精品文档-无线传感器网络技术原理及应用-第8章
无线传感器网络技术及应用(图文 (8)
第8章 无线传感器网络拓扑控制与覆盖技术
2) 功率控制对网络连通性和拓扑结构的影响 网络的连通性和拓扑结构均与发射功率的大小有关。节点的 发射功率过低，会使部分节点无法建立通信连接，造成网络的割 裂；而发送功率过大，虽然保证了网络的连通，但会导致网络的 竞争强度增大，从而使得网络不仅在节点发射功率上消耗过多的 能量，还会因为高竞争强度导致的数据丢包或重传造成网络整体 能耗增加及性能降低。网络中的节点可通过功率控制和骨干网络 节点选择，剔除节点之间不必要的通信链路，形成一个数据转发 的优化网络结构，或者在满足网络连通度的前提下，选择节点最 优的单跳可达邻居数目。通过功率控制技术来调控网络的拓扑特 性，主要就是通过寻求最优的传送功率及相应的控制策略，在保 证网络通信连通的同时优化拓扑结构，从而达到满足网络应用相 关性能的要求。
(4) 算法的分布式程度。在无线传感器网络中，一般情 况下是不设置认证中心的，传感器节点只能依据自身从网络 中收集的信息做出决策。另外，任何一种涉及节点间同步的 通信协议都有建立通信的开销。显然，若节点能够了解全局 拓扑和传感器网络中所有节点的能量，就能做出最优的决策； 若不计同步消息的开销，得到的就是最优的性能。但是，若 所有节点都要了解全局信息，则同步消息产生的开销要多于 数据消息，这将导致网络系统开销大大增加，从而使得网络 的生存期缩短。
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第8章 无线传感器网络拓扑控制与覆盖技术
8.1.4 功率控制技术 目前，拓扑控制主要是功率控制和睡眠调度。所谓功率控制，
就是为传感器节点选择合适的发射功率；所谓睡眠调度，就是控 制传感器节点在工作状态和睡眠状态之间的转换。
功率控制对无线自组织网络的性能影响主要表现在以下五个 方面：
1) 功率控制对网络能量有效性的影响 功率控制对网络能量有效性的影响包括降低节点发射功耗和 减少网络整体能量消耗。在节点分组传递过程中，功率控制可以 通过信道估计或反馈控制信息，在保证信道连通的条件下策略性 地降低发射功率的富余量，从而减少发射端节点的能量消耗。随 着发送端节点发射功率的降低，其所能影响到的邻居节点数量也 随之减少，节省了网络中与此次通信不相关节点的接收能量消耗， 达到了减少网络整体能量消耗的目的。
无线传感器网络的原理与应用
无线传感器网络的原理与应用无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量分布式传感器节点组成的网络系统。
每个传感器节点都可以进行感知、处理和通信，并且能够自组织成网络。
无线传感器网络可以用于各种应用领域，如环境监测、智能交通、军事侦察等。
本文将介绍无线传感器网络的原理和应用。
无线传感器网络由若干个传感器节点组成，每个节点都具备感知、处理和通信的能力。
节点之间通过无线传输技术进行通信，并且通过自组织的方式构建网络结构。
节点可以将感知到的数据发送给周围的节点，最终传输到网络的中心节点或远程服务器进行处理和分析。
1.传感器节点：每个传感器节点都包含传感器、处理器、无线模块和电源。
传感器用于感知环境信息，处理器用于处理数据，无线模块用于通信，电源用于供电。
2. 网络通信：传感器节点之间通过无线通信方式进行信息交换，可以使用WiFi、蓝牙、ZigBee等无线通信技术。
3.网络拓扑：无线传感器网络可以形成多种网络拓扑结构，如星形、树形、网状等。
不同的拓扑结构适用于不同的应用场景。
4.数据处理：传感器节点可以对收集到的数据进行本地处理和分析，也可以将数据发送到网络中心节点或远程服务器进行更复杂的处理和分析。
1.环境监测：无线传感器网络可以用于环境监测，如温度、湿度、气体浓度等。
通过大量的传感器节点分布在不同的地点，可以实时监测环境变化并及时采取相应的措施。
2.智能交通：无线传感器网络可以用于智能交通系统，实时监测交通流量、车速等信息，优化交通路线，减少交通拥堵和事故发生。
3.农业监测：无线传感器网络可以用于农业监测，如土壤湿度、光照强度、气候条件等。
通过监测农田条件，可以进行精细化管理，提高农作物产量和质量。
4.物流管理：无线传感器网络可以用于物流管理，实时监测货物的位置、温度、湿度等信息，确保货物的安全和质量。
5.智能家居：无线传感器网络可以用于智能家居系统，实现对家庭设备和环境的智能化控制和管理。
无线传感器网络技术的原理与应用场景
无线传感器网络技术的原理与应用场景无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是一种基于无线通信技术和传感器技术相结合的网络系统。
它由大量分布在被监测区域内的节点组成，这些节点能够感知环境中的各种参数，并通过无线通信相互交流。
本文将介绍无线传感器网络技术的基本原理以及其在各种应用场景中的具体应用。
一、无线传感器网络技术的原理1. 无线传感器节点无线传感器节点是无线传感器网络的基本组成单元，它由感知器、处理器、无线通信模块和能源供应组成。
感知器用于感知环境中的参数，如温度、湿度、压力等。
处理器用于处理收集到的数据，并根据需要做出相应的响应。
无线通信模块则实现了节点之间的通信功能。
能源供应通常采用电池等，因此节点的能耗是无线传感器网络中需要考虑的重要问题之一。
2. 网络拓扑结构无线传感器网络中常见的网络拓扑结构包括星形网络、网状网络和混合网络。
星形网络中，所有的节点都与一个中心节点相连接；网状网络中，各个节点之间可以相互连接；混合网络则是以上两种拓扑结构的结合。
不同的拓扑结构适用于不同的应用场景，选择合适的拓扑结构能够提高整个网络的性能。
3. 无线传感器网络通信协议无线传感器网络的通信协议对于整个网络的性能起着至关重要的作用。
常用的无线传感器网络协议包括数据链路层协议、网络层协议和传输层协议。
数据链路层协议负责节点之间的数据传输，如低功耗无线个人局域网（Low power Wireless Personal Area Network，LW-PAN）；网络层协议负责路由选择和数据转发，如自组网协议（Ad hoc Networking Protocol，ANP）；传输层协议则负责数据的可靠传输，如传感器传输控制协议（Sensor Transmission Control Protocol，STCP）。
二、无线传感器网络的应用场景无线传感器网络技术在各个领域中都有广泛的应用场景。
无线传感器网络的基本原理与应用介绍
无线传感器网络的基本原理与应用介绍无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种由大量分布式无线传感器节点组成的网络系统，用于收集、处理和传输环境中的信息。
它是物联网的关键组成部分，具有广泛的应用前景。
本文将介绍无线传感器网络的基本原理和一些典型的应用场景。
一、无线传感器网络的基本原理无线传感器网络由大量的无线传感器节点组成，每个节点都具有感知、通信和计算能力。
这些节点可以感知环境中的各种参数，如温度、湿度、光照强度等，并将这些信息通过无线通信传输给其他节点或基站。
无线传感器网络的基本原理包括以下几个方面：1. 节点通信：无线传感器节点之间通过无线信号进行通信，可以采用无线电波、红外线等不同的通信方式。
节点之间可以进行直接通信，也可以通过中继节点进行中转。
2. 路由协议：无线传感器网络中的节点通常是分布在广阔的区域内，节点之间的通信需要经过多跳传输。
为了有效地传输数据，需要设计合适的路由协议，使数据能够通过最优的路径传输到目的节点。
3. 能量管理：无线传感器节点通常由电池供电，能源是限制无线传感器网络寿命的重要因素。
因此，节点需要采取一系列的能量管理策略，如休眠、功率控制等，以延长网络的寿命。
二、无线传感器网络的应用场景无线传感器网络具有广泛的应用场景，下面介绍几个典型的应用场景。
1. 环境监测：无线传感器网络可以用于环境监测，如空气质量监测、水质监测等。
通过部署大量的传感器节点，可以实时监测环境中的各种参数，并及时采取相应的措施。
2. 物流管理：无线传感器网络可以用于物流管理，如货物追踪、温湿度监测等。
通过在货物上部署传感器节点，可以实时监测货物的位置和状态，提高物流的效率和安全性。
3. 农业监测：无线传感器网络可以用于农业监测，如土壤湿度监测、气象监测等。
通过在农田中部署传感器节点，可以实时监测农作物的生长环境，为农民提供科学的种植指导。
4. 健康监护：无线传感器网络可以用于健康监护，如老人健康监测、病人生命体征监测等。
无线传感器网络原理及应用
无线传感器网络原理及应用
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一种自组织、自适应的网络系统。
每个节点都具备感知环境、处理数据和通信的能力。
无线传感器网络凭借其低成本、低功耗、灵活部署等优势，被广泛应用于各个领域。
无线传感器网络的工作原理如下：首先，各个节点通过无线通信互相连接，形成一个多层次的网络结构。
每个节点负责采集周围环境的信息，如温度、湿度、压力等，借助内置的处理器对数据进行处理和分析。
然后，节点将处理后的数据通过无线传输协议发送给周围的节点，通过多跳路由的方式最终传输到目标节点中。
目标节点接收到数据后，可以进行进一步的处理或者发送给其他外部系统进行分析和应用。
无线传感器网络有着广泛的应用。
在环境监测方面，可以用于气象预报、水质检测、大气污染监测等。
在农业领域，可以用于土壤监测、作物生长状况监测、灌溉控制等。
在智能交通领域，可以用于交通流量监测、智能交通信号控制等。
此外，无线传感器网络还应用于工业自动化、健康监测、安全监控等多个领域，为各个行业提供了大量的实时数据，帮助我们更好地了解和管理环境。
总之，无线传感器网络通过节点互相通信、数据采集和处理，构建了一个分布式的网络系统，具备广泛的应用前景。
通过无线传感器网络，我们可以实时获取环境信息，提高生产效率，
改善资源利用效率，为各个行业的发展和可持续发展贡献一份力量。
无线传感器网络技术与应用
无线传感器网络技术与应用无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）是一种由大量分布式传感器节点组成的网络系统，能够感知、采集和传输环境中的各种物理量和信息。
它具有自组织、自协调、实时性、低功耗等特点，广泛应用于农业、环境监测、智能家居、工业控制等领域。
本文将详细介绍无线传感器网络技术的原理、组成和应用，并探讨其在不同领域中的具体应用案例。
一、无线传感器网络的原理和组成1. 传感器节点传感器节点是无线传感器网络的基本组成单元，包括传感器、处理器、无线通信模块和电源等组件。
传感器节点负责采集周围环境的物理量，如温度、湿度、光照强度等，然后通过无线通信模块将采集到的数据传输给相邻节点。
2. 网络拓扑无线传感器网络的节点组织形式可以采用不同的拓扑结构，如星型、树状、网状等。
拓扑结构的选择取决于具体应用的需求和网络规模。
例如，星型拓扑适用于小范围的传感器网络，而网状拓扑则适用于大范围的传感器网络。
3. 路由协议路由协议是控制数据包的传输路径的规则和算法，保证数据能够有效地从源节点传输到目标节点。
常用的路由协议有LEACH、TEEN、PEGASIS等。
这些路由协议根据节点的能量消耗、网络拓扑结构和数据传输的延迟等因素进行优化，以实现高效的数据传输。
二、无线传感器网络的应用案例1. 农业领域在农业领域中，无线传感器网络被广泛应用于土壤监测、气象监测和农作物生长监测等方面。
通过部署大量的传感器节点，可以实时地监测土壤的湿度、温度和养分含量，帮助农民合理施肥和灌溉，提高农作物的产量和质量。
2. 环境监测无线传感器网络在环境监测领域发挥着重要作用。
通过将传感器节点部署在城市和工业区域，可以实时监测空气污染物的浓度、水质的污染程度和噪音水平。
这些数据可以提供给相关部门，帮助他们制定环境管理政策和改善环境质量。
3. 智能家居无线传感器网络可以实现智能家居系统的自动化管理。
通过将传感器节点部署在家庭中的各个角落，可以感知家庭的温度、湿度、照明等信息，并根据家庭成员的需求自动调节空调、照明和安防系统。
无线传感器网络的技术原理与应用
无线传感器网络的技术原理与应用随着科技的不断发展，无线传感器网络作为一种新型的网络形式，逐渐受到了越来越多人的关注和认可。
本文将介绍无线传感器网络的技术原理和应用领域，以期帮助读者更好地了解该网络的特点和作用。
一、技术原理1.网络拓扑结构无线传感器网络的拓扑结构多种多样，常见的有星形、树形、网状等。
其中，星形结构最为简单，由一个中心节点和多个传感器节点组成；树形结构则由一个根节点和多个子节点构成；网状结构是一种典型的分布式结构，节点之间相互连接，构成一个无限循环的网络。
2.数据传输协议无线传感器网络的数据传输协议是一种特殊的协议，其目的是保证网络的高效性、可靠性和安全性。
常见的数据传输协议有LEACH、PEGASIS、TEEN等。
LEACH协议采用分簇的方式，通过轮流选举簇头节点，降低了节点的功耗；PEGASIS协议则采用链式传输的方式，将所有节点连接成一个无限循环的链，降低了能耗；TEEN协议则是一种基于事件触发的协议，只有在特定事件发生时才会向服务器传输数据。
3.能量管理技术无线传感器网络由于节点数量众多，分布范围广泛，能源问题一直是其面临的难题。
为了保证节点的长期运行，需要采用能量管理技术，包括低功耗模式、动态功率管理、能源异构化等。
低功耗模式是一种将节点置于休眠状态的方法，可以降低节点的能耗；动态功率管理是根据节点当前功耗的大小来动态调整电压和频率，以降低节点的功耗；能源异构化则是指将不同能量来源的节点耦合在一起，形成复杂的能源网络。
二、应用领域1.环境监测无线传感器网络可以用于环境监测领域，通过节点采集环境数据并传输到服务器，实现对环境的实时监测。
环境监测的应用场景包括大气监测、水质监测、噪音监测等。
通过无线传感器网络可以实现对环境的全面监测，发现环境问题并及时处理。
2.智能家居无线传感器网络可以用于智能家居领域，实现家居设备的联网和智能化控制。
通过将传感器节点安装在家居设备上，可以实现家居设备之间的互联，使得家居管理更加智能化和便捷。
无线传感器网络技术与应用
无线传感器网络技术与应用无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是一种由成百上千个分布在广阔空间中的传感器节点构成的网络系统。
每个传感器节点都能够感知环境中的物理信息，并将其通过网络传输到中心节点进行处理和分析。
随着物联网的快速发展，无线传感器网络技术也得到了广泛应用。
本文将探讨无线传感器网络技术的原理、应用领域以及未来发展趋势。
一、无线传感器网络技术的原理无线传感器网络由若干个传感器节点、中心节点和通信网络组成。
每个传感器节点包含感知单元、处理单元、存储单元和通信单元等关键组成部分。
感知单元负责采集环境信息，处理单元对采集到的数据进行处理和分析，存储单元用于存储数据，通信单元负责与其他节点进行通信。
传感器节点通过无线通信技术将感知到的数据传输到中心节点。
无线传感器网络采用自组织、分散式的工作方式，节点之间通过多跳通信建立起网络连接，中心节点负责整合和管理传感器节点上传的数据。
二、无线传感器网络的应用领域无线传感器网络技术在众多领域中都有广泛的应用。
以下介绍几个典型的应用领域：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。
在环境保护和生态研究中，可以通过部署大量的传感器节点来监测自然环境的变化，并为科研人员提供准确的数据支持。
2. 智能交通无线传感器网络可以应用于智能交通系统中，实时收集道路交通信息，如车流量、车速等，并通过智能算法做出交通调度和路况预测，提高交通效率和安全性。
3. 农业领域无线传感器网络可以帮助农业生产实现智能化管理。
通过监测土壤湿度、光照强度等关键参数，可以精确地调整灌溉和施肥措施，提高农作物产量和质量。
4. 工业自动化无线传感器网络在工业自动化中起到关键作用。
通过在工厂内部部署大量传感器节点，可以实时监测设备运行状态、温度、压力等参数，及时预警并防止潜在故障，提高生产效率和安全性。
五、无线传感器网络技术的未来发展趋势无线传感器网络技术在未来将继续迎来新的发展机遇和挑战。
第8章 无线传感器网络在军事上的应用
第8章 无线传感器网络在军事上的应用
当代的军事侦察卫星,是一双真正的千里眼,其主要优势 包括以下几个方面。
(1)运行速度快。 (2)辐射范围广。 (3)限制条件少。
第8章 无线传感器网络在军事上的应用
2.军事通信卫星 军事通信卫星是配置在空间无线电通信站、担负各种通 信任务的人造地球卫星,具有通信距离远、容量大、质量好、 可靠性高、保密性强、生存能力强、灵活机动等特点。战术 卫星是军事通信卫星的典型代表,是指在战场或作战区域中, 直接用于军事行动指挥控制的卫星通信装备、服务和程序。
第8章 无线传感器网络在军事上的应用
(7)武器发射控制。 武器发射控制的目的是控制武器到达正确的射击位置, 并按照预定的方式进行射击。通常会采用液压式或机电式随 动系统控制武器的射角、方位角与引信分划等射击诸元,使 之与火控计算机的输出值一致。当武器与运载体完全或部分 固连时,某些大口径自行火炮的方位角则同车体保持一致,此 时火控计算机的输出信息应传送给自动控制机构,驱动运载 体按照能够使弹头命中目标的方向运动。
第8章 无线传感器网络在军事上的应用
全球定位系统(GPS)技术的成熟和广泛应用使得对网络 节点位置信息的感知成为可能。通常会设定一些条件和前提 来降低节点定位技术的研究难度,比如节点具有测量与相邻 节点间距离的能力,节点不具有自主移动能力;或者如果有一 定比例的节点,其位置已知或者具有 GPS定位功能,那么这些 节点就可以作为定位的参考点;等等。但需要说明的是,在无 线传感器网络中,并不需要为所有节点配备 GPS接收装置,这 是因为一方面节点一般是廉价的,而 GPS接收装置的成本较 高;另一方面 GPS对使用环境有一定的限制,在水下、建筑物 等环境中不能直接使用。
(1)直升机障碍物规避激光雷达。 (2)化学战剂探测激光雷达。 (3)机载海洋激光雷达。 (4)成像激光雷达。
无线传感器网络的工作原理与应用
无线传感器网络的工作原理与应用无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是指由大量分布在被监测区域内的微型传感器节点组成的一种网络。
这些传感器节点能够自组织地进行通信和数据传输，完成对环境的感知和信息采集。
然后再将采集到的数据通过通信网络传送至数据处理中心进行分析和应用。
无线传感器网络可以广泛应用于环境监测、智能交通、农业、医疗等领域。
一、无线传感器网络的工作原理1. 传感器节点：每个传感器节点由传感器、处理器、无线通信模块和能量供应组成。
2. 网络组织：传感器节点根据一定的规则自组织成无线传感器网络，通过无线通信模块进行数据传输。
3. 数据传输：传感器节点通过多跳方式将数据传输至汇聚节点，然后通过传输链路将数据发送至数据处理中心。
4. 数据处理：数据处理中心对接收到的数据进行分析、存储和应用。
二、无线传感器网络的应用1. 环境监测：通过分布在被监测区域内的传感器节点，监测环境中的温度、湿度、光照等参数，实现对环境的实时监测和预警。
2. 智能交通：利用传感器节点监测路况、交通信号等信息，实现交通的智能调度和管理，提升交通效率和安全性。
3. 农业应用：使用传感器节点实时监测土壤温度、湿度，气象参数等信息，辅助农民进行科学农业生产管理。
4. 医疗领域：通过植入或佩戴传感器节点，对患者的生理参数等进行监测，实现对患者的远程监护和健康管理。
三、无线传感器网络的应用步骤1. 网络规划：根据应用需求和环境特点，确定传感器节点的布局和数量。
2. 传感器节点的部署：按照规划，将传感器节点部署在被监测区域内，保证节点之间的覆盖且能够互相通信。
3. 数据采集和处理：传感器节点负责采集环境信息，并通过无线通信模块将数据传输至汇聚节点。
4. 数据传输和存储：汇聚节点将接收到的数据通过传输链路传送至数据处理中心，并进行存储和备份。
5. 数据分析和应用：数据处理中心对接收到的数据进行分析，并做出相应的决策或提供相关的服务。
无线传感器网络：原理与应用案例
无线传感器网络：原理与应用案例无线传感器网络（Wireless Sensor Networks, WSN）是由大量分布在广泛的地理区域中的无线传感器节点组成的一种特殊网络。
每个传感器节点都能够感知环境中的各种物理量，并将这些数据传输到具有处理和存储功能的基站。
无线传感器网络在农业、环境监测、智能交通、工业控制等领域有着广泛的应用。
本文将介绍无线传感器网络的原理并给出一些应用案例。
一、无线传感器网络的原理1. 无线传感器节点- 无线传感器节点由传感器、处理器、通信模块组成。
传感器负责感知环境中的物理量，如温度、湿度、压力等；处理器负责处理传感器数据并进行有关算法运算；通信模块负责将处理后的数据传输到基站。
- 无线传感器节点通过自组织的方式形成网络，邻近节点之间可以进行通信与数据传输。
- 无线传感器网络具有分布广、节点密度大、节约能源等特点。
2. 网络拓扑结构- 无线传感器网络的拓扑结构可以是星状、树状、网状等。
其中，星状结构最常见，由一个或多个基站与多个传感器节点组成。
- 树状结构适用于需要按照一定的层次进行数据传输的场景，如农田监测。
- 网状结构适用于节点之间需要频繁通信的场景，如智能交通领域。
3. 节点通信- 节点之间的通信可以通过无线电波进行。
节点之间使用无线电频率进行数据传输，可以采用广播、单播、多播等方式。
- 无线传感器网络中的节点通信距离通常较短，需要进行多跳传输。
二、无线传感器网络的应用案例1. 农业领域- 无线传感器网络可以用于农田的监测，如土壤湿度、温度、土壤养分浓度等。
通过无线传感器网络，农民可以了解到农田的实时状况，合理调节灌溉、施肥。
- 还可以用于农作物的监测，如监测农作物的生长情况、病虫害的发生情况等。
通过无线传感器网络，农民可以及时采取相应的措施，提高农作物的产量和质量。
2. 环境监测- 无线传感器网络可以用于环境的监测，如空气污染、水质监测等。
通过无线传感器网络，可以实时采集环境中的数据，并进行分析和预警。
无线传感器网络简明教程_第八章
在使用MICA2/MICA2DOT平台时，输入如下完整的命令： PFLAGS=-DCC1K_MANUAL_FREQ=<freq> make <mica2|mica2dot>
8.2 实验内容和步骤
1、安装TinyOS (1) 下载与安装 TinyOS操作系统有两种安装方式，一种是使用安装 向导自动安装，另一种是全手动安装。不管使用哪种 方式，都需要安装相同的RPM。 RPM就是Reliability Performance Measure，是 广泛使用的用于交付开源软件的工具，用户可以轻松 有效地安装或升级RPM打包的产品。
具体的实验目标包括： (1) 掌握安装TinyOS操作系统； (2) 事件驱动的传感器数据获取； (3) 发送与接受消息； (4) PC机显示数据。
4、实验所需软件 操作系统：安装有Cygwin的Windows 2000/XP操作系统，或 者安装有GCC编译器的Linux操作系统。 下载并安装以下软件： ① Cygwin (); ② WinAVR (); ③ nesC (); ④ Java JDK (); ⑤ TinyOS ().
MIB510编程接口板的典型输出如下： $ mib510 make reinstall mica2 installing mica2 binary uisp -dprog=mib510 -dserial=COM1 -dpart=ATmega128 -wr_fuse_e=ff --erase --upload if=build/mica2/main.srec Firmware Version: 2.1 Atmel AVR ATmega128 is found. Uploading: flash Fuse Extended Byte set to 0xff 这时可以知道编程接口板和计算机串口工作正常，然后验证传感器节点
无线传感器网络技术的原理与应用资料
无线传感器网络技术的原理与应用资料无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是一种由大量分散的、具有自主感知、通信和计算能力的传感器节点组成的网络。
这些传感器节点通常通过无线通信方式相互连接，协同工作来获取、处理和传输感知信息。
WSN 自问世以来，得到了广泛的应用和研究。
本文将介绍无线传感器网络技术的原理和应用，并提供相关资料。
一、无线传感器网络技术的原理无线传感器网络技术的原理主要包括传感器节点的工作原理、通信协议和网络拓扑结构。
1. 传感器节点的工作原理传感器节点是无线传感器网络的基本组成单元，它通常由感知模块、处理模块、通信模块和能量模块组成。
感知模块用于感知环境中的物理量或事件，如温度、湿度、光照等；处理模块负责对感知数据进行处理和分析；通信模块用于传输感知数据和接收网络中其他节点的数据；能量模块提供供电功能，常见的供电方式包括电池、太阳能等。
传感器节点通过感知和处理模块的协同工作，将感知数据进行采集和分析，并通过通信模块将数据传输给其他节点或基站。
2. 通信协议无线传感器网络的通信协议是保证节点之间进行有效通信的基础。
常见的通信协议包括路由协议、传输协议和网络协议等。
路由协议用于确定数据在网络中的传输路径，常见的路由协议有LEACH、AODV等；传输协议负责传输数据包，常见的传输协议有TCP、UDP等；网络协议定义了节点之间通信的规则和标准，常见的网络协议有IPv6、6LoWPAN等。
这些协议的设计旨在提高网络的可靠性、稳定性和能耗效率。
3. 网络拓扑结构无线传感器网络的网络拓扑结构决定了节点之间通信的方式和效率。
常见的网络拓扑结构包括星型、树形、网状等。
星型拓扑结构中，所有的传感器节点都直接连接到一个中心节点，中心节点负责接收和处理来自其他节点的数据；树形拓扑结构中，节点之间形成父子关系，数据从根节点通过树状结构向下传输；网状拓扑结构中，节点之间可以直接相互通信，数据传输路径更加灵活。
无线传感器网络的基本原理与应用
无线传感器网络的基本原理与应用无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种由大量分布式无线传感器节点组成的网络系统，用于采集、处理和传输环境中的物理或化学信息。
它具有自组织、自适应和自修复等特点，被广泛应用于环境监测、智能交通、农业、医疗等领域。
一、无线传感器网络的基本原理无线传感器网络的基本原理是通过无线传感器节点实现信息的采集、处理和传输。
每个传感器节点由传感器、处理器、通信模块和能量供应组成。
传感器负责采集环境中的信息，如温度、湿度、光照等；处理器对采集到的信息进行处理和分析；通信模块实现节点之间的通信；能量供应保证节点的正常运行。
无线传感器网络中的节点通常采用分布式部署方式，节点之间通过无线通信进行数据传输。
节点可以自主选择合适的传输路径，并通过多跳传输实现数据的传输。
由于传感器节点数量众多，节点之间的通信距离有限，因此需要利用多跳传输来实现全局通信。
二、无线传感器网络的应用1. 环境监测无线传感器网络在环境监测领域具有广泛应用。
通过在大面积范围内部署传感器节点，可以实时监测环境中的温度、湿度、空气质量等参数。
这些数据可以帮助环境保护部门进行环境评估和污染控制，提高环境监测的效率和准确性。
2. 智能交通无线传感器网络在智能交通系统中起到重要作用。
通过在道路上部署传感器节点，可以实时监测交通流量、车辆速度等信息，并将这些信息传输到交通管理中心。
交通管理中心可以根据这些数据进行交通信号控制和路况预测，提高交通系统的效率和安全性。
3. 农业无线传感器网络在农业领域的应用越来越广泛。
通过在农田中部署传感器节点，可以实时监测土壤湿度、温度等参数，帮助农民合理管理灌溉和施肥。
此外，还可以监测农作物的生长情况，提供农民决策支持，提高农业生产的效益和可持续性。
4. 医疗无线传感器网络在医疗领域的应用也非常广泛。
通过在医院或患者身上部署传感器节点，可以实时监测患者的生命体征，如心率、血压等。
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。
无线传感器网络技术的原理与应用场景
无线传感器网络技术的原理与应用场景无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种由大量分布式、自组织的无线传感器节点组成的网络系统，具备自主收集、处理和传输环境信息的能力。
它被广泛应用于环境监测、智能农业、智能交通、医疗健康等领域。
本文将围绕无线传感器网络技术的原理和应用场景展开阐述。
一、无线传感器网络的原理1. 无线传感器节点无线传感器节点是无线传感器网络的基本组成单元。
每个节点都包含传感器、处理器、无线通信模块和能源单元。
传感器负责感知环境信息，处理器负责对采集的数据进行处理和分析，无线通信模块负责与其他节点进行数据交换，而能源单元则提供节点运行所需的电力。
2. 自组织和自适应无线传感器网络具备自组织和自适应的特性。
节点之间可以根据网络拓扑结构和数据流量的变化进行自组织调整，形成一个适应性强、高度自适应的网络系统。
自组织和自适应的特性使得无线传感器网络具备较强的灵活性和可靠性，能够在环境变化和节点故障的情况下保持高效运行。
3. 数据收集和传输无线传感器网络通过节点之间的无线通信实现数据的收集和传输。
节点采集到的环境数据经过处理和压缩后，通过多跳传输的方式传送到目标节点。
数据传输过程中需要考虑能耗、信号传输距离和网络拓扑等因素，以保证数据的可靠性和能效性。
4. 路由协议在无线传感器网络中，节点之间的通信需要依靠路由协议进行数据包的转发和传输。
常见的路由协议有多跳路由协议、单跳路由协议和洪泛路由协议等。
不同的路由协议适用于不同的网络场景和应用需求，能够实现高效的数据传输和路由选择。
二、无线传感器网络的应用场景1. 环境监测无线传感器网络广泛应用于环境监测领域。
通过在大面积区域部署传感器节点，实时监测大气、土壤、水域等环境要素的数据，包括温度、湿度、光照强度等，从而提供环境质量评估和预警，为环境保护和资源管理提供科学依据。
2. 智能农业无线传感器网络技术在农业领域的应用也非常广泛。
无线传感器网络的原理与应用
无线传感器网络的原理与应用无线传感器网络是由大量的无线传感器节点组成的自组织网络。
每个节点都能够感知周围环境，并将感知到的信息传输给其他节点。
无线传感器网络在各种领域都有广泛的应用，包括环境监测、智能交通、农业、医疗等。
本文将从无线传感器网络的原理和应用两个方面进行阐述。
一、无线传感器网络的原理无线传感器网络的原理主要包括以下几个方面：1. 节点感知：无线传感器节点通过内置的传感器来感知周围环境，如温度、湿度、光照等。
感知到的数据会被节点处理和存储。
2. 无线通信：每个节点都配备了无线通信模块，可以通过无线信道与其他节点通信。
节点之间可以通过直接通信或多跳通信的方式进行数据传输。
3. 数据处理与存储：无线传感器节点会对感知到的数据进行处理、压缩和编码，然后存储在自身的内存中，以便后续的传输和分析。
4. 路由与协调：无线传感器网络中存在着大量的节点，节点之间需要通过路由算法进行有效的数据传输。
协调节点负责网络拓扑管理、节点调度和能量管理等任务。
5. 能量管理：无线传感器节点通常通过电池供电，能量是其工作的重要保障。
因此，合理的能量管理策略对于延长网络的生命周期至关重要。
二、无线传感器网络的应用无线传感器网络具有灵活部署、实时采集和分布式处理等特点，因此在许多领域都有广泛的应用，下面列举几个典型的应用场景：1. 环境监测：无线传感器网络可以用于实时监测环境因素，如空气质量、水质污染等。
通过节点之间的通信，可以及时预警和监控环境异常情况。
2. 智能交通：无线传感器网络可以应用于智能交通系统，用于实时监测交通流量、车辆速度等信息。
通过数据的分析和处理，可以提供实时的交通状况并进行智能调度。
3. 农业：无线传感器网络可以应用于农业领域，实时监测土壤湿度、作物生长等信息，提供农民科学的决策支持。
4. 医疗：无线传感器网络可以应用于医疗监护系统中，实时监测患者的生命体征，如心率、血压等。
通过及时传输数据，医护人员可以做出快速反应。
无线传感器网络技术原理及应用
无线传感器网络技术原理及应用
无线传感器网络技术原理及应用
一、无线传感器网络（WSN）技术原理
1. 无线传感器网络定义：无线传感器网络是一系列称为节点（node）的可编程的小型设备，它们可以相互通信来收集、处理、存储和分析任务相关的数据。
这些节点彼此之间以无线的方式连接，通常情况下不需要任何的基础设施支持，无线传感器网络可以实现在任何时间任何地点的应用。
2. 传感器节点组成部件：传感器节点是基于特定地理位置上的一种带有传感器、处理器、存储和无线通信接口的设备。
它们一般由下述组成部件组成：传感器用来捕捉外界环境的信息，处理器用来处理它获取的信息，存储器用来存储接收到的数据，通信口用来与其他节点以及后端的服务器之间进行无线通信。
3. 无线传感器网络通信技术：主要包括实时中继、多跳通信、轮询和类蜂窝网络等。
二、无线传感器网络（WSN）应用
1. 无线传感器网络技术可支持环境监测：可以收集环境中的各种数据，帮助识别出环境中的各种现象，并有效预测出环境中的潜在问题。
这
些应用包括了空气污染、水质检测、有害物检测、地形分析以及农业
监测等。
2. 无线传感器网络技术可支持资源监测：可以用来监测和分析各种客
观资源信息，以此保证客观数据准确、及时和有效地传输到相关系统，进而有效应对各种突发环境。
这些应用包括了农业和森林火灾检测、
路面状况管理、运输路线管理和震动监测等。
3. 无线传感器网络技术可支持社会安防：可以支持城市安全、防犯、
防火、防洪等任务，实现智能监控和地理围栏报警，及时发现犯罪活动、自然灾害等，从而确保城市安全。
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第四代移动通信技术又称4G，是集3G与WLAN于一体并能 够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度不相上 下的技术产品。4G系统能够以100 Mb/s的速度下载，比拨号 上网要快，上传速度可以达到20 Mb/s，能够满足几乎所有用 户对于无线服务的要求。
蜂窝通信技术发展历程经历了1G、2G、3G和4G，如图8-1 所示。
SS7(Signaling System 7，信令系统#7)是定义的一组电 信协议，主要用于为电话公司提供局间信令，SS7采用公共信 道信令技术，为信令服务提供商提供独立的分组交换网络。
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8.3 GPRS技术
GPRS(General Packet Radio Service，通用分组业务) 是在现有的GSM移动通信基础上发展起来的一种移动分组数据 业务，是第二代移动通信到第三代移动通信的过渡。
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维护特定区域内所有通信硬件和网络操作。 管理所有收费过程。 管理系统中的所有移动设备。 在每个GSM系统中，每一个任务都有一个特定的操作维护 中心。操作维护中心负责调整所有基站参数和计费过程，同 时为系统操作者提供一定的功能来确定系统中每一个移动设 备的性能和完整性。
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8.2.3 无线接口 GSM系统的无线接口框图如图8-3所示。 图中Abis接口定义为基站子系统的两个功能实体基站控
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8.2 GSM移动通信
GSM(Global System for Mobiles，全球数字移动通信系 统)是由欧洲主要电信运营商和设备制造厂家组成的标准化委 员会设计出来的，它是在蜂窝系统的基础上发展而成的。
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8.2.1 概述 GSM是第二代蜂窝系统的标准，它是为解决欧洲第一代蜂
窝系统四分五裂的状态而发展起来的。GSM是世界上第一个对 数字调制、网络层结构和业务进行规定的蜂窝系统。
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8.3.1 概述 1. GPRS的产生与发展 GPRS是一种以全球手机系统(GSM)为基础的数据传输技术，
是GSM的延续。GPRS通过在GSM数字移动通信网络中引入分组 交换的功能实体，以完成用分组方式进行的数据传输。它突 破了GSM网只能提供电路交换的思维方式，只通过增加相应的 功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换。 GPRS具有以下特点：
短消息业务也可用于安全和咨询业务，例如：在接受范围内， 向所有GSM用户广播交通或气象信息。
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8.2.2 网络结构 GSM系统网络结构主要包括三个相关的子系统，这些子系
统通过一定的网络接口互相连接，并与用户相连。它们是基 站子系统(BSS)、网络子系统(NSS)和操作支持子系统(OSS)。 移动台(MS)也是一个子系统，通常被认为是基站子系统的一 部分。
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8.1.1 概念 蜂窝移动通信是采用蜂窝无线组网方式，在终端和网络
设备之间通过无线通道连接起来，进而实现用户在活动中可 以互相通信。其主要特征是终端的移动性，并具有越区切换 和跨本地网自动漫游的功能。
常见的蜂窝移动通信系统按照功能的不同分为三类：宏 蜂窝、微蜂窝和智能蜂窝。
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传统的蜂窝式网络由宏蜂窝小区构成，每小区的覆盖半 径大多为1～25 km，基站天线较高，间距较大。因为小区的 覆盖面积较大，覆盖区域内存在两种特殊的微小区域：“盲 区”和“忙区”。“盲区”是指电波在传播过程中遇到障碍 物而引起的阴影区域。“忙区”是指由于小区内话务分配不 均匀，从而形成若干特别繁忙的地区。微蜂窝和智能蜂窝用 来解决“盲区”和“忙区”。
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移动电话系统是第一种具有随时随地通信能力的大容量的蜂 窝移动通信系统。它采用频率复合技术，可பைடு நூலகம்保证移动终端 在整个服务区域内自动接入公用电话网，具有更大的容量和 更好的语音质量，很好地解决了公用移动通信系统所面临的 大容量要求与频谱资源限制的矛盾。
第二代移动通信技术又称2G，一般定义为无法直接传送 电子邮件、软件等信息，只具有通话和传送一些如时间日期 等信息的手机通信规格。2G技术分为两种：一是基于TDMA发 展而来的以GSM为代表的规格；一是基于CDMA复用形式的一种 规格。
13 图8-1 蜂窝移动技术发展历程
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上述四代蜂窝移动通信的主要特点(区别)如下： 1G的主要贡献是引入了蜂窝的概念，通过采用频率合成 技术使容量大大提高。语音业务是其唯一业务。 2G虽然仍定位于语音业务，但开始引进数据业务，更重 要的是引入数字技术，在欧洲形成了统一标准，国际漫游的 范围扩大了。 3G定位于多媒体IP业务，传输容量变大，灵活性更高。 4G将定位于宽带多媒体业务。
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基站控制器经由专用/租用线路或微波链路直接连接到移 动业务交换中心。基站控制器和移动业务交换中心之间的接 口叫做A接口，A接口在GSM中也是标准化接口。A接口定义为 网络子系统与基站子系统间的通信接口。A接口采用SS7协议， 该协议被称为信令修正控制部分，支持移动业务交换中心和 基站子系统之间的通信，也支持个人用户与移动业务交换中 心之间的网络信息。A接口允许业务提供者可以使用不同制造 商提供的基站和交换设备。
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网络交换子系统用来处理外部网络以及位于无线子系统 中基站控制器之间的GSM呼叫交换，同时也负责管理并提供几 个用户数据库的接入。在网络交换子系统中，移动业务交换 中心是中心单元，控制着所有基站控制器之间的业务。网络 交换子系统中有三个不同的数据库：归属位置寄存器、访问 位置寄存器和鉴权中心。
归属位置寄存器包含着每一个相同移动业务交换中心用 户信息和位置信息。在特定GSM系统中，每个用户被分配一个 独有的国际移动用户识别号码，该号码用来区分每一个归属 用户。
GSM业务按ISDN(Integrate Service Digital Networ， 综合业务数字网)的原则可分为电信业务和数据业务。
电信业务：包括标准移动电话业务、移动台发起或基站 发起的业务。
数据业务：包括计算机间通信和分组交换业务。
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从用户的观点来讲，GSM有两个显著特点：第一是用户识 别卡(SIM)，它是一种存储装置，可存储用户识别信息，使用 SIM卡可以用任何GSM手机来通话；第二是空中保密性，系统 提供商提供密码，可以对GSM发射器发送的数据比特流进行加 密，从而实现保密。
1 第8章 蜂窝移动通信
8.1 概述 8.2 GSM移动通信 8.3 GPRS技术 8.4 第三代移动通信 小结
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本章目标 了解蜂窝移动通信概念。 了解GSM通信技术。 掌握GPRS通信技术。 了解第三代移动通信。
3 学习导航
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8.1 概述
由于无线传感器网络覆盖范围比较大，并且可能是一个 远程控制的网络，因此当传感器节点采集到的数据要远程传 送时，比较好的方法是采用蜂窝移动通信技术。蜂窝移动通 信系统是当今社会重要的通信媒体。在全球特别是发展中国 家，移动通信的渗透率不断增长，已经超越了固定通信。
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微蜂窝覆盖半径大约为100～1000 m。基站天线置于相对 低的地方，高于地面5～10 m，无线波束折射、反射、散射于 建筑物间或建筑物内，限制在街道内部。与宏蜂窝相比，微 蜂窝的主要特征为：覆盖范围小；传输功率低；一般安装在 建筑物上，无线传播环境影响较大；体积小，安装方便灵活。
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智能蜂窝是指基站采用具有高分辨阵列信号处理能力的 自适应天线，智能地检测移动台所处的位置，并以一定的方 式将确定的信号功率传递给移动台的蜂窝小区。对于上行链 路而言，采用自适应天线阵接收技术，可以极大地降低多址 干扰，增加系统的容量；对于下行链路而言，则可以将信号 的有效区域控制在移动台附近，半径为100～200 m，利用智 能蜂窝小区的概念进行组网设计，能够显著地提高系统容量、 改善系统性能。
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鉴权中心是一个严格保护的数据库，它处理归属位置寄 存器和访问位置寄存器中每个用户的鉴权和加密。鉴权中心 包含有一个设备识别寄存器，负责识别与保存在归属位置寄 存器和访问位置寄存器中的信息不相符合的识别数据。
操作支持子系统支持一个或者多个操作维护中心，该中 心用于监视和维护GSM系统中每个移动台、基站、基站控制器 和移动业务交换中心的性能。操作支持子系统主要有三个功 能：
补充ISDN业务：本质上是数字业务，它包括呼叫转换、 封闭用户群和呼叫者识别，这些业务在模拟移动网络中是无 法实现的。补充业务还包括短消息业务。该业务允许GSM基站 传送正常语音业务时，可同时传送一定长度的字母数字消息。 短消息业务提供小区广播，它允许GSM基站以连续方式重复传 送字母和数字消息。
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高速数据传输：速度为GSM的10倍，还可以稳定地传送大 容量的高质量音频与视频文件。
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永远在线：由于建立新的连接几乎无需任何时间(即无需 为每次数据的访问建立呼叫系统)，随时都可以与网络保持联 系。
制器和基站收发信台之间的通信接口，用于基站收发信台与 基站控制器的远端互连方式。该接口支持所有向用户提供的 服务，并转发对基站收发信台无线设备的控制和无线频率的 分配。对所有制造商，Abis接口被定义为标准化接口。实际 上，每个GSM基站制造商的Abis接口略有不同。
29 图8-3 GSM系统无线接口框图
GSM按用户业务可以分为以下三大类： 电信业务：包括紧急呼叫和传真。GSM也可提供可视图文 和图文电视业务。
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承载业务或数据业务：所支持的业务包括分组交换协议， 数据速率从300 b/s到9.6 kb/s。数据可以用透明方式传送， 也可以用非透明方式传送。在透明方式下，GSM为用户数据提 供标准信道编码；在非透明方式下，GSM提供基于特定数据接 口的特殊编码功能。
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8.1.2 发展 20世纪70年代中期，伴随着民用移动通信用户数量的增
加，业务范围的扩大，有限的频谱供给与可用频道数要求递 增之间的矛盾日益尖锐。为了更有效地利用有限的频谱资源， 美国贝尔实验室提出了蜂窝组网的理论。
第一代移动通信技术又称1G，它是以模拟技术为基础的 蜂窝无线电话系统。1G天线系统在设计上只能传输语音流量， 并受到网络容量的限制。1G网络的典型代表是移动电话系统。