传感网原理与技术第三章 传感网数据管理
无线传感网络技术及其应用
无线传感网络技术及其应用随着科技的不断发展，无线传感网络技术（Wireless sensor network）已经出现在我们日常生活中的各个领域。
它可以被用于农业、环境、医疗、军事、交通等各种业务和领域，对我们的生产和生活带来了革命性的变化。
一、无线传感网络技术的原理和特点无线传感网络技术是一种分散控制、分布式系统的新型技术，包含了无线通信技术、传感技术、微处理器技术等多种科技手段。
它通过无线传感器节点来进行数据采集、处理、传输等任务，以实现对于物理世界的感知，从而辅助我们的生产、生活等方面。
一般而言，无线传感网络技术可以分为三个层次，即感知层、通信层、网络层。
其中感知层是由传感器节点组成的，用于采集并处理外界的信号；通信层是指利用无线通信技术来实现节点之间的信息交互；网络层则负责对节点所采集的数据进行处理和汇聚，并将数据传输到用户端。
相比于传统感知技术，无线传感网络技术具有以下几个特点：1. 网络范围大：无线传感网络技术可以覆盖范围非常广，从个人的办公室到整个城市都可以实现网络连接。
2. 处理能力强：无线传感网络技术有独特的数据处理能力，在数据采集和传输上有很高的效率，能实时处理复杂的数据。
3. 结构模块化：无线传感网络技术是由多个节点构成的分散控制系统，在实现联网的情况下，这些节点能够适应整个系统的性能。
4. 自组建能力强：无线传感网络技术可以自组建成一个节点网络，基本上不需要人为干预；同时，系统非常灵活，可以根据应用场景和需求来灵活配置节点数量、布置方式和连接方式。
二、无线传感网络技术在农业领域中的应用作为一个生产生活领域，农业生产对运用现代科技领域的需求比较高，随着无线传感网络技术的不断发展，其在农业领域中的应用也越来越广泛。
1. 物联网农业无线传感网络技术的物联网技术是应用于农业系统中的一个重要方面，通过构建物联网农业系统，可实现对于农业生产的全面自动化。
物联网农业系统可以监测农作物的生长状态、土壤的温度、湿度、大气气体成分和光照条件等重要参数，从而进行自动控制灌溉、施肥和杀虫处理等步骤，从而提高农业生产质量和数量。
传感网的数据采集与传输技术解析
传感网的数据采集与传输技术解析随着物联网技术的不断发展，传感网作为物联网的重要组成部分，正扮演着越来越重要的角色。
传感网通过传感器对环境中的各种信息进行采集，并通过各种通信技术将数据传输到云端进行分析和处理。
本文将对传感网的数据采集与传输技术进行解析，探讨其原理和应用。
一、数据采集技术传感网的数据采集是指通过传感器对环境中的各种信息进行感知和采集的过程。
传感器可以感知和测量的信息种类多样，包括温度、湿度、压力、光照强度、声音等。
传感器的种类也非常丰富，如温度传感器、湿度传感器、压力传感器、光照传感器、声音传感器等。
数据采集的过程中，传感器将感知到的信息转化为电信号，并通过模数转换器将模拟信号转化为数字信号。
然后，采集节点将采集到的数据进行处理和存储，以备后续的传输和分析。
数据采集技术的关键在于传感器的选择和部署，以及数据的准确性和可靠性。
二、数据传输技术数据传输是指将采集到的数据从传感器节点传输到云端或其他终端设备的过程。
数据传输技术的选择主要取决于传感网的应用场景和需求。
常见的数据传输技术包括有线传输和无线传输。
有线传输是指通过有线网络将数据传输到云端或其他终端设备。
有线传输的优点是传输稳定可靠，传输速度快，适用于对实时性要求较高的应用场景。
常见的有线传输技术包括以太网、RS485、CAN等。
无线传输是指通过无线网络将数据传输到云端或其他终端设备。
无线传输的优点是灵活性高，适用于分布式传感网和移动传感网的应用场景。
常见的无线传输技术包括Wi-Fi、蓝牙、ZigBee、LoRa等。
在选择数据传输技术时，需要考虑传输距离、传输速度、功耗、安全性等因素。
不同的应用场景可能需要不同的数据传输技术的组合使用，以满足各种需求。
三、数据采集与传输技术的应用传感网的数据采集与传输技术在各个领域都有广泛的应用。
以下是几个典型的应用案例：1. 环境监测：通过传感器采集环境中的温度、湿度、光照等信息，并通过无线传输技术将数据传输到云端，实现对环境的实时监测和分析。
无线传感器网络技术概论课件：无线传感器网络体系结构
无线传感器网络体系结构
2．通信能力的约束 传感器节点的通信能力关系到传感器网络监测区域内节
点部署数量，而制约其通信能力主要有两个参数，即能量损 耗和通信距离，二者之间的关系为
E = kdn
(2-1)
式中，E为传感器节点的通信能量损耗；k为一个常数，
与传感器节点的系统构成有关；d为传感器节点的通信距离；
分别接入TD-SCDMA、GSM核心网、Internet主干网及无线 局域网络等多种类型异构网络，再通过各网络下的基站或主 控设备将传感器信息分发至各终端，以实现针对无线传感器 网络的多网远程监控与调度。同时，处于TD-SCDMA、 GSM、Internet等多类型网络终端的各种应用与业务实体也 将通过各自网络连接相应的无线传感器网络网关，并由此对 相应无线传感器网络节点开展数据查询、任务派发、业务扩 展等多种功能，最终实现无线传感器网络与以移动通信网络、 Internet网络为主的各类型网络的无缝的、泛在的交互。
(2) 汇聚节点：用于连接传感器节点与Internet 等外部网 络的网关，可实现两种协议间的转换；同时能向传感器节点 发布来自管理节点的监测任务，并把WSN收集到的数据转 发到外部网络上。与传感器节点相比，汇聚节点的处理能力、 存储能力和通信能力相对较强。
(3) 管理节点：用于动态地管理整个无线传感器网络， 直接面向用户。所有者通过管理节点访问无线传感器网络的 资源，配置和管理网络，发布监测任务以及收集监测数据。
锁相回路(PLL)、解调器和功率放大器组成，所有的这些组
件都会消耗能量。对于一对收发机来说，数据通信带来的功
耗PC的组成部分可简单地用模型描述为
PC = PO + PTX + PRX
(2-2)
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。
传感网原理
传感网原理传感网是由大量分布在空间中的传感器节点组成的，这些节点能够感知环境中的各种信息，并通过无线通信进行数据传输和处理。
传感网的原理涉及到传感器节点、数据传输、数据处理和应用等方面。
首先，传感网的核心是传感器节点。
传感器节点是传感网的基本组成单元，它包括传感器、处理器、通信模块和能源模块。
传感器用于感知环境中的各种信息，比如温度、湿度、光照、声音等。
处理器用于对传感器采集到的数据进行处理和分析，通信模块用于节点之间的数据传输，而能源模块则提供节点所需的能量。
其次，传感网的数据传输是实现节点之间信息交换的重要手段。
传感网采用无线通信技术进行数据传输，通常包括无线传感器网络（WSN）和无线自组织网络（WAN）。
无线传感器网络是指由大量分布在空间中的传感器节点组成的网络，这些节点通过无线通信进行数据传输；而无线自组织网络是指节点之间通过无线通信自组织形成的网络。
另外，传感网的数据处理是对传感器节点采集到的数据进行处理和分析。
传感网中的数据处理包括数据采集、数据压缩、数据传输、数据存储和数据分析等环节。
传感网通过对采集到的数据进行处理和分析，可以实现对环境信息的感知和理解。
最后，传感网的应用涉及到各个领域，比如环境监测、智能交通、农业生产、医疗健康等。
传感网可以实现对环境信息的实时监测和控制，可以提高资源利用效率，改善生活质量，促进社会经济的可持续发展。
综上所述，传感网是由大量分布在空间中的传感器节点组成的网络，通过无线通信进行数据传输和处理，实现对环境信息的感知和理解，具有广泛的应用前景。
传感网的发展将为人类社会带来巨大的变革和发展机遇。
传感网技术
传感网技术传感网技术专业主要是面向现代服务、工业生产中的测量、控制、管理和信息处理，培养专业从事传感网领域的系统设计、系统分析与运行、科技开发及研究的高等工程技术人才。
主要课程：电子技术（高频），信号与系统，电磁场与电磁波，传感器原理，通信原理，计算机网络，移动通信，嵌入式系统，无线传感网技术，多传感器信息融合等。
就业去向：传感网技术是国家推进的传感网/物联网、“三网融合”等建设项目中的主要技术，因此本专业方向毕业生具有良好的就业前景，可在传感网和通信网络企事业单位从事传感网和通信网的系统规划、设计、施工、管理和安全维护，以及相关应用软件的开发、测试等工作，也可从事网络设备的研发、销售与技术支持等工作。
物联网工程本专业培养能够系统地掌握物联网的相关理论、方法和技能，具备通信技术、网络技术、传感技术等信息领域宽广的专业知识的高级工程技术人才。
主要课程：嵌入式系统原理与设计、无线射频识别技术与应用、无线传感网技术、信息系统集成技术、物联网软件、标准与中间件技术、计算机网络等课程。
就业去向：物联网相关的企业、行业，从事物联网的通信架构、网络协议和标准、无线传感器、信息安全等产品及系统的科学研究、工程设计、产品开发、技术管理与设备维护等。
（以上出自江南大学）物联网工程物联网工程该专业顺应国家战略性新兴产业物联网发展的需要，依托电子与信息工程学院下属的计算机科学与技术、控制科学与工程、信息与通信工程、电子科学与技术等一级学科的师资力量，通过学科交叉、优势互补、资源共享，以物联网工程应用为切入点，采取宽口径、强基础、重能力的培养方式，培养系统扎实地掌握物理系统信息化、物理系统标识与定位、数据感知、数据传输以及海量数据的存储、检索和处理的理论与方法，能在物联网领域起引领作用、具有国际视野和竞争力的创新型高层次专门人才。
该专业现有国家级教学名师1人，教育部长江学者特聘教授2名、国家杰出青年基金获得者2人，拥有1个国家重点实验室和1个教育部重点实验室，并针对物联网工程人才培养需求新建立了物理信息传感与采集监控、无线传感接入与分布式自组织网络、物联数据处理与云计算平台等专业教学实验室，具有完善的教学和实验条件。
传感网及应用的课程设计
传感网及应用的课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解传感网的定义、构成要素和基本原理；2. 让学生掌握传感网在环境监测、智能家居等领域的应用；3. 让学生了解传感网技术的发展趋势及其在未来社会的作用。
技能目标：1. 培养学生运用传感网技术进行数据采集、处理和分析的能力；2. 培养学生设计简单的传感网应用系统的能力；3. 提高学生运用传感网技术解决实际问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对传感网技术及其应用的兴趣，激发学生的创新意识；2. 培养学生团队协作精神，提高学生在团队中的沟通与协作能力；3. 增强学生的环保意识，认识到传感网技术在环保领域的重要性。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程目标旨在使学生在掌握传感网基本知识的基础上，提高实际应用能力，培养创新精神和团队协作能力。
通过本课程的学习，学生能够将理论知识与实际应用紧密结合，为未来的学习和工作打下坚实基础。
二、教学内容1. 传感网基础知识：包括传感网的定义、发展历程、构成要素和基本原理；- 教材章节：第一章 传感网概述- 内容列举：传感网的概念、分类、发展历程、传感节点、传感网络架构等。
2. 传感网关键技术：重点讲解数据采集、处理、传输等环节的技术要点；- 教材章节：第二章 传感网关键技术- 内容列举：传感器技术、嵌入式技术、通信技术、数据处理与分析技术等。
3. 传感网应用案例分析：介绍传感网在环境监测、智能家居、智慧城市等领域的应用实例；- 教材章节：第三章 传感网应用案例- 内容列举：环境监测、智能家居、智慧农业、智慧交通等领域的应用案例。
4. 传感网设计与实践：教授学生如何设计简单的传感网应用系统，并进行实际操作；- 教材章节：第四章 传感网设计与实践- 内容列举：传感网系统设计方法、硬件选型、软件开发、系统调试与优化等。
5. 传感网技术发展趋势与展望：分析传感网技术的发展趋势，探讨未来传感网技术在各领域的应用前景；- 教材章节：第五章 传感网技术发展趋势与展望- 内容列举：物联网与传感网的关系、5G技术对传感网的影响、传感网技术在未来各领域的应用前景等。
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。
传感网课程设计
传感网课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握传感网的基本概念、原理和技术，培养学生运用传感网技术解决实际问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）了解传感网的定义、发展历程和应用领域；（2）掌握传感网的基本组成、工作原理和关键技术；（3）熟悉传感网协议 stack 和应用层协议；（4）了解传感网的安全性和隐私保护。
2.技能目标：（1）能够运用传感网技术进行数据采集和处理；（2）具备传感网设备安装、调试和维护能力；（3）能够设计简单的传感网应用系统；（4）具备传感网项目管理和协调能力。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对传感网技术的兴趣和好奇心；（2）使学生认识到传感网技术在现代社会中的重要性；（3）培养学生具有良好的职业道德和社会责任感；（4）培养学生团队合作精神和创新意识。
二、教学内容根据课程目标，教学内容主要包括以下几个方面：1.传感网基本概念：传感网的定义、发展历程、应用领域和前景；2.传感网的基本组成：节点、通信协议、网络架构；3.传感网的工作原理：数据采集、数据处理、数据传输；4.传感网的关键技术：传感器技术、嵌入式系统、无线通信技术；5.传感网协议 stack 和应用层协议： CoAP、 MQTT 等；6.传感网的安全性和隐私保护：安全机制、隐私保护策略；7.传感网应用案例分析：智能家居、环境监测、智能交通等。
三、教学方法为了达到课程目标，我们将采用以下教学方法：1.讲授法：通过讲解传感网的基本概念、原理和技术，使学生掌握相关知识；2.案例分析法：分析传感网应用案例，让学生了解传感网在实际中的应用；3.实验法：让学生动手实践，培养其实际操作能力；4.讨论法：分组讨论，培养学生团队合作精神和创新意识。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：《传感网原理与应用》；2.参考书：相关学术论文、技术文档；3.多媒体资料：PPT、视频、图片等；4.实验设备：传感网实验平台、传感器设备、通信模块等。
传感网原理及应用—第3讲(MAC协议)
陈永乐
目录
MAC协议概述
竞争型MAC协议
分配型MAC协议 混合型MAC协议 总结
2
MAC协议概述
在无线传感器网络中，介质访问控制（medium access control，MAC）协议决定无线信道的使用方式，在传感器 节点之间分配有限的无线通信资源，用来构建传感器网络 系统的底层基础结构。 MAC协议处于传感器网络协议的底层部分，对传感器网络 的性能有较大影响，是保证无线传感器网络高效通信的关 键网络协议之一。 传感器节点的能量、存储、计算和通信带宽等资源有限， 单个节点的功能比较弱，而传感器网络的强大功能是由众 多节点协作实现的。多点通信在局部范围需要 MAC协议 协调其间的无线信道分配，在整个网络范围内需要路由协 议选择通信路径。
25
TA的选择
周期性侦听同步设计
延用SMAC协议思想，周期性广播SYNC帧
前提：节点发现串扰的RTS或CTS都能够触发一个新的监听间隔，为 了确保节点能够发现邻居的串扰，TA的取值必须保证当前节点能够 发现串扰的CTS TA >竞争信道时间（C）+RTS发送时间（R）+CTS准备时间（T） TMAC实验中，采用TA = 1.5 x (C + R + T)
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早睡问题解决办法 （1）
未来请求发送（Future request-to-send, FRTS）
当节点C收到B发给A的CTS后，立即向D发送一个FRTS。FRTS帧包含节点D接 收数据前需要等待的时间长度，D在此时间内必须保持在监听状态。 由于C发送的FRTS可能干扰A发送的数据，所以A需要将发送的数据延迟相 应的时间。A在接收到CTS之后发送一个与FRTS长度相同的DS帧，该帧不包 含有用信息，只是为了保持AB对信道的占用，在发送DS之后A立即向B发送 数据信息 由于采用了FRTS机制。增加一个DS时间。FRTS方法可以提高吞吐量，减少 延迟，但是增加了控制开销，会降低TMAC协议的能量效率
传感网络原理 及应用
传感网络原理及应用
传感网络是指由传感器、无线通信设备和数据处理单元组成的网络系统。
通过各个节点间的通信协作，能够实现信息的采集、传输、处理和应用。
传感网络的工作原理是基于传感器的采集原理和无线通信技术。
传感器通过感知物理或化学量，并将其转化为电信号。
这些信号经过模数转换后，通过无线通信设备传输到对应的数据处理单元。
数据处理单元对接收到的信息进行处理，并根据具体的应用需求进行相应的控制或决策。
传感网络的应用十分广泛。
在环境监测领域，传感网络可用于监测大气污染、水质监测、土壤监测等，为环境保护和危险预警提供数据支持。
在农业领域，传感网络可以用于监测土壤湿度、温度等，实现精细农业的管理。
在交通领域，传感网络可以用于城市交通监测、智能停车等。
此外，传感网络还可以应用于医疗、能源管理、智能家居等领域。
在医疗领域，传感网络可以用于监测患者的生命体征，提供实时的健康状态。
在能源管理领域，传感网络可以用于监测能源消耗，实现能源的合理利用。
在智能家居领域，传感网络可以实现家居设备的远程控制和智能化管理。
总的来说，传感网络是一种基于传感器和无线通信技术的网络系统，能够实现信息的采集、传输、处理和应用。
在环境监测、农业、交通、医疗、能源管理和智能家居等领域都有广泛应用。
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ppt
2、1无线传感网络拓扑结构 、 无线传感网络拓扑结构
平面网络结构 分级网络结构 混合网络结构 Mesh网络结构
2、2无线传感器网络覆盖问题
覆盖问题是无线传感器网络配置首先面临的 基本问题，因为传感器节点可能任意分布在 配置区域，它反映了一个无线传感网络某区 域被鉴测和跟踪的状况
三、无线传感器网络关键技术
1．2无线传感器网络特点 ．
1．传感器节点数目大，密度高，采用空间位置寻址。 2．传感器接点的能量、计算能力和存储能力有限（能量、 计算存储低、关键在有效简单的路由协议） 3．无线传感网络的拓扑结构易变化，有自组织能力。（与 传统的有不同的特点和技术要求：它根据需要可以在工作和 休眠之间切换，因此网络的拓扑结构容易发生变化于是运用 了嵌入式系统。传统重在QOS和更大的宽带保证，并且是静 止的。无线的要节省能量，连通性和延长运行寿命） 4．传感器节点具有数据融合能力（与Mesh网络区别，数据 小，移动，重能源。 与无线Ad-hoc网络比数量多、密度大、 易受损、拓扑结构频繁、广播式点对多通信、节点能量、计 算能力受限。）
一、无线传感器网络简介
1、1概述
科技发展的脚步越来越快，人类已经置身于信息时代。而作 为信息获取最重要和最基本的技术——传感器技术，也得到 了极大的发展。传感器信息获取技术已经从过去的单一化渐 渐向集成化、微型化和网络化方向发展，并将会带来一场信 息革命 无线传感器网络（WirelessSensorNetwork）综合了微电子 技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式 信息处理技术等先进技术，能够协同地实时监测、感知和采 集网络覆盖区域中各种环境或监测对象的信息，并对其进行 处理，处理后的信息通过无线方式发送，并以自组多跳的网 络方式传送给观察者。
什么是传感网_传感网的核心技术有哪些
什么是传感网_传感网的核心技术有哪些
什么是传感网传感网是当今信息领域新的研究热点，是微机电系统、计算机、通信、自动控制、人工智能等多学科交叉的综合性技术。
目前的研究涉及通信、组网、管理、分布式信息处理等多个方面。
具体而言，传感网的关键技术包括路由协议、MAC协议、拓扑控制、定位、时间同步、数据管理等。
传感网的特点1、大规模
传感网一般都由大量的传感器节点组成，节点的数量可能达到成千上万，甚至更多。
一方面，传感器节点分布在很大的地理区域内；另一方面，传感器节点部署很密集，在一个面积不是很大的空间内，密集部署了大量的传感器节点。
2、自组织
传感器节点的位置不需要设计或预先确定，这使得传感器节点可以随机部署在人迹罕至的地形或救灾行动中。
这就要求传感器节点必须具有自组织能力。
在一个传感器节点部署完成之后，首先，必须检测它的邻居并建立通信，其次必须了解相互连接的节点的部署、节点的拓扑结构，以及建立自组织多跳的通信信道。
3、动态性
传感网具有很强的动态性，它的拓扑结构可能因为下列因素而改变。
1）环境因素或电能耗尽所造成的传感器节点出现故障或失效；
2）环境条件变化可能造成无线通信链路带宽变化，甚至时断时通；
3）传感网的传感器、感知对象和观察者这三个要素都可以具有移动性；
4）新节点的加入。
4、容错性
根据不同的应用场景，传感器节点有可能部署在环境相当恶劣的地区，一些传感器节点可能会因为电力不足、有物理损坏或外部环境的干扰而不能工作或者处于阻塞状态，此时要确保传感器节点的故障不能影响到整个传感网的正常工作，也就是说，传感网不能因为传。
传感网技术
则该帧可通过数据请求原语直接发送到目的设备， 且下一跳地址即为最终的目的地址。 通常一个拥有路由容量的设备会经常检查其网络帧头控制域中的查找路径子域，如果 查找路劲子域的值为 0x02，设备会立即初始化查找。否则，设备将搜索路由表，查找 与帧目的地址相一致的记录项。如果存在这样一个一个记录项，且该记录项的路径状 态域为激活，则设备可利用数据请求原语转发该帧。 当转发一个数据帧时，数据请求原语中的源地址模式和目的地址模式参数值皆为 0x02， 源个域网 ID 目的个域网 ID 皆应等于转发设备的记录项的下一跳地址域决定。如果路 由表中与目的地址的记录项的路径状态域查找过程中， 说明该路由查找已经被初始化， 通常网络中所有的非协调器设备都是协调器的后裔，没有设备室终端设备的后裔。对 于 ZigBee 路由器来说，当地址为 An，纵深为 d 时，如果下列逻辑为真，则地址为 D 的目的设备即为它的一个后裔，即 A<D<A+Cskip(d-1) 若通过该逻辑表达式确定了目的设备为转发设备的后裔，则下一跳的地址为 N=D。 对于 ZigBee 终端设备而言，当 D>A+Rm*Cskip(d)时，N 由下式求得： N=A+1+D-((A+1)/Cskid(d))*Cskip(d) 2. 路由方式 路由的设定通常有禁止路由发现、使能路由发现和强制路由发现 3 中模式。 （1） 禁止路由发现。如果发现网络路由器存在，数据包路由指向该路由器。否则，数据 包沿着树形推进。 （2） 使能路由发现。如果发现网络路由器存在，数据包路由指向该路由器。如果网络路 由器不能确定，路由器可以启动一个路由发现过程，当发现完成，数据包将沿着计 算机出来的路由传送。如果该路由器没有路由发现能力，数据包将沿着树形推进。 （3） 强制路由发现。如果路由器没有路由发现能力，不管路由是否已经存在，都将启动 一个路由发现过程，当发现完成，数据包将沿着计算出来的路由传送。如果这个路 由器没有路由发现能力，数据包将沿着树形推进。这个选择必须小心使用，因为它 会产生较大的网络冗余，它的主要用途是修复破坏了的路由。 对于树形拓扑结构设备间的数据转发，通常可将源地址简化为上行路由（Route UP）h 或 下行路由（Route Down） 。如果 LocalAddr<DestAddr<LocalAddr+Cskid(d-1)，则为下行路由； 否则为上行路由。 通常网络的协调器与路由器都含有一个邻接设备表， 该表记录了一定区域 内与其有邻接关系的设备。若想使用邻接表进行路由，只要目标设备在物理区域内可见，即 可直接发送信息。对于网络拓扑结构，要使用路由表进行路由，通常协调器或路由器都拥有 自己的路由表， 如果目标设备在路由表中有相关的记录， 那么信息就可以根据路由表中的记 录进行发送，否则要沿着树形拓扑来传输数据。 四、ZigBee 网络的自适应机制 1. 网络负载问题 网络自适应机制主要是为解决网络的负载平衡而专门为 ZigBee 网络设置的一种均衡机制， 该机制对 ZigBee 网络主要有两种情况下适应：一种是网络形成时的网络负载均衡，另一种 是网络形成后的自我调节负载均衡。 当 ZigBee 网络形成时，加入终端设备节点加入网络路由设备过程无约束和无组织，这样就 会使路由设备所加入的终端设备的数量出现很大的差距，进而使路由设备处理所负载的所 有终端设备通信数据有很大差距，这样在大量的节点长时间通信时更会出现网络负载的不 均衡现象，使整个网络的数据在各个设备间传输时出现严重的不平衡状态。一个路由设备 数据已经传输完毕，而另一个路由设备还有大量的数据要处理，中心设备等待少量的主设 备数据而不能进行后续工作，造成 ZigBee 网络的数据传输瓶颈问题。
物联网技术基础第3章 传感器与传感网技术
3.1 传感器概述 3.1.1 传感器的概念
总之，在物联网中，传感器主要负责接收物品“讲话”的内容，它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 图3-1为各种类型的传感器。
压力传感器
霍尔传感器
电压传感器
电流传感器
气敏传感器
温湿度传感器 振动传感器
无线温度传感器
压电加速度传感器
光敏传感器
图3-1 各种类型的传感器
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3.1 传感器概述
在图3-2中，
3.1.2 传感器的组成
敏感元件是直接感 受被测量，并输出 与被测量成一定关 系的其他物理量的 元件；
转换元件也叫换能 元件，是将敏感元 件的输出量转换成 电参量的元件；
转换电路将转换元 件输出的电参量转 换成电压、电流或 频率等电量；
辅助电源为转换元 件和转换电路提供 电源。
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3.1 传感器概述
3.1.3 传感器的分类
表3-3为传感器按被测量进行分类。
物理量 传感器
化学量 传感器 生理量 传感器
表3-3 传感器按被测量进行分类
力学量 热学量
压力传感器、力传感器、力矩传感器、速度传感器、 加速度传感器、流量传感器、位移传感器、位置传感 器、尺度传感器、密度传感器、黏度传感器、硬度传 感器、浊度传感器
电子线路用于将传感器 输出的电参量转换成电 能量。
11
3.1 传感器概述
3.1.2 传感器的组成
随着半导体器件和集成技术在传感器中的应 用，传感器的转换电路可以安装在传感器的 壳体里或与敏感元件集成在一个芯片上，因 此，转换电路和辅助电源也应作为传感器的 组成部分，如图3-2所示。
图3-2 传感器的组成
生物量 生化量
无线传感网络技术在智能家居中的应用
无线传感网络技术在智能家居中的应用智能家居是指通过物联网技术将家居设备连接在一起，实现自动化、智能化的功能。
近年来，随着物联网技术的不断发展，智能家居已经越来越普及。
而无线传感网络技术，则是实现智能家居的关键之一，下面将详细介绍无线传感网络技术在智能家居中的应用。
第一章、无线传感网络技术的基本原理无线传感网络技术是一种集传感、通信、计算多种功能于一体的新型网络技术，它由大量的低成本的无线传感器节点组成，对周围环境进行感知，并将感知结果传输给后台服务器，实现对环境的实时监测和控制。
无线传感网络技术可以应用于物联网、智能家居、安防等领域。
无线传感网络技术的基本原理是将大量的传感器节点分布在要监测的区域内，当节点感知到某种事件时，它会将事件信息编码为数据包，通过无线通信方式发送给服务器。
无线传感网络技术有以下特点：1、传感器节点可以自组网，形成一个自适应、动态的网络结构，适应不同的监测环境。
2、传感器节点可以自动协调，实现有效的数据传输和能量管理。
3、传感器节点的功耗较低，可以使用长寿命电池或者太阳能电池作为能源源。
第二章、智能家居是一种由各类家用电器及设备连接组成的系统，通过传感器技术、网络技术、嵌入式技术、自动化技术等实现功能的智能家居系统。
无线传感网络技术作为智能家居系统的核心技术之一，可以实现以下功能：1、智能家居安防系统智能家居的安防系统是智能家居系统的必备功能，为了保障居民的生命和财产安全，智能家居的安防系统需要非常完善。
无线传感网络技术可以实现智能门窗、智能报警器、智能摄像机等安防设备的互联互通，形成一个智能的安防网络，保障家庭的生命和财产安全。
2、智能家居环境监测无线传感网络技术可以实现智能家居环境监测，根据气压、温度、湿度等数据自动调节家庭的空调、加湿器等设备，实现节能减排。
通过传感器技术还可以检测室内空气质量，排除有害气体，达到清新空气的效果。
3、智能家居能源管理智能家居能源管理是智能家居系统的一个重要功能，无线传感网络技术可以用来实现智能家居能源管理。
无线传感网络中的数据传输与处理
无线传感网络中的数据传输与处理章节一：无线传感网络简介无线传感网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是一种特殊的网络结构，由大量的分布在特定区域内的传感器节点组成。
这些节点可以自主地感知、采集和处理环境中的各种信息，并将数据传输到指定位置。
WSN广泛应用于农业、环境监测、交通控制等领域，为实时监测和数据处理提供了有效的手段。
章节二：无线传感节点的数据传输技术为了实现数据传输，无线传感节点内置了无线通信模块，通常采用无线电频率传输数据。
传感节点之间通过建立自组织的网络连接，形成分布式的无线传感网络。
通信方式常见的有广播通信、多跳转发和基于路由协议的通信。
广播通信适用于小范围传输，但会导致资源浪费。
多跳转发方法则通过中继传感节点实现远距离传输。
路由协议则通过动态选择最佳路径，提高传输效率。
章节三：无线传感节点的数据处理技术WSN中的传感节点通常具备较小的存储和计算能力，因此需要采用有效的数据处理技术来降低能耗和延迟。
常见的数据处理方法包括数据压缩、聚合和选择性传输。
数据压缩通过对传感数据进行无损或有损压缩，减少数据的冗余性。
数据聚合则是将多个传感节点采集到的数据进行融合，减少冗余和重复的信息。
选择性传输在数据处理前，对数据进行筛选，只传输重要的数据，降低能耗和延迟。
章节四：数据安全与隐私保护在无线传感网络中，传输的数据可能涉及到用户的敏感信息，因此数据的安全性和隐私保护成为重要问题。
为保障数据安全，可以采用身份认证、数据加密和密钥管理等技术。
身份认证能够确保通信双方的身份合法性。
数据加密技术则通过对数据进行加密，防止数据被非法访问和篡改。
密钥管理包括密钥生成、分发和更新等过程，确保密钥的安全性。
章节五：无线传感网络中的能源管理由于传感节点通常由电池供电，能源管理是无线传感网络中的重要任务。
常见的能源管理技术包括功率控制、睡眠调度和能量回收等方法。
功率控制通过调节传感节点的发射功率，降低能耗。
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3.1.1传感网数据管理系统的体系结构
（4）层次结构
查询
代理网络
传感器网络
3.1.1传感网数据管理系统的体系结构
层次结构包含了传感器网络层和代理网络层两个层次 ，并集成了网内数据处理、自适应查询处理和基于内容的 查询处理等多项技术。
3.1.2传感网数据管理系统的数据模型
数据模型是对数据特征的抽象。传感器网络数 据管理系统需要一种具体的数据模型来表示各 个节点产生的数据，这样才能有效地组织和管 理数据。 目前，现有的传感器网络的数据模型主要是在 传统的关系模型、对象关系模型或者时间序列 模型上进行了扩展。
3.1.2传感网数据管理系统的数据模型
网络中每个传感器节点产生的每一个读数都对 应关系表中的一行，因此这个虚拟关系表被看 成是一个无限的数据流。对传感器网络数据的 查询就是对这个无限虚拟关系表的查询。无限 虚拟关系表上操作集合是传统的关系代数操作 到无限集合的扩展。
3.1.2传感网数据管理系统的数据模型
3.1.1传感网数据管理系统的体系结构
（3）分布式结构
分布式结构假设每个传感器都有很高的存储、计算和通信 能力，数据源节点将其获取到的感知数据就地存储。基站 发出查询后向网内广播查询请求，所有的节点都可以接收 到请求，并且满足查询条件的普通节点沿着融合路由树将 数据送回到根节点，即与基站相连的网关节点。
3.2.1 数据查询
（2）查询语言
传感器网络数据查询语言大多都延续了传统的SQL语 言形式, 并对SQL语言进行了扩展。TinyDB的查询语 言是传感器网络中一种具有代表性查询语言，其语法 结构表述如下：
3.2.1 数据查询
SELECT select-list
[ FROM sensors]
WHERE predicate [ GROUP BY gb-list [ HAVING having predicate] ] [ TRIGGERACTION command-name [ ( param) ] ] [ EPOCH DURATION time]
WSN
网关 基站 数据库
3.1.1传感网数据管理系统的体系结构
（2）半分布式结构
在半分布式结构中，原始的感知数据存放在普通节点 上，在簇头节点上处理簇内节点的数据融合和数据摘要， 在根节点上形成一个对网内数据的整体视图。执行查询时 ，利用根节点的全局数据摘要决定查询在哪些簇上执行， 簇头节点接收到根节点传来的查询任务后根据簇内数据视 图决定融合哪些节点上的数据，这种存储和查询方案称为 推拉结合式存取方案。
3.1 概述
（4）数据的可靠性不同
传感器网络数据管理系统必须要有能力处理感知数据 的误差。传统的分布式数据库系统获得的都是比较准确的 数据，数据可靠性比较高。
（5）数据产生源不同
传统的分布式数据库管理系统管理的数据是由稳定可 靠的数据源产生的，而传感器网络的数据是由不可靠的传 感器节点产生的。
3.1 概述
3.2.1 数据查询
（3）聚集技术
聚集操作是查询中常用的操作，传感器节点可以采用 两种数据聚集技术：逐级的聚集技术和流水线聚集技 术。 逐级的聚集技术，该技术从最底层的叶节点开始向最 顶层的根节点逐级进行聚集。
流水线聚集技术与逐级的聚集技术不同，该技术将查 询时间分成多个小段，在每个时间小段内，节点将收 到的来自下层节点的数据与自身的数据进行聚集，然 后将得到的聚集结果向上层节点传送。
（3）依据数据聚合与应用层数据语义的关系分类
应用中的数据聚合
通常数据聚合都是对应用层数据进行的，即数据聚合 需要了解应用数据的语义。从实现角度看，数据聚合如果 在应用层实现，则与应用数据之间没有语义间隔，可以直 接对应用数据进行聚合。
（6）处理查询所采用的方式不同
传感器网络数据管理系统主要处理两种类型的查询： 连续查询和近似查询。传统的分布式数据库系统不具备处 理这两种查询的能力。
3.1.1传感网数据管理系统的体系结构
传感器网络数据管理系统按照一定的体系结构 构建，并且不同的体系结构构建的数据管理系 统各有优势，目前主要有集中式结构、半分布 式结构、分布式结构和层次结构四种。
3.2.1 数据查询
（5）查询优化技术
现有的传感器网络数据库管理系统一般都采用了一些 查询优化策略。其中，致力于降低传感器网络总能量消耗 的TinyDB系统的查询优化技术，具有很强的代表性。 TinyDB采用基于代价的查询优化技术来产生能量消耗最 低的查询执行计划，其查询的代价由传感器节点数据的采 集和查询结果的传输所能量消耗决定。
无损失聚合
无损失聚合中，所有的细节信息均被保留。此类聚合 的常见做法是去除信息中的冗余部分。
有损失聚合
有损失聚合通常会省略一些细节信息或降低数据的质 量，从而减少需要存储或传输的数据量，已达到节省存储 资源或能量资源的目的。
3.2.3 网络数据聚合
（2）根据聚合操作的层次级别划分
数据级聚合
3.2.3 网络数据聚合
决策级聚合
决策级聚合是最高层的聚合，聚合前，每种传感器的 信号处理装置已完成决策或分类任务。数据聚合只是根据 一定的准则和决策的可信度做最优决策，对监测对象进行 判别，分类，并通过简单的逻辑运算，执行满足应用需求 的决策，因此它是面对应用的聚合。
3.2.3 网络数据聚合
3.2.2 数据索引
（2）一维分布式索引
一维分布式引索采用地理散列函数与空间分解技术相 结合的方法，适用于以单一属性的数据为中心的存储 方法和多分辨率空域查询要求。 一维分布式索引也是通过构造层次结构树来实现，不 过构造的方式恰好与层次索引相反。与层次索引方式 相比，一维分布式索引构造的层次结构树具有多个最 高父节点，这些最高父节点可以同时处理查询要求， 输出查询结果，避免了单一根节点的通信瓶颈问题。
3.2.1 数据查询
（4）连续查询处理技术
传感器网络中，用户的查询对象是大量的无限实时数 据流，用户经常使用的查询是连续查询，用户提交一 个连续查询后，该连续查询将被分解为一系列子查询 提交到局部节点进行执行。
子查询也是连续查询，需要经过扫描、过滤和综合相 关无限实时数据流，产生部分的查询结果流，最后经 过全局综合处理后返回给用户。
3.2.2 数据索引
（3）多维分布式索引
多维分布式索引适用于多个属性上具有区域约束条件 的区域查询。
多维分布式索引关键是保持数据存储的局域性，即将 属性值相近的测量数据存储在临近的节点内。在进行 区域查询时，可以根据这种划分方法找到满足多种属 性要求的感知数据所在的区域，然后从这些区域内的 节点输出查询结果。
3.2.2 数据索引
根据数据存储的方式和查询的要求，数 据索引主要有层次索引、一维分布式索 引和多维分布式索引 3种结构。
3.2.2 数据索引
（1）层次索引
层次索引采用空间分解技术，适用于本地存储方法和
多分辨率空域查询要求。 空间分解技术：给定一个查询的空域范围，计算出对 应的多分辨率级别d，然后递归的将传感器网络覆盖 的地理区域递归地划分为d个层次，第0层就是整个网 络覆盖的地理区域，第i层具有4i个子区域。
数据级聚合是最底层的聚合，是直接在采集到的原始 数据层上进行的聚合，在传感器采集的原始数据未经处理 之前就对数据进行分析和综合，因此是面向数据的聚合。
特征级聚合
特征级聚合是中间层的聚合，它先对来自传感器的原 始数据提取特征信息，以反映事物的属性，然后按其特征 信息对数据进行分类、汇集和综合，因此这是面向监测对 象特征的聚合。
第三章 传感网数据管理
主要内容
3.1 概述
3.2 数据管理技术
3.3实例：Tiny DB系统
3.4 本章小节与进一步阅读的文献
3.1 概述
由于传感器网络能量、通信和计算能力有限， 因此传感器网络数据管理系统在一般情况下不 会把数据都发送到汇聚节点进行处理，而是尽 可能在传感器网络中进行处理，此时，可以把 传感器网络看作一个分布式感知数据库。虽然 传感器网络的数据管理系统与传统分布式数据 库具有相似性，但是在有些方面也有着比较大 的差异，主要表现在以下几个方面。
3.1 概述
（3）提供服务所采用的方式不同
在传感器网络数据管理系统中，用户对感知数据的查 询请求的处理过程与传感器网络本身是紧密结合的，需要 传感器网络中的各个节点相互配合才能够完成一次有效的 查询过程。而在传统的分布式数据库系统中，数据的管理 和查询不依赖于网络，网络仅仅是数据和查询结果的一个 传输通道。
3.2.3 网络数据聚合
传统的数据聚合定义为利用计算机技术对按时 序获得的若干传感器的观察信息在一定准则下 加以自动分析、综合，以完成所需的决策和估 计任务而进行信息处理的过程。在传感器网络 中使用的数据聚合技术稍有不同，传感器网络 中的数据聚合是指将来自多个传感器节点对同 一性质的数据和信息进行综合处理，得出更为 准确完整的信息的过程。
3.1 概述
（1）所遵循的原则不同
传感器网络数据管理系统要尽可能地减少数据传输量 和缩短数据传输时间。分布式数据库则不需要考虑能耗问 题，只要保证数据的完整性和一致性即可。
（2）所管理的数据特征不同
传感器网络的数据管理系统所面对的是大量的分布
式无限数据流，并且往往是近似的和数据分布的统计特征 是未知的，传统的分布式数据库系统所面对的数据通常是 确定和有限的，并且数据分布的统计特征是已知的。
3.1.1传感网数据管理系统的体系结构
（1）集中式结构
在集中式结构中，所有的数据均被传送到中心服务器 上，感知数据的查询和传感器网络的访问是相互独立的。 感知数据从普通节点通过无线多跳传送到网关节点，再通 过网关节点传送到基站节点，最后由基站将感知数据保存 到中心服务器上的感知数据库中。