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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无线传感器网络的应用
军事应用 环境应用 医疗应用 家庭应用 工业应用 其他应用
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无线传感器网络的体系结构
无线传感器网络的系统架构 传感器节点的结构 无线传感器网络的体系结构概述
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无线传感器网络的系统架构
终端用户
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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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分布式
网络没有严格的控制中心，所有节点地位 平等，节点之间通过分布式的算法来协调 彼此行为，是一个对等网络。
节点可以随时加入或离开网络，任何节点 的故障不会影响整个网络的运行，具有很 强的抗毁性。
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自组织
无需人工干预和任何其他预置的网络设施， 可以在任何时刻，任何地方快速展开并自 动组网，自动进行配置和管理，通过适当 的网络协议和算法自动转发监测数据。
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无线传感器网络的系统架构
大量的传感器节点随机密布于整个被观测区域中， 通过自组织的方式构成网络。
传感器节点通常是一个嵌入式系统。要访问通信 范围以外的节点，必须使用多跳路由。
汇聚节点通常具有较强的处理能力、存储能力和 通信能力。它连接传感器网络与外部网络，通过 协议转换实现管理节点与传感器网络之间的通信， 把收集到的数据信息转发到外部网络上，同事发 布管理节点提交的任务。
第一章 无线传感器网络概述
无线传感器网络介绍 无线传感器网络的体系结构 无线传感器网络的研究进展
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无线传感器网络介绍
无线传感器网络的概念 无线传感器网络的特征 无线传感器网络的应用
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无线传感器网络的概念
无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的微型传感器节 点通过无线电通信形成的一个多跳的自组织网络系统，其目的 是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域里被监测对象的信息， 并发送给观察者。 无线传感器网络是一种无中心节点的全分布系统。传感器节点 集成有传感器、数据处理单元、和通信模块，它们通过无线信 道相连，自组织地构成网络系统。 无线传感器网络使人们在任何时间、任何地点和任何环境条件 下都能够获取大量翔实可靠的信息，最终成为一种“无处不在” 的传感技术。 无线传感器网络涉及传感器技术、网络通信技术、无线传输技 术、嵌入式技术、分布式信息处理技术、微电子制造技术、软 件编程技术等。其应用已经由军事国防领域扩展到环境监测、 交通管理、医疗健康、工商服务、反恐抗灾等多领域。
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动态性强
要求传感器节点能够随着环境的变化而适 时地调整自身工作状态。 网络拓扑结构的变化也要求系统能够很好 地适应自身动态多变的“内在环境”。
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应用相关
由于不同应用关心不同物理量，其硬件平 台、软件系统和通信协议也必然会有很大 差异。 无线传感网络不能像Internet那样有统一 的通信协议平台。应针对每一个具体的应 用来开展设计工作。
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无线传感器网络的特征
规模大、密度高 动态性强 应用相关 以数据为中心 可靠性 节点能力受限
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规模大、密度高
为获取尽可能精确、完整的信息，无线传 感器网络通常密集部署在大片的监测区域 中，其节点的数量和密度较无线自组网络 成数量级地提高。 通过大量冗余节点的协同工作来提高系统 工作质量。
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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传感器节点的结构
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传感器节点的结构
传感器节点由传感单元、处理单元、无线收发单元和电源 单元等几部分组成。 传感单元用于感知、获取监测区域内的信息，并将其转换 为数字信号。 处理单元负责控制和协调节点各部分工作，存储和处理自 身采集的数据以及其他节点发来的数据。 无线收发单元负责与其他传感器节点进行通信，交换控制 信息和收发采集数据。 电源单元能够为传感器节点提供正常工作所必须的能源。 此外，传感器节点还可以包括其他辅助单元，如移动系统、 定位系统和自供电系统等。
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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。
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安全性差
由于采用了无线信道、分布式控制等技术， 网络更容易受到被动窃听、主动入侵等攻 击。
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可靠性
由于无线传感网络可以大规模部署于指定 的恶劣环境或无人区域，使得网络维护困 难或不可维护，因而要求传感器节点非常 坚固、不易损坏、适应极端环境。 为防止数据被盗和伪造，无线传感器网络 设计必须具有很好的鲁棒性和容错性。
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节点能力受限
电源能量受限 计算和存储能力有限 通信能力有限
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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