无线传感器网络与物联网 (PPT 67页)
无线传感器网络PPT课件
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
无线传感器网络与物联网
无线传感器网络与物联网无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）和物联网（Internet of Things，简称IoT）是两个在近年来快速发展起来的概念，它们在不同领域中得到了广泛的应用。
本文将探讨无线传感器网络与物联网的关系、发展现状以及未来前景。
一、无线传感器网络的概念和特点无线传感器网络是由大量分布式的、自组织的、无线传感器节点组成的网络系统，用于感知、采集和传输环境中的各种信息。
它可以实时监测和控制环境中的各种参数，如温度、湿度、光照等。
与传统的有线传感器网络相比，无线传感器网络更加灵活、实时，并且能够适应复杂多变的环境。
无线传感器节点通常由传感器、处理器、无线通信模块和能量供应模块组成。
这些节点可以通过自组织的方式形成一个网络，并与存储节点或基站节点进行通信。
在传感器节点间的通信过程中，信息通过无线信号进行传输。
无线传感器网络具有低成本、低功耗、容易部署等特点，因此被广泛应用于农业、环境监测、智能交通等领域。
二、物联网的概念和特点物联网是指通过互联网将各种物理设备、传感器、软件等连接起来，形成一个庞大的网络系统。
物联网可以实现设备之间的信息共享和互联互通，使得设备能够自动感知、识别、跟踪并控制其他设备。
它能够实现人与设备、设备与设备之间的智能交互。
物联网的核心技术包括物理层的传感技术、网络层的通信技术以及应用层的数据处理和管理技术。
通过这些技术，物联网可以实现智能家居、智慧城市、智能交通等应用场景。
物联网的特点主要包括广域性、异构性、复杂性和安全性等。
三、无线传感器网络与物联网的关系无线传感器网络是物联网的基础组成部分，它承担了物联网中的感知任务。
无线传感器网络通过节点间的通信和数据传输，将环境中的信息感知到，并传输给物联网中的其他设备进行处理。
物联网则是通过无线传感器网络获取环境中的实时信息，并基于这些信息进行决策和控制。
无线传感器网络和物联网的关系可以用一个细胞组织的比喻来解释。
无线传感器网络概述ppt课件
• 4.最大最小PA节点路由：每条路径上有多个节点，且 节点的可用能量不同，从中选取每条路径中可用能量 最小的节点来表示这条路径的可用能量。再在其中选 最大的。如图中的－D－
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基于查询的路由协议
• 1.定向扩散路由 • 兴趣扩散阶段 汇聚节点采用洪泛的方式传
传统网络： 人
人
无线传感器网络：人
自然界
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与现有网络的区别
无线自组网(mobile ad-hoc network） 1.几十到上百个节点 2.无线通信，各个节点的关系是对等的 3.首要目标是保证高质量的传输服务和高带宽
利用
无线传感器网络(WSN) 1.节点更为庞大，成千上万，节点分布更为密
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分簇路由协议
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路由协议自主切换
• 传感器网络中的路由协议和具体应用紧密相 关，没有一个能适用于所有应用的路由协议。 而传感器网络可能需要在相同监测区域内完 成不同的任务，此时如果为每种任务部署专 门的传感器网络将增加传感器网络的成本。 未来能够适用于多种任务，传感器网络需要 根据应用环境和网络条件自主选择适用的路 由协议，并在各个路由协议之间自主切换。
无线传感器网络概述
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• 无线传感器网络简介 • 无线传感器网络的拓扑控制 • 无线传感器网络的路由算法介绍
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无线传感器网络的概念
无线传感器网络（ wireless sensor network, WSN）：就是由部署在检测区域 内的大量的廉价微型传感器节点组成，通 过无线通信方式形成一个多跳的自组织的 网络系统，其目的是协作的感知，采集和 处理网络覆盖区域中对象的信息，并发送 给观察者。
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
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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。
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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。
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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
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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
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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。
无线传感器网络技术概述课件
MAC协议旳能量挥霍原因（2）
空闲侦听：节点不懂得邻居节点何时向自己发 送数据，射频收发模块必须一直处于工作状态， 消耗大量能源，是无效能耗旳主要起源。
冲突：同步向同一节点发送多种数据帧，信号 相互干扰，接受方无法精确接受，重发造成能 量挥霍
串扰：接受和处剪发往其他节点旳数据属于无 效功耗。
传感器节点旳限制
电源能量有限 通信能力有限 计算和存储能力有限
传感器网络概述－与ad hoc旳不同
WSN
结点数量更为庞大 多数节点为静止 节点分布更为密集 能量约束 结点更轻易犯错 拓扑构造变化频繁
Ad hoc
几十至上百个节点 局域网 节点全移动 构造变化（移动） 能量可连续提供 点到点通信
通信 途节径点重间构通成信为旳突断出接问频题繁？，路造由成算通法信必失须败具. 有自 适经应常性受？到高山、建筑物、障碍物等地势地 怎样建貌立以网及络风随雨机雷连电通等性自旳然数环据境理旳论影，响为, 所通以信 途径重传构感和器自可适能应会路长由时算间法脱设离计网奠络定, 坚离实线理工论作 基础是我们面临旳第三个挑战问题？
美军将来战斗系统旳战场警戒示意图
传感器节点
通行车辆
枪声定位反恐系统
美国F-22猛禽战斗机
F-22猛禽战斗机
机外传感器网络
美军“沙地直线”项目
无线链路
目的探测、 分类和跟踪
传传感感器器节节点点
长（英尺）
宽（英尺）
节点封装示例（一）
特点： 表面光滑 能够滚动 自动调整姿态位置 万向节固定架设计
传感器网络数据管理系统旳理论和技术是 我们面临旳第九个挑战性问题！
需要多种多样旳感知 器
物理传感器
无线传感器网络的理论及应用PPT教学课件
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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。
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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。
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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。
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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
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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
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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。
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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。
第15章无线传感器网络与物联网
第15章 无线传感器网络与物联网 传感器原理及应用
15.1.1 物联网的体系结构
网络感知层即信息识别层，其以二维码、RFID、传感器为主， 实现检测物体、标识和感知。
传输网络层即网络通信层，是通过现有的互联网、卫星、移动 通信网等接入物联通信网，实现数据的进一步处理和传输。
基于物联网三个方面的重要特征，物联网包括很多技术，其 中重要的有：射频识别（RFID）、传感器网络技术、无线通 信技术、嵌入式技术、信息安全技术、普适计算、云计算等 技术。
➢ 传感器网络是物联网的核心，主要解决物联网中的信息感知问 题。
➢ 传感网络技术指传感器和传感网所采用的技术。 ➢ 传感器是指能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用
传感器原理与应用
第15章 无线传感器网络与物联网
第15章 无线传感器网络与物联网 传感器原理及应用
15.1 物联网概述
物联网（Internet of Things，IoT）是在互联网、移动通信 网等通信网络的基础上，针对不同应用领域的需求，利用具 有感知、通信与计算能力的智能物体自动获取物理世界的各 种信息；
信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 ➢ 如果将许多在空间上分布的传感器组成计算机网络，使之协作
地监控不同位置的物理或环境状况，就形成了传感器网络。 ➢ 传感网是物联网感知、获取信息的一种重要的技术手段，不是
物联网所涉及技术的全部，所以不能把传感网等同于物联网。
第15章 无线传感器网络与物联网 传感器原理及应用
第15章 无线传感器网络与物联网 传感器原理及应用
15.2.1 智能传感器与无线传感器
早在20世纪60年代，美军便已使用了“热带树”的无人值守 传感器。“热带树”的无人值守传感器实际上是由一个震动 传感器与声传感器组成的系统，它被飞机空投到被观测的地 区，插在地上，仅露出伪装成树枝的无线天线。
《无线传感器网络与物联网通信技术》教学课件 第3章 无线传感器网络支撑技术 3.4 定位技术
3.4 定位技术 利用到达时间（TOA）/到达时间差（TDOA）的测量
往返传播时间测量方式中，发送节点和接收节点对所属时钟域没有严格要求，通过 计算往返时间、扣除处理时延的方法估计节点间的距离，即
d (t3 t2 ) (t1 t0 ) v (t3 t0 ) (t2 t1) v
3.4 定位技术 定位性能指标
③ 能耗指标。无线传感器网络面临节点的能耗控制问题，一般来说，要求 定位算法具有较低的计算复杂度和较高的能耗效率。
④ 容错指标。无线传感器网络运行过程中可能会出现节点故障或无效的情 况，造成节点通信链路失去网络连接，因此，定位技术需要能够适应这种网络 的不确定性，在受到影响的情况下仍然能提供必要的定位服务。
3.4 定位技术 利用信号强度指示（RSSI）的测量
利用RSSI的测距是在已知发送节点的信号发送功率的条件下，接收节点根据接收到的信号 功率来计算的传播损耗，利用相应的信号传播衰减模型将功率损耗情况转化为距离参数。
根据无线传播过程中的自由空间信道模型（见2.2.3节），接收信号的功率与相隔距离的平 方成反比。那么，理论上，通过测量接收信号的功率，就能够反算出接收节点和发送节点之间 的距离。进一步，为更好地适用于应用场景，融合理论和经验统计，无线信号传播衰减的数学 模型可描述为
无线传感器网络与物联网通信技术
3.4 定位技术 定位基本术语
⑤ 到达时间（Time Of Arrival，TOA）。表征信号 从一个节点传播到另一个节 点所需要经历的时间。
⑦ 到达角度（Angle Of Arrival，AOA）。表征节点 接收到的信号相对于该节点 自身轴线的角度。
无线传感器网络与物联网通信技术
无线传感器网络与物联网通信技术
物联网与无线传感器网络的区别
物联网与无线传感器网络的区别物联网（Internet of Things，简称IoT）和无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）都是现代信息技术领域中重要的概念，它们在不同的应用场景下发挥着关键的作用。
尽管它们有一些相似之处，但它们在目标、架构、传输方式、应用范围等方面存在一些本质的区别。
一、目标不同物联网的目标是将各种物理对象通过互联网连接起来，实现物与物的互联互通，实现智能化的管理和控制。
物联网着眼于连接和集成各种设备和系统，通过数据的采集、传输、存储和处理，实现对物体的感知、控制和自动化。
而无线传感器网络的目标是构建分布式的传感器节点网络，实现对环境的实时监测和数据采集。
无线传感器网络着眼于传感器节点之间的通信和协作，通过密集布置的传感器节点组成网络，实现对环境的全面感知。
二、架构不同物联网的架构一般包括物体感知层、数据传输层、数据处理层和应用服务层。
物体感知层通过传感器和执行器采集和控制物体的状态和行为，将数据传输到数据传输层。
数据传输层负责数据的传输和存储，将数据传递给数据处理层进行分析和处理。
应用服务层提供各种应用和服务，实现对数据和物体的管理和控制。
与之不同，无线传感器网络的架构主要包括传感器节点和中心节点。
传感器节点通过传感器采集环境数据，并通过无线通信传输给中心节点。
中心节点负责接收数据、处理数据和控制传感器节点，将数据传输给上层系统或应用。
三、传输方式不同在物联网中，数据的传输方式主要有有线网络和无线网络两种。
有线网络通过传统的有线连接方式，如以太网、局域网等，将数据传输到云端或其他存储/处理设备。
无线网络通过无线技术，如Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等，实现设备之间的数据传输。
而无线传感器网络则主要依赖于无线网络进行数据的传输。
无线传感器节点之间通过短距离的无线通信方式，如无线自组织网络、Adhoc网络等，实现数据的传输。
四、应用范围不同物联网的应用范围非常广泛，涵盖了工业、农业、交通、医疗、智能家居等众多领域。
无线传感器网络与物联网
无线传感器网络与物联网在当今科技飞速发展的时代，无线传感器网络与物联网这两个概念正逐渐融入我们的生活，改变着我们与周围世界的交互方式。
或许你在日常生活中并未刻意去留意，但它们其实已经在方方面面发挥着重要作用。
无线传感器网络，简单来说，就是由一系列微小的传感器节点组成的网络。
这些节点体积小巧，功能却不容小觑。
它们能够感知周围环境中的各种信息，比如温度、湿度、光照强度、声音、压力等等。
想象一下，在一个大型农场里，分布着众多的传感器节点，它们时刻监测着土壤的湿度和肥力，农作物的生长状况，以及天气的变化。
这些信息会被实时传输到农场主的电脑或手机上，让他们能够及时做出相应的决策，比如何时浇水、施肥，是否需要采取防护措施应对恶劣天气。
这些传感器节点通常配备了低功耗的处理器、传感器、无线通信模块以及电源。
它们通过无线通信技术相互连接，形成一个自组织的网络。
节点之间可以互相传递信息，并且能够将收集到的数据传输到一个中心节点，或者直接与互联网相连，实现远程监控和管理。
由于传感器节点通常部署在一些难以到达或者环境恶劣的地方，比如深山老林、深海、沙漠等，因此它们需要具备很强的适应性和耐用性。
而物联网，则是一个更为宏大的概念。
它是指通过各种信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。
物联网的目的是实现物与物、人与物之间的智能化连接和通信，从而实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。
如果说无线传感器网络是物联网的“感知器官”，那么物联网则是一个整合了各种技术和应用的庞大生态系统。
在物联网中，不仅有无线传感器网络，还包括了各种智能设备，如智能手机、智能家电、智能汽车等等。
这些设备都能够通过网络连接起来，实现数据的共享和交互。
例如，当你下班回家的路上，就可以通过手机提前打开家里的空调，调整到适宜的温度；当你的冰箱里的食物快过期时，它会自动向你的手机发送提醒。
物联网的应用场景十分广泛。
物联网与无线传感器网络的区别
物联网与无线传感器网络的区别随着科技的发展和人们对智能化生活需求的提升，物联网（Internet of Things，简称IoT）和无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）作为两个重要的技术概念，逐渐受到人们的关注。
尽管它们都与无线通信和感知相关，但物联网和无线传感器网络在应用范围、网络拓扑结构、通信方式以及数据处理方式等方面存在一些明显的区别。
一、应用范围的区别物联网是一种将物理设备、传感器、软件和网络系统通过互联网进行连接的技术，旨在实现设备之间的数据交互和信息传递。
其应用范围十分广泛，涵盖了智能家居、智慧城市、工业生产、农业管理、交通运输等领域的各个方面。
而无线传感器网络则是一种由大量分布式传感器节点组成的网络系统，用于实时监测和控制环境中的各种物理量。
其应用主要集中在环境监测、军事侦察、医疗卫生、智能交通等领域。
无线传感器网络的节点一般由传感器、处理器和无线通信模块组成，节点之间通过无线信号进行数据传输。
二、网络拓扑结构的区别物联网的网络拓扑结构较为灵活，可以采用星型网络、树状网络、网状网络等多种方式。
物联网中的设备通常具备自主性和自治性，可以通过互联网进行直接通信。
在物联网中，设备之间可以直接相互交互，也可以通过云端进行数据的汇总和处理。
而无线传感器网络的网络拓扑结构则常常采用分簇式网络结构。
无线传感器节点根据其功能和特性进行分类，并由一个或多个集聚节点负责数据的收集和传输。
各个节点通过相邻节点之间的无线通信实现数据的传输。
相比物联网，无线传感器网络的节点通常具有较低的计算和通信能力，主要功能是采集周围环境数据并进行传输。
三、通信方式的区别物联网通信方式较为多样化，包括有线通信和无线通信。
在无线通信中，物联网可以使用诸如Wi-Fi、蓝牙、ZigBee、LTE等多种通信技术。
通过这些通信技术，物联网可以实现设备之间的跨平台和跨网络的相互连接。
无线传感器网络通信方式主要依赖于无线信号的传输。
《无线传感器网络与物联网通信技术》教学课件 第2章 无线传感器网络体系结构 2.2 物理层
基带窄脉冲形式利用宽度在纳秒、亚纳秒级的基带窄脉冲序列进行通信。一般通过 脉冲位置调制（Pulse Position Modulation，PPM）、脉冲幅度调制（Pulse Amplitude Modulation， PAM）等调制方式携带信息。窄脉冲可以采用多种波形，如 高斯波形、升余弦波形等。因为脉冲宽度很窄，占空比较小，所以具有很好的多径信道 分辨能力。因为不需要调制载波，所以收发系统结构简单，成本较低且功耗也很低。基 于以上特点，目前采用基带窄脉冲的UWB技术已广泛应用于雷达探测、透视、成像等 领域。
无线传感器网络与物联网通信技术
2.2 物理层
扩频技术
与常规的窄带通信方式相比，DSSS具有较好的通信性能优势，主要体现在以下3 个方面。
① 抗干扰能力强。输入信息在频谱扩展后形成宽带信号传输，再在接收端通过解扩 恢复成窄带信号，由于干扰信号与扩频码不相关，在进行扩频处理后，通过窄带滤波器 使得干扰信号进入有用频带内的干扰功率得以降低，从而具有更好的抗干扰、抗噪声、 抗多径干扰能力。
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2.2 物理层 调制技术
为了满足无线传感器组网最大化数据传输速率和最小化符号率的指标 要求，多进制（M-ary）调制机制应用于无线传感器网络。与二进制数字 调制不同的是，M-ary调制利用多进制数字基带信号调制载波信号的幅度、 频率或相位，可形成相应的多进制幅度调制、多进制频率调制和多进制相 位调制。其中，多进制幅度调制可看成开关键控（On-Off Keying，OOK） 方式的推广，可获得较高的传输速率，但抗噪声能力和抗衰落能力较差， 一般适合恒参或接近恒参的信道；多进制频率调制可看成二进制频率键控 方式的推广，其需要占据较宽的频带，信道频率利用率不高，一般适合调 制速率较低的应用场所；多进制相位调制利用载波的多种不同相位或相位 差来表示数字信息。
《无线传感器网络与物联网通信技术》教学课件 第3章 无线传感器网络支撑技术 3.6 数据融合技术
3.6 数据融合技术 控制网络能耗，延长网络生命周期
无线传感器网络在部署过程中，一般会通过节点的冗余配置来确保监测 信息的获取和网络任务的顺利执行。在这种冗余配置情况下，被监测区域附 近的传感器节点收集的数据信息将会非常相似，即生成较高冗余程度的监测 信息。大量冗余信息的传输，增加了网络的负担和节点的能耗，也增加了数 据处理的复杂度。
3.6 数据融合技术
基于融合手段的分类
根据处理融合信息手段的不同，可分为集中式、分布式和混合式3种。 ① 集中式。该方式是在无线传感器网络中定义相应的融合中心（相当于整个网络的 汇聚节点），将各个传感器节点的数据都汇聚于融合中心进行集中处理。这种方式的优 点是，传感器节点的数据信息获取相对完整，融合处理的精度高；缺点是网络数据传输 量大，融合中心的负荷重，对融合中心处理能力的要求高。 ② 分布式。该方式是将数据融合处理分散在无线传感器网络中，这些分散的节点各 自完成相应的局部融合处理，再将处理后的结果传送到网络的汇聚节点，汇聚节点还可 针对收集到的所有局部融合结果进行再次融合处理。 ③ 混合式。该方式均衡了集中式和分布式的优缺点，以达到优势互补的效果，但网 络系统的结构设计更加复杂，能够在一定程度上适应异构组网需求的发展。
利用数据融合技术，结合被监测区域附近传感器节点收集信息的关联性， 针对该局部区域的传感器节点，将同一监测事件或对象的节点数据进行融合 处理，进而可得到一致性且高准确度的数据描述，也可以有效地对异常或失 效的传感器节点进行辨识，提高网络信息的可信度。
无线传感器网络与物联网通信技术
3.6 数据融合技术 提高数据收集效率，促进网络性能优化
无线传感器网络与物联网通信技术
3.6 数据融合技术 基于融合信息量的分类
无线传感器网络与物联网
无线传感器网络与物联网现今，随着科技的不断进步，无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）和物联网（Internet of Things，IoT）成为了研究和应用领域的热门话题。
WSN是一种由大量分布式传感器节点组成的网络，可以感知和获取环境中各种数据，并将这些数据通过网络传输给用户；而IoT是将各种物理设备通过互联网连接起来，实现互联互通和远程控制。
本文将从WSN和IoT的定义、特点以及应用领域等方面进行探讨，来对这两个技术进行较为全面的了解。
一、无线传感器网络（WSN）的定义与特点无线传感器网络是一种由大量分布式传感器节点组成的网络。
节点通常由传感器、处理器、通信接口和能源供应组成，这些节点通过无线通信协议互连，并通过协同工作来实现对环境的监测和数据采集。
WSN具有以下几个特点：1. 自组织性：WSN中的节点可以根据环境的变化和网络的需求，自主地组成网络形态，实现自组织和自适应。
2. 分布性：WSN中的传感器节点可以分布在广泛的区域内，实现对整个区域内环境信息的实时获取。
3. 低功耗：由于传感器节点资源有限，WSN中的节点通常采用低功耗的设计，以延长节点的生命周期。
4. 多样性：WSN中的传感器节点可以搭载各种类型的传感器，用于感知温度、湿度、压力、光照等不同的环境参数。
5. 可靠性：WSN具备自动容错和自修复的能力，当网络中某个节点发生故障时，可以通过其他节点进行数据转发，保证数据的可靠性。
二、物联网（IoT）的定义与特点物联网是将各种物理设备通过互联网连接起来，实现互联互通和远程控制的技术。
通过物联网，各种智能设备、感应器和传感器可以实现互相通信和数据交换，从而实现人机互动、设备管理和数据分析等应用。
物联网具有以下几个特点：1. 互联性：物联网通过各种通信技术将物理设备连接在一起，实现设备之间的互联互通，提供全球性的连接服务。
2. 智能化：物联网中的设备具备智能化的能力，可以根据环境和用户的需求，自主地进行数据采集、处理和决策。
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➢ 网络拓扑控制技术。 • 研究的内容：是满足网络覆盖度和连通度的前提下，通过功率控
一、无线传感器网络WSN概述
1. 无线传感器网络的发展现状。
➢ 欧洲2002年启动的EYES研究计划
一、无线传感器网络WSN概述
1. 无线传感器网络的发展现状。
➢ WSN的标准化工作
一、无线传感器网络WSN概述
1. 无线传感器网络的发展现状。
➢ 结论：美国和欧洲对WSN非常重视，投入巨大人力和物力广泛开展 理论和应用平台的研究开发
➢ WSN具有极其广泛的应用，如感知战场状态（军事应用）、环境监 控（如气候、地理、污染变化的监控）、物理安全（如建筑和结 构的）监控、城市道路交通监控、安全场所的视频监控……
一、无线传感器网络WSN概述
1. 无线传感器网络的发展现状。
➢ WSN应用例子—安全监控（如矿井结构、瓦斯）
一、无线传感器网络WSN概述
一、无线传感器网络WSN概述
1. 无线传感器网络的发展现状。
➢ 2002年Berkeley大学启动了NEST计划 • 目的：开发出Network Embedded Systems Technology(NEST) 开
放式的软、硬件实验平台，以加速发展面向应用多样化的算法、 服务和体系构架 ➢ 美国国防研究机构DARPA意识到传感器网络的巨大应用价值 Computing • 10年前启动了一个分布式传感器网络计划DSN（Distributed Sensor Networks program） • 2001年又启动一个传感器信息技术计划SensIT（Sensor Information Technology program）
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1. 无线传感器网络的发展现状。
➢ 国内对WSN的研究 • 2004年中国国家自然科学基金委员会将无线传感器网络列为重点
研究项目
• 2005年我国开始传感网标准化研究工作《国家中长期科学和技术 发展规划纲要(2006-2020)》在支持的重点领域及其优先主题“ 信息产业及现代服务业”中列入了“传感器网络及智能信息处理 ”, 并在前沿技术中重点支持“ 自组织传感器网络技术”Βιβλιοθήκη 一、无线传感器网络WSN概述
1. 无线传感器网络的发展现状。
➢ 2004年在美国国家自然科学基金、国家健康协会的资助下，哈佛 大学启动了CodeBule平台研究计划。
• 目的：把无线传感器网络技术应用于医疗事业领域，包括医疗救 急、灾害事故的快速反应、病人康复护理等方面。
一、无线传感器网络WSN概述
在任何的等级和层次差异,所以也被称为对等式结构
一、无线传感器网络WSN概述
2. 无线传感器网络的特点和结构
➢ WSN有两种组网结构：
2)逻辑分层结构， 如右图。网络节点 按照某种规则（如 地理位置、应用需 求）分成各个簇， 每个簇由簇头和成 员节点构成。
WSN的逻辑分层结构
二、 WSN的技术热点
• 2008年9月启动的国家16个重大专项中03专项设立7个方向，WSN为 第6个—“短距离无线互联与传感器网络研发”。。。。。。
一、无线传感器网络WSN概述
2. 无线传感器网络的特点和结构
一、无线传感器网络WSN概述
2. 无线传感器网络的特点和结构
➢ WSN有两种组网结构：
WSN通信体系平面结构 1)平面拓扑结构，如上图。所有的网络节点处于相同的平等地位,不存
• TASK计划，研发Tiny Application Sensor Kit（TASK），为一般 用户快速开发和部署自己的WSN应用，提供简单实用的开发套件。
一、无线传感器网络WSN概述
1. 无线传感器网络的发展现状。
➢ 欧洲2002年启动的EYES研究计划（自组织和协作有效能量的传感 器网络）
EYES研究计划的体系结构
无线传感器网络与物联网
WSN & IOT
主要内容
一、无线传感器网络WSN概述 二、WSN的技术热点 三、特殊的传感网：RFID 四、物联网IOT
一、无线传感器网络WSN概述
1. 无线传感器网络的发展现状。
➢ 随着微电子和微系统(MEMS)、无线通信、信号处理这三个技术领 域近年来的飞速发展，一个新的研究领域成为国外关注的热点， 这就是基于大量具有通信功能的微型无线传感器构造的无线传感 器网络WSN(Wireless Sensor Networks)。
。。。
一、无线传感器网络WSN概述
1. 无线传感器网络的发展现状。
➢ WSN相关的国际会议 • 欧洲WSNs顶级学术会议：European Conference on Wireless
Sensor Network, EWSN • Wireless Communications and Networking Conference • Wireless Communications, Networking and Mobile Computing • ISCIT • ICASSP • ISSCS。。。。。。
1. 无线传感器网络的发展现状。
➢ 国际学术界对WSN的关注－专刊 • ACM于2005年创刊的ACM Transaction on Sensor Network • IEEE Journal on Selected Areas in Communications
(2004,VOL.22,NO.6,2005,VOL.23,NO.4，006,VOL.24,NO.2 ) • Proceedings of The IEEE (2003,Vol.91,N0.8) • IEEE Wireless Communications(December 2004) • IEEE Signal Processing Magazine (2006,VOL.23,NO.4 )。。。
1. 无线传感器网络的发展现状。
➢ 2003年INTEL公司在Berkeley大学的研究中心启动了关于WSN方面 的研究计划,内容
• 异构传感器网络，测量各种异构传感器网络的性能，研究嵌入式 处理在异构网络中的应用。
• mote计划，开发下一代的自组织WSN节点，设计出更强处理能力、 更大存储容量、更高带宽和可靠射频能力的节点。