及时预警并采取相应措施。

3、智能医疗系统WSN可以应用于智能医疗系统中，通过无线传感器节点对病人体征进行实时监测和记录，实现智能化的医疗管理和控制。

4、灾害预警WSN可以应用于灾害预警中，通过无线传感器节点对地震、火灾等灾害进行实时监测和预警，及时采取措施，减轻灾害损失。

三、WSN技术的实现方法和算法1、WSN技术的实现方法WSN技术的实现方法包括节点硬件设计、节点软件设计和网络协议设计三个方面。

第三章-无线传感器网络-通信与组网技术-网络层ppt课件

需要构建以数据为中心的平面路由协议，即汇聚节点向某些区域发送查询并等待来自于这些区域内的节点所采集的相关数据。
以数据为中心的平面路由
平面路由的特点: 结构简单,鲁棒性较好
缺乏对通信资源的优化管理，对网络动态变化的反应速度较慢
典型协议：DD，Rumor-routing，TTDD，支持查询的近似路由算法等
好的路由协议应该具备较强可靠性，能够通过各种网络环境下的测试验证。
19
6〕优化能力
网络资源状况随时会发生变化，传感器网络路由协议需要具备能够依据当前网络资源状况选择最合适路径的能力。
20
路由协议分类
我们从各种应用的角度出发，将路由协议分为四类：
（1〕能量感知路由协议
高效利用网络能量是传感器网络路由协议的一个显著特征。为了强调高效利用能量的重要性，这里将它们划分为能量感知路由协议。能量感知的路由协议从数据传输的能量消耗出发，讨论最少能量消耗和最长网络生存期等问题。典型协议：Energy aware routing，GEAR,等
无线传感器网络的一个基本问题就是，如何在节点只能获取局部拓扑信息和能量有限的情况下，实现简单高效的路由机制。
11
（3〕以数据为中心
无线传感器网络关注的是监测区域内的感知数据及其位置，而不是具体由哪个节点获取的信息。
传感器网络通常包含多个传感器节点到少数汇聚节点的数据流，按照对感知数据的需求、数据通信模式和流向等，以数据为中心形成消息的转发路径。
协议内容： 1、一节点S希望发送一块数据给节点D，节点S首先通过网络将数据副本传送给它的每一个邻居节点，每一个邻居节点又将其传输给各自的每一个邻居节点，除了刚刚给它们发送为数止据。副本的节点S外。 2、如此继续下去，直到将数据传输到目标节点D为止或者为该数据所设定的生命期限〔在传感器网络里面通常定义为最大跳数〕变为零为止或者所有节点拥有此数据。

物联网技术WSN技术课件

优势
WSN具有低功耗、微型、低成本的特点，能够适应各种复杂环境和应用需求，同时具有自组织和协同工作的能力，能够实现高效的信息采集和处理，为各种应用提供可靠的数据支持。
03
WSN关键技术
节点设计与优化
01
02
03
04
微型化
节点设备的微型化设计可以提高网络的隐蔽性，使其更难以
被发现和破坏。
低功耗
要点一
总结词
大规模部署、低成本、节能环保
要点二
详细描述
智慧城市需要大规模部署WSN节点设备，同时要求设备成本低、节能环保等特点，以实现智慧城市的可持续发展。
05
WSN技术的发展趋势与挑战
WSN技术的发展趋势
低功耗
由于WSN节点通常由电池供电，因此低功耗设计是WSN 技术发展的一个重要趋势。
智能化
安全与隐私保护
由于WSN节点通常暴露在外部环境中，因此需要采取一些安全措施来保护数据安全和隐私。
05
04
数据处理与分析
WSN数据需要进行高效的处理和分析，以提取有用的信息和应用控制指令。
06
总结与展望
物联网技术与WSN技术的发展对人类社会的影响与贡献
促进经济发展
物联网技术与WSN技术的发展为人类带来了新的经济增长点，
平面路由协议
平面路由协议没有层次结构，每个节点都平等地参与路由决策。
能量感知路由协议
能量感知路由协议会考虑节点的能量消耗情况，从而选择最节能的路径。
数据融合与压缩
数据融合
数据融合技术可以将多个节点的数据进行整合，从而减少数据的冗余，提高数据的利用率。
数据压缩
数据压缩技术可以将数据进行压缩，从而减少数据的传输量，提高网络的带宽利用率。

第4章WSN通信与组网技术---03教材

汇聚节点是数据发送的目标节点。大写字母表示节点，如节点A，节点右侧括号内的数字表示节点的可用能量。图中的双向线表示节点之间的通信链路，链路上的数字表示在该链路上发送数据消耗的能量。在图中，从源节点到汇聚节点的可能路径有4条。
最小开销前行算法MCFA协议(Minimum Cost For warding Algorithm for Large Sensor Networks)充分利用了传感器网络中的数据传输不对称的特点，即大多的数据流都是从传感器节点向Sink节点的方向传输。
该算法根据能量和路径情况来灵活地测出节点的开销情况，但是它存在着如下一些问题：首先它不得不考虑延迟、信道错误和节点失败等问题，这就增大了算法的复杂度；其次，Sink节点的数目不能太多，否则节点要存储大量到Sink节点的开销信息，会增大存储负担；再次，开销域的建立时间取决于网络的大小，如果网络太大的话，建立整个开销域的时间会让人无法忍受；最后，网络负载不是很平衡，那些距离Sink节点较近的开销较小的节点容易很快耗尽能量。
保证QoS的路由协议是指在路由建立时，考虑时延、丢包率等QoS参数，从多条可行的路由中选择一条最适合QoS应用要求的路由；或者根据业务类型，保证满足不同业务需求的QoS路由协议。
4.8.2 平面路由协议
1. Flooding and Grossing协议
1）洪泛路由协议
洪泛路由协议(Flooding Protocol)是一种最早的路由协议，接收到消息的节点以广播的彤式转发报文给所有的邻居节点。
①网络由一个基站和一个由传感器节点构成的网络组成，并且传感器节点都拥有相同的初始能量值；
②基站拥有持续的能量补充，可以方便的向节点传送指令和数据。
TEEN利用LEACH的策略形成簇群，在每次簇群重组的时候，群头节点除了广播数据属性以外，还要广播硬门限和软门限。其工作过程为：节点连续地感应周围的情况(此时发射机处于关闭或者休眠状态)，当节点收集到的数据首次大于硬门限值时，节点就打开发射机向群头节点报告信息。感应到的数据保存在节点内部的一个状态变量(State Viable，SV)。当最新感应到的数据值大于硬门限并且这个值和SV的差值大于或等于软门限时，节点才进行数据发送。