传感器网络学习笔记.ppt
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无线传感器网络PPT课件
• 数据链路层（MAC层协议）
信号的传输要靠信道，因此信道也就成为了一种宝贵的资源。 怎样合理有效的分配信道，就是数据链路层中的MAC子层要解 决的问题了
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网络层（路由）
• 网络层（路由）
两个基本功能：确定最佳路径和通过网络传输信息 1 泛洪式路由 2 SPIN（SPIN是一组基于协商并且具有能量自适应功能的协 议） 3 LEACH（LEACH是一种分层网络协议，它以循环的方式随机选择簇首节
三、无线传感器网络关键技 术
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3.1 无线传感器网络MAC协议
• 所谓的MAC协议，就是通过一组规则和过程来更有效、有序和公平地使用共享介质。它实现两大基本功能 目标：在密集散布的传感器现场能够有助于建立起一个基本网络基础设施所需的数据通信链路；协调共享 介质的访问
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第21页/共36页
管理平台
• 管理平台对整个网络进行检测、管理，它通常为运行有网络管理软件的PC机或者手持终端设备
第22页/共36页
4、2无线传感器网络硬件平台
• 目前传感器节点种类繁多，很多科研机构都开放自己的硬件平台，但是这些硬件平台之间主要区别在于所 采用的处理器、无线通信方式、传感器配置不同。下面具体介绍几家公司的硬件平台。
•
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图1 无线传感器网络体系结构图
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无线传感器通信协议系统结构
• 物理层技术 为数据流传输所需的物理连接的建立、维护和释放提供的机械的、电气的、功能和规程性的模块就叫做
物理层 在物理层面上，无线传感器网络遵从的主要是标准（Zigbee）
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数据链路层（MAC层协议）
• Intel 公司的intel mote2 • Chipcon 公司的cc2420ZDK • Ember公司的em250 Development kit • Freescale公司的 mc13191 • 中科院的minigains系列
信号的传输要靠信道，因此信道也就成为了一种宝贵的资源。 怎样合理有效的分配信道，就是数据链路层中的MAC子层要解 决的问题了
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网络层（路由）
• 网络层（路由）
两个基本功能：确定最佳路径和通过网络传输信息 1 泛洪式路由 2 SPIN（SPIN是一组基于协商并且具有能量自适应功能的协 议） 3 LEACH（LEACH是一种分层网络协议，它以循环的方式随机选择簇首节
三、无线传感器网络关键技 术
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3.1 无线传感器网络MAC协议
• 所谓的MAC协议，就是通过一组规则和过程来更有效、有序和公平地使用共享介质。它实现两大基本功能 目标：在密集散布的传感器现场能够有助于建立起一个基本网络基础设施所需的数据通信链路；协调共享 介质的访问
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管理平台
• 管理平台对整个网络进行检测、管理，它通常为运行有网络管理软件的PC机或者手持终端设备
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4、2无线传感器网络硬件平台
• 目前传感器节点种类繁多，很多科研机构都开放自己的硬件平台，但是这些硬件平台之间主要区别在于所 采用的处理器、无线通信方式、传感器配置不同。下面具体介绍几家公司的硬件平台。
•
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图1 无线传感器网络体系结构图
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无线传感器通信协议系统结构
• 物理层技术 为数据流传输所需的物理连接的建立、维护和释放提供的机械的、电气的、功能和规程性的模块就叫做
物理层 在物理层面上，无线传感器网络遵从的主要是标准（Zigbee）
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数据链路层（MAC层协议）
• Intel 公司的intel mote2 • Chipcon 公司的cc2420ZDK • Ember公司的em250 Development kit • Freescale公司的 mc13191 • 中科院的minigains系列
《传感器网络》课件
网络拓扑
网络拓扑定义了传感器节点 之间的连接方式，例如星型、 网状等。
网络通信
传感器节点之间通过通信协 议进行数据交换和传输。
传感器网络的应用场景
环境监测
智能交通
传感器网络可以用于监测环境参 数，如温度、湿度和空气质量等。
传感器网络可用于交通监测，提 供实时的交通流量和拥堵情况等 数据。
军事领域
传感器网络在军事领域中有广泛 应用，用于侦察、目标追踪和通 信等。
《传感器网络》PPT课件
在这个PPT课件中，我们将介绍传感器网络的相关内容。
什么是传感器网络？
传感器网络是由大量采用传感器技术的节点组成的网络系统，用于实时监测 和收集各种环境数据。 传感器网络具有自组织、自修复、自适应等特点，可以应用于很多领域。
传感器网络的组成
传感器节点
传感器节点是构成传感器网 络的基本单元，负责采集数 据并进行通信。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
传感器网络的技术挑战
1
网络拓扑与路由
2
传感器网络中的节点数量庞大，如何构
建合适的网络拓扑和有效的路由算法是
关键问题。
3
能源管理
传感器网络节点通常需要长时间运行， 因此能源管理是一个重要的挑战。
安全和隐私保护
传感器网络中的数据传输需要安全可靠， 同时需要保护用户的隐私。
传感器网络的未来发展
1 物联网与传感器网络
传感器网络将在物联网中发挥重要作用，实现真正的智能互联。
2 人工智能与传感器网络的结合
人工智能技术将与传感器网络相结合，实现智能感知和自主决策。
3 工业4.0时代下的传感器网络
在工业4.0时代，传感器网络将在智能制造和工业自动化中发挥重要作用。
无线传感器网络原理及应用第4章定位技术ppt课件
(
x1
(
x1
x)2 x)2
( y1
(y2
y)2 y)2
ρ12 ρ22
(xn x)2 ( yn y)2 ρn2
(4-3)
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
X(ATA)1ATb
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
第4章 定位技术
4.1.2 定位算法分类 在传感器网络中，根据定位过程中是否测量实际节点间
的距离，把定位算法分为基于距离的(range-based)定位算法 和与距离无关的(range-free)定位算法，前者需要测量相邻节 点间的绝对距离或方位，并利用节点间的实际距离来计算未 知节点的位置；后者无需测量节点间的绝对距离或方位，而 是利用节点间估计的距离计算节点位置。
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
第4章 定位技术
4.1 定位技术简介
4.1.1 定位技术的概念、常见算法和分类 1. 无线传感器网络定位技术概念 在传感器网络节点定位技术中，根据节点是否已知自身
标为(x，y)。对于节点A、C和∠ADC，确定圆心为O1(xO1， yO1)、半径为r1的圆，，则
(xO1 x1)2 (yO1 y1)2 r1
(xO1 x2)2 (yO1 y2)2
r1
(x1
x3)2
(y1
第8章无线传感器网络newPPT课件
应用相关 ：由于应用环境区别很大，传感网路
由机制由应用确定
22
设计无线传感器网络路由机制的要求
(1) 能量高效 (2) 可扩展性 (3) 鲁棒性：路由机制有一定的容错能力。 (4) 快速收敛性 ：路由表更新，并将分组
发送到新的接口所用的时间。
23
路由协议分类
根据不同应用对传感器网络各种特性的敏感度不同，可以将 路由协议分为四种类型：
(1)能量感知路由协议。早期传感网络路由协议仅考虑能量 因素，如能量路由算法和能量多路径路由算法。
(2)基于查询的路由协议。实时监测应用中，以数据查询为 主，通信流量主要是查询节点和传感器节点之间的命令 和数据传输，同时传感器节点通常进行数据融合。
(3)地理位置路由协议。目标跟踪应用中，需要知道节点的 地理位置，以此作为路由依据。
通常采用微型电池。
14
3.无线传感器网络的协议体系
❖ 图a是早期协议栈模型，与互联网五层协议栈 对应
❖ 图b是细化后的协议栈模型
时间同步和定位子层既要依赖于数据传输通道进 行协作定位和时间同步协商，又要为其他各层提 供信息支持，如基于时分复用的MAC协议，基于 地理位置的路由协议等。
b右边诸多机制一部分融入到协议中，另一部分
19
MAC协议分类标准:
❖ 缺乏统一的分类标准，采用以下几种： 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
20
采用第三种标准的MAC协议分类:
(1) 采用无线信道的时分复用方式，给每个传感器节点分配固 定的无线信道使用时段，从而避免节点之间的相互干扰。 包括基于分簇网络的MAC协议、DEANA协议、基于周期性 调度的协议、TRAMA协议、DMAC协议等。
无线传感器网络的理论及应用PPT教学课件
2020/12/11
13
以数据为中心
在无线传感器网络中，人们通常只关心某 个区域内某个观测指标的数值，而不会去 具体关心单个节点的观测数据。 用户使用传感器网络查询事件时，直接将 所关心的事件通告给网络，而不是通告给 某个确定编号的节点。网络在获得指定事 件的信息后汇报给用户。
2020/12/11
网络的通信保密和安全性十分重要，信道 加密、抗干扰、用户认证和其他安全措施 都需要特别考虑。
2020/12/11
8
无线传感器网络的特征
深入研究表明，无线传感器网络有着与无 线自组网络明显不同的技术要求和应用目 标。无线自组网络以传输数据为目的，致 力于在不依赖于任何基础设施的前提下为 用户提供高质量的数据传输服务；而无线 传感器网络以数据为中心，将能源的高效 使用作为首要设计目标。
2020/12/11
22
无线传感器网络的体系结构概述
应用服务接口
网络管理接口
安
全
/
拓 扑 控
服 务 质 量
移 动
/ 能
2020/12/11
3
无线传感器网络的特征
作为Internet在无线和移动范畴的扩展和延伸，无线自组网络 （Ad-hoc Network）由若干采用无线通信的节点动态地形成一个 多跳的移动性对等网络，从而不依赖于任何基础措施。
无线传感器网络与 无线自组网络的共 同特点：
分布式 自组织 拓扑变化 多跳路由 安全性差
2020/12/11
6
多跳路由
由于节点发射功率限制，节点的覆盖范围 有限，通常只能与它的邻居节点通信。
多跳路由是由普通网络节点协作完成，没 有专门的路由设备。每个节点既可以是信 息的发起者，也可以是转发者。
《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。
03
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。
关于无线传感器网络的学习报告PPT共29页
关于无线传感器网络的学习报告
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
Hale Waihona Puke
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
Hale Waihona Puke
无线传感器网络技术第1章基础PPT课件
设置了高频通讯的若干寄存器，将高频通讯的处理，
简化为对寄存器的简单读、写操作处理。
对这些寄存器进行读、写操作，就可以轻松完成无线 通讯功能。
2020/10/31
江苏大学 机械学院 仪器系
8
无线数据通讯和无线单片机发展背景
➢ 未来嵌入式无线技术市场
短距离/嵌入式无线通讯正在加速产品化，进入我们生活
采用“蓝牙”无线耳机，在美国使用得非常广泛，几乎人手一个 无线键盘和无线鼠标，基本占领了键盘鼠标市场 儿童玩游戏的手柄，已经基本无线化 日本任天堂最新的游戏机采用了带有无线加速度传感器的新手柄。
➢ 短距离无线通讯，目前向两个方面发展：
一是高速度，每秒数据传输量几十/几百M 位。
二是低功耗，一个小小电池，可以用5-10年，象ZIGBEE网络。
➢ 这些发展又在不断地孵化出崭新的应用和产品。
➢ 新标准，新技术，每时每刻都在涌现，我们必须注意跟踪。
2020/10/31
江苏大学 机械学院 仪器系
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2020/10/31
江苏大学 机械学院 仪器系
14
➢ 学习敢于创新
尝试用学到的单片机和无线通讯的知识，结合各种无 线应用，设计一些自己感兴趣的应用项目。无线单片机应 用范围非常广泛。
用在无线家庭设备，报警设备，遥控设备等。 依据课程的相关电路和软件代码程序，根据自己的应用对象修改设计，
形成新的功能、新的产品。在这个修改、动手设计过程中，会遇到很 多困难，需要解决很多意想不到的难题，克复这些困难，就理解了这 些基本内容的实质。 通过不断地思考-动手-再思考-再创新的循环，就能精通掌握。 也可以通过参加各种竞赛和设计项目，来丰富自己的知识面，加深 对这门课程的理解。
课程重点
无线传感器网络PPT优秀版
与局部网的布设不同，无线传感器节点额位置布设前不能 事先确定(飞机撒布、人员随机布设)，节点之间的互相邻 居关系也不能事先确定。
要求无线传感器节点具有自组织能力，能够自动进行配置 管理。
实现的方法是通过拓扑控制机制和网络路由协议自动 形成能够转发数据的多跳无线网络系统。 3、动态性网络 无线传感器网络的拓扑结构经常改变。原因： (1)被动改变：传感器节点电能耗尽；环境变化造成通信 故障；传感器节点本身出现故障。 (2)主动改变：增加新节点；根据路由算法的优化做出的 改变。 4、可靠性强 (1)传感器节点本身硬件结构可靠
• 传感器网络覆盖感知对象区域，每个传感器完成其临近感 知对象的观测，多传感器协同完成感知区域的大观测任务 ，使用多跳路由算法向用户报告观测结果。
传感器节点的一般结构
ห้องสมุดไป่ตู้
传感器节点的具体产品
• 根据无线传感器网络节点示意图可以看出： 无线传感器网络节点实际是一个微型嵌入式系统。 特点：
1、电源能量有限：电池供电、难于更换。 2、通信能力有限：距离小于100M；速率小。 3、计算处理能力有限：处理器能力弱、存储容量小。
• 无线传感器网络是基于微电子技术、嵌入式计算技术、现 代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术实现的。
在各个层次之W中都SN要增典加能型量控工制代作码。如下：使用飞行器将大量节点抛撒到感兴趣 的区域，节点通过自组织快速形成一个无线网络。节点既 目前，在WSN中应用比较成熟的时间同步协议有RBS（参考广播同步）、Tiny/mini-Sync（微小/迷你同步）以及TPSN（Timing-sync
布设时：可能通过飞机撒布，人员随机撒布 工作时：风吹、日晒、雨林、严寒、酷暑。
维护性 ：维护十分困难(几乎不可能)。 (2)网络结构可靠 自组织网、动态性保证基本的信息传输正常。 (3)软件可靠 (4)信息保密性强 5、以数据为中心
要求无线传感器节点具有自组织能力，能够自动进行配置 管理。
实现的方法是通过拓扑控制机制和网络路由协议自动 形成能够转发数据的多跳无线网络系统。 3、动态性网络 无线传感器网络的拓扑结构经常改变。原因： (1)被动改变：传感器节点电能耗尽；环境变化造成通信 故障；传感器节点本身出现故障。 (2)主动改变：增加新节点；根据路由算法的优化做出的 改变。 4、可靠性强 (1)传感器节点本身硬件结构可靠
• 传感器网络覆盖感知对象区域，每个传感器完成其临近感 知对象的观测，多传感器协同完成感知区域的大观测任务 ，使用多跳路由算法向用户报告观测结果。
传感器节点的一般结构
ห้องสมุดไป่ตู้
传感器节点的具体产品
• 根据无线传感器网络节点示意图可以看出： 无线传感器网络节点实际是一个微型嵌入式系统。 特点：
1、电源能量有限：电池供电、难于更换。 2、通信能力有限：距离小于100M；速率小。 3、计算处理能力有限：处理器能力弱、存储容量小。
• 无线传感器网络是基于微电子技术、嵌入式计算技术、现 代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术实现的。
在各个层次之W中都SN要增典加能型量控工制代作码。如下：使用飞行器将大量节点抛撒到感兴趣 的区域，节点通过自组织快速形成一个无线网络。节点既 目前，在WSN中应用比较成熟的时间同步协议有RBS（参考广播同步）、Tiny/mini-Sync（微小/迷你同步）以及TPSN（Timing-sync
布设时：可能通过飞机撒布，人员随机撒布 工作时：风吹、日晒、雨林、严寒、酷暑。
维护性 ：维护十分困难(几乎不可能)。 (2)网络结构可靠 自组织网、动态性保证基本的信息传输正常。 (3)软件可靠 (4)信息保密性强 5、以数据为中心
无线传感器网络复习提纲PPT课件
关键之五
如何建立以数据为中心的传感器网络？ 传感器网络的第五项关键技术是数据融合方法！
2020/2/13
10
四、传感器网络的关键技术
网络攻击无处不在
……
关键之六
安全性是传感网络设计的重要问题。如何保护 机密数据和防御网络攻击是第六项关键技术！
2020/2/13
11
第3章
传感器网络的通信与组网技术
（1）传感器节点通常需要彼此协作，去完成复杂的监测和感知任务。数 据融合是协作操作的典型例子，不同的节点采集的数据最终融合形成了一个 有意义的结果。
（2）传感器网络的一些节能方案是利用时间同步来实现的。
2020/2/13
39
4.1.1 传感器网络的时间同步机制
通信模型 节点时间校正技术是WSN时间同步的核心和基础。目前
2020/2/13
3
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4
传感器网络的协议分层
2020/2/13
5
四、传感器网络的关键技术
通信能力有限
节点通信覆盖范围只有几十到几百米
关键之一
如何在有限的通信能力条件下, 完成探测数 据的传输？ 无线通信技术是第一项关键技术！
2020/2/13
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四、传感器网络的关键技术
2020/2/13
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3.2.2 IEEE 802.11 MAC协议
IEEE 802.11 MAC协议分为分布式协调功能(DCF)和点协 调功能(PCF)两种访问控制方式，其中DCF方式是IEEE 802.11协议的基本访问控制方式。
PCF 通过访问接入点来协调节点的数据收发，通过设置好 的一定间隔时间查询当前哪些节点有数据发送的请求。
无线传感器网络技术PPT.
的人选会回到现在单位，要求现在单位提供相同待遇，在这种情况下，应考虑是否有与应聘者进一步协商的必要。
暴饮暴食最不好。
传感节点
汇聚节点
网关节点
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。
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
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
、 、、 、
和 等，其中 和
节点已经由
公司包装生产。 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 针的自定义接口进行连接。
是
的一个微缩版，对
的外围电路进行了如下的
人，然后进行第二轮面试。
2.3.3控制面试中信息的流动
网络节点
目标：通过本课时的教学，是学生掌握地震后，如何自救自护。
与应聘者口头确认，可以在第二次面试结束时也可以以后通过电话通知。大致描述一下与工作岗位相关的待遇，经应聘者留出提问时
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m是i 该簇头所属的簇成员数, E是DA数据融合时
电路消耗的能量。
❖ 从公式(5)可以看出簇头的能量消耗由三部分组成:数 据的接收、融合和发送,其中数据向基站的发送消耗 的能量占的比重最大。由于簇头距离基站远近的不 同使得簇头能量消耗是不平衡的,距离基站较远的簇 头消耗的较快。
LEACH中节点根据自身通信代价最小原则选择距离 较近的簇头加入其簇。
❖ （2）通信损耗能量同传送的数据量和到达目标的 距离平方成正比，采用基于分簇的路由算法相对平 面路由算法具有更好的适应性和节能性。分簇路由 的基本思想是通过簇首对簇内节点间的相关信息融 合及转发机制减少数据的传输量和距离，进而降低 通信能量，达到网络节能的目的。
❖ （3）分簇是无线传感器网络中一个有效的拓 扑控制方法，通过分簇能够延长网络的生存 期，提高网络的能耗均衡性。分簇路由具有 拓扑管理方便、能量利用高效、数据融合简 单等优点,成为当前重点在初始阶段， 每一个节点从0-1中选取一个随机数，如果这 个随机数小于这一“轮”所设定的门阈值 T(n)，那么这个节点就成为簇头。T(n)的计 算公式
T n 1
p
p r mod 1
p , n G
（1）
0,
else
❖ 式(1)中：p是节点成为一个簇头的期望百分比,r为当前的轮 数，G为在最后的1/p 轮中还没有成为过簇头的节点集。节
❖ 无线传感器网络的随机布设、自组织、环境 适应等特点使其在军事、环境、医疗、家庭 和其它商用领域有广阔的应用前景和很高的 应用价值。
为什么采用基于分簇的路由算法
❖ （1）平面路由协议中需要维持较大的路由表 信息，会占用较多的存储空间，同时自组织 协同工作较差，也不能对感知信息进行数据 融合，因此不适用与大规模的网络。
数据传输阶段
❖ 在本轮的数据传输阶段，簇头节点把来自簇 内节点的数据进行数据融合和压缩处理后， 传给远处的基站（BS）。经过一个TDMA 时 刻表后，新的一轮又开始了，如此循环运行， 直到大多数节点的能量耗尽为止。
LEACH的网络模型和能量模型
❖ LEACH协议的网络模型为: (1)网络中有固定基站( Sink节点)且远离传感器节点,研
（4）
其送中天线, L的是高系度统,λ功是耗载因波子波, 长和h。t 分h别r 是接和发
簇形成算法问题
❖ 在数据传输阶段,簇头的能量消耗远远大于普 通节点。假设簇头到基站距离d ≥ d, 则0 其能量消耗 为:
E k, d mikEelec mi 1 kEDA k Eelec mpd 4 （5）
❖ LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy ) 算法
LEACH算法是比较成熟且常用的分簇路由算法。
LEACH算法是MIT学者A.Chandrakasan等人为无线传感器 网络设计的低功耗自适应聚类路由算法。LEACH算法提出了 “轮”（Round）的概念，每轮分为簇的建立阶段和稳定的 数据通信阶段。在簇的建立阶段，随机产生簇头;在数据通信 阶段，簇内节点把数据发给簇头，簇头进行数据融合后再发 送给远处的汇聚节点。
究中不考虑基站的能量消耗,假定其具有充足的能量 供应; (2)网络中所有节点同构且具有有限的能源; (3)网络中所有节点具有相同的起始能量;
(4)节点是静止的; (5)节点总是有数据要发送; (6)节点可感知它的剩余能量,并能改变发射功率。
LEACH的能量模型
❖ 无线能量模型根据发送节点和接收节点的距离d 分为自由空间( Free Space, Fs)模型和多路径 衰减(Multipath,MP)模型,式(2)为发送kbit数据消
耗的能量, ETXelec为射频电路消耗的能量， fs 、mp 分别为两种信道模型下功率放大所需能量, d是0 决定哪种模型的阈值,它由式(3)确定
（2）
❖ 式（3）为接收l bit消耗的能量,全部是射频电路
消耗: ERs k ERxelec k kEelec
（3）
d0
16 2 L hr2 ht2 2
图2 网络中第一个节点死亡时间图
LEACH算法存在的问 题 ❖ 与一般的平面多跳路由算法和静态聚类算法相
点在当选簇头后，需要发布消息告知其它节点自己是簇头。 非簇头的节点根据接受信号的强度来选择它要加入的簇，并
通知相应的簇头。
❖ 最后簇头产生一个TDMA（Time Division Multiple Access）定时消息，并且通知簇内 节点。当簇内节点收到TDMA 同步消息后， 它们将在各自的时间段内发送数据，在时段 外是进入睡眠状态。
基于无线传感器网络的LEACH 算法
引言 无线传感网络的应用 为什么采用基于分簇的路由算法 簇的建立和数据传输 LEACH的网络模型和能量模型 LEACH仿真实验 LEACH算法存在的问题
引言
❖ 无线传感器网络(WSN)是由大量无处不 在的、具有通信与计算能力的微小传感器节 点密集布设在无人值守的监控区域而构成的 能够根据环境自主完成指定任务的“智能” 自治测控网络系统。
LEACH仿真实验
❖ 本文利用NS2软件对LEACH算法进行大量的仿 真实验，仿真实验环境参数设置如表1所示。文献 【1】指出：当簇头结点个数比例为3%到5%时，网 络可以达到能量最优的使用情况。这里我们选择动 态确定的簇头结点个数，规定每轮循环中簇头节点 的个数为当前存活节点个数的4%。
图1 网络生命周期
❖ 传感器节点通常使用容量有限、不可更换的 电源，节点的计算、通信、存储能力也非常 有限，这就要求WSN路由协议必须以节约能 源为主要目标，最大限度地延长网络生存时 间。
无线传感网络的应用
❖ 在许多大规模WSN远程监控应用中，传感器 需要将采集到的声音、振动等数据以无线多 跳的通信方式传送到远程基站(BS)以便实现 进一步的分析和处理．同时，BS的控制信息 也通过节点间的协同交互传递到指定区域。
电路消耗的能量。
❖ 从公式(5)可以看出簇头的能量消耗由三部分组成:数 据的接收、融合和发送,其中数据向基站的发送消耗 的能量占的比重最大。由于簇头距离基站远近的不 同使得簇头能量消耗是不平衡的,距离基站较远的簇 头消耗的较快。
LEACH中节点根据自身通信代价最小原则选择距离 较近的簇头加入其簇。
❖ （2）通信损耗能量同传送的数据量和到达目标的 距离平方成正比，采用基于分簇的路由算法相对平 面路由算法具有更好的适应性和节能性。分簇路由 的基本思想是通过簇首对簇内节点间的相关信息融 合及转发机制减少数据的传输量和距离，进而降低 通信能量，达到网络节能的目的。
❖ （3）分簇是无线传感器网络中一个有效的拓 扑控制方法，通过分簇能够延长网络的生存 期，提高网络的能耗均衡性。分簇路由具有 拓扑管理方便、能量利用高效、数据融合简 单等优点,成为当前重点在初始阶段， 每一个节点从0-1中选取一个随机数，如果这 个随机数小于这一“轮”所设定的门阈值 T(n)，那么这个节点就成为簇头。T(n)的计 算公式
T n 1
p
p r mod 1
p , n G
（1）
0,
else
❖ 式(1)中：p是节点成为一个簇头的期望百分比,r为当前的轮 数，G为在最后的1/p 轮中还没有成为过簇头的节点集。节
❖ 无线传感器网络的随机布设、自组织、环境 适应等特点使其在军事、环境、医疗、家庭 和其它商用领域有广阔的应用前景和很高的 应用价值。
为什么采用基于分簇的路由算法
❖ （1）平面路由协议中需要维持较大的路由表 信息，会占用较多的存储空间，同时自组织 协同工作较差，也不能对感知信息进行数据 融合，因此不适用与大规模的网络。
数据传输阶段
❖ 在本轮的数据传输阶段，簇头节点把来自簇 内节点的数据进行数据融合和压缩处理后， 传给远处的基站（BS）。经过一个TDMA 时 刻表后，新的一轮又开始了，如此循环运行， 直到大多数节点的能量耗尽为止。
LEACH的网络模型和能量模型
❖ LEACH协议的网络模型为: (1)网络中有固定基站( Sink节点)且远离传感器节点,研
（4）
其送中天线, L的是高系度统,λ功是耗载因波子波, 长和h。t 分h别r 是接和发
簇形成算法问题
❖ 在数据传输阶段,簇头的能量消耗远远大于普 通节点。假设簇头到基站距离d ≥ d, 则0 其能量消耗 为:
E k, d mikEelec mi 1 kEDA k Eelec mpd 4 （5）
❖ LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy ) 算法
LEACH算法是比较成熟且常用的分簇路由算法。
LEACH算法是MIT学者A.Chandrakasan等人为无线传感器 网络设计的低功耗自适应聚类路由算法。LEACH算法提出了 “轮”（Round）的概念，每轮分为簇的建立阶段和稳定的 数据通信阶段。在簇的建立阶段，随机产生簇头;在数据通信 阶段，簇内节点把数据发给簇头，簇头进行数据融合后再发 送给远处的汇聚节点。
究中不考虑基站的能量消耗,假定其具有充足的能量 供应; (2)网络中所有节点同构且具有有限的能源; (3)网络中所有节点具有相同的起始能量;
(4)节点是静止的; (5)节点总是有数据要发送; (6)节点可感知它的剩余能量,并能改变发射功率。
LEACH的能量模型
❖ 无线能量模型根据发送节点和接收节点的距离d 分为自由空间( Free Space, Fs)模型和多路径 衰减(Multipath,MP)模型,式(2)为发送kbit数据消
耗的能量, ETXelec为射频电路消耗的能量， fs 、mp 分别为两种信道模型下功率放大所需能量, d是0 决定哪种模型的阈值,它由式(3)确定
（2）
❖ 式（3）为接收l bit消耗的能量,全部是射频电路
消耗: ERs k ERxelec k kEelec
（3）
d0
16 2 L hr2 ht2 2
图2 网络中第一个节点死亡时间图
LEACH算法存在的问 题 ❖ 与一般的平面多跳路由算法和静态聚类算法相
点在当选簇头后，需要发布消息告知其它节点自己是簇头。 非簇头的节点根据接受信号的强度来选择它要加入的簇，并
通知相应的簇头。
❖ 最后簇头产生一个TDMA（Time Division Multiple Access）定时消息，并且通知簇内 节点。当簇内节点收到TDMA 同步消息后， 它们将在各自的时间段内发送数据，在时段 外是进入睡眠状态。
基于无线传感器网络的LEACH 算法
引言 无线传感网络的应用 为什么采用基于分簇的路由算法 簇的建立和数据传输 LEACH的网络模型和能量模型 LEACH仿真实验 LEACH算法存在的问题
引言
❖ 无线传感器网络(WSN)是由大量无处不 在的、具有通信与计算能力的微小传感器节 点密集布设在无人值守的监控区域而构成的 能够根据环境自主完成指定任务的“智能” 自治测控网络系统。
LEACH仿真实验
❖ 本文利用NS2软件对LEACH算法进行大量的仿 真实验，仿真实验环境参数设置如表1所示。文献 【1】指出：当簇头结点个数比例为3%到5%时，网 络可以达到能量最优的使用情况。这里我们选择动 态确定的簇头结点个数，规定每轮循环中簇头节点 的个数为当前存活节点个数的4%。
图1 网络生命周期
❖ 传感器节点通常使用容量有限、不可更换的 电源，节点的计算、通信、存储能力也非常 有限，这就要求WSN路由协议必须以节约能 源为主要目标，最大限度地延长网络生存时 间。
无线传感网络的应用
❖ 在许多大规模WSN远程监控应用中，传感器 需要将采集到的声音、振动等数据以无线多 跳的通信方式传送到远程基站(BS)以便实现 进一步的分析和处理．同时，BS的控制信息 也通过节点间的协同交互传递到指定区域。