无线传感器网络ppt
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无线传感器网络技术原理及应用-ppt课件-第9章
评估 IEEE802.11 设备及网络的性能测量、性能指标及测试过程的推荐方法，大写 字母 T 表示推荐而不是技术标准
修正物理层和 MAC 层，提供一个通用及标准的方法与非 IEEE802.11 网络(如蓝牙、 WIMAX)共同工作
扩大了网络吞吐量，减少冲突，提高网络管理的可靠性 扩展了 IEEE802.11 对数据帧的管理和保护以提高网络安全
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
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由于802.11在速率和传输距离上都不能满足需要， 1999年，IEEE小组又相继推出两个补充版本：802.11a和 802.11b。802.11a定义了一个在5GHz的ISM频段上，数据传 输速率可达到54Mbit/s的物理层；802.11b定义了一个在 2.4GHz的ISM频段上，但数据传输速率高达11Mbit/s的物理 层，成为第一个在WIFI标准下将产品推向市场的标准。 1999年，工业界成立了WIFI联盟，致力解决符合802.11标 准的产品的生产和设备兼容性问题。2003年6月，IEEE 802.11g规范正式批准，物理层速率提高到54 Mb/s，并提高 了与IEEE802.11b设备在2.4GHz ISM频段的公用能力。
WIFI全称为Wireless Fidelity，又称IEEE802.11b标准， 它的最大优点就是传输速度较高，可以达到11 Mb/s，另外 有效距离也较长，与已有的各种IEEE802.11DSSS设备兼容。 本章介绍WIFI技术的技术标准、组网方式及协议架构。
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
修正物理层和 MAC 层，提供一个通用及标准的方法与非 IEEE802.11 网络(如蓝牙、 WIMAX)共同工作
扩大了网络吞吐量，减少冲突，提高网络管理的可靠性 扩展了 IEEE802.11 对数据帧的管理和保护以提高网络安全
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
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由于802.11在速率和传输距离上都不能满足需要， 1999年，IEEE小组又相继推出两个补充版本：802.11a和 802.11b。802.11a定义了一个在5GHz的ISM频段上，数据传 输速率可达到54Mbit/s的物理层；802.11b定义了一个在 2.4GHz的ISM频段上，但数据传输速率高达11Mbit/s的物理 层，成为第一个在WIFI标准下将产品推向市场的标准。 1999年，工业界成立了WIFI联盟，致力解决符合802.11标 准的产品的生产和设备兼容性问题。2003年6月，IEEE 802.11g规范正式批准，物理层速率提高到54 Mb/s，并提高 了与IEEE802.11b设备在2.4GHz ISM频段的公用能力。
WIFI全称为Wireless Fidelity，又称IEEE802.11b标准， 它的最大优点就是传输速度较高，可以达到11 Mb/s，另外 有效距离也较长，与已有的各种IEEE802.11DSSS设备兼容。 本章介绍WIFI技术的技术标准、组网方式及协议架构。
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
无线传感器网络的理论及应用PPT教学课件
2020/12/11
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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。
2020/12/11
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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。
2020/12/11
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网络管理平台
拓扑控制：拓扑控制利用链路层、路由层完成拓扑生成，反过来又为 它们提供基础信息支持，优化MAC协议和路由协议，降低能耗。 服务质量管理：服务质量（QoS）管理在各个协议层设计队列管理、 优先级机制或者带宽预留等机制，并对特定应用的数据给予特别处理。 能量管理：每个协议层次中都要增加能量控制代码，并提供给操作系 统进行能量分配决策。 安全管理：传统安全机制无法使用。采用扩频通信、接入认证/鉴权、 数字水印和数据加密等技术。 移动管理：监测和控制节点的移动，维护到汇聚节点的路由，还可以 使传感器节点跟踪它的邻居。 网络管理：对无线传感器网络上的设备及传输系统进行有效监视、控 制、诊断和测试所采用的技术和方法。它要求协议各层嵌入各种信息 接口，并定时收集协议运行状态和流量信息，协调控制网络中各个协 议组件的运行。
2020/12/11
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应用支撑平台
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： 时间同步 定位 应用服务接口 网络管理接口
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无线传感器网络的研究进展
无线传感器网络的发展历程 无线传感器网络的关键技术 无线传感器网络所面临的挑战
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无线传感器网络技术原理及应用第6章ppt课件
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3. MC1322X系列 MC13224是MC1322X系列的典型代表，是飞思卡尔公 司研发的第三代Zigbee解决方案。它集成了完整低功耗 2.4GHz无线电收发器，基于32位ARM7核的MCU，是高密 度低元件数IEEE802.15.4综合解决方案，能实现点对点连 接和完整的Zigbee网状网络。 MC13224支持国际802.15.4标准以及ZigBee、 ZigBeePRO和ZigBeeRF4CE标准，提供了优秀的接收器灵 敏度和健壮的抗干扰性，具有多种供电模式，以及一套常 用的外设集(包括2个高速UART、12位ADC和64个通用 GPIO、4个定时器、I2C等)。
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2) 时钟和电源管理 数字内核和外设由一个1.8V低差稳压器供电。另外， CC253X系列芯片包括一个电源管理功能，可以实现使用不 同供电模式，用于延长电池的寿命，有利于低功耗运行。 3) 外设 CC253X系列芯片有许多不同的外设，允许应用程序设 计者开发先进的应用。这些外设包括调试接口、I/O控制器、 两个8位的定时器、一个16位的定时器、一个MAC定时器、 ADC和AES协处理器、看门狗电路、两个串口和USB(仅限 于CC2531)。
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6.2 应用系统组成
Zigbee是一种短距离的无线通信技术，其应用系统由 硬件和软件组成。本节将详细讲解比较常见的Zigbee芯片 及Zigbee协议栈。
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为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
《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。
《无线传感器网络》PPT课件
精选ppt
2
• 现代微型传感器
–感知能力＋计算能力＋通信能力 –体积小 –能耗小 –由六部分组成
精选ppt
3
传感器节点
• 传感器模块：信息采集、数据转换 • 处理器模块：控制、数据处理、网络协议 • 无线通讯模块：无线通信，交换控制信息和收发
采集数据 • 能量供应模块：提供能量
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4
传感器网络的三要素
– 每个传感器仅具有有限的存储器和 计算资源，难以处理巨大的实时数 据流
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传感器节点的限制
• 以数据为中心
– 传感器网络不是通常的网络
• 用户感兴趣的是数据而不是网络和传感器硬件
– 用户很少询问“A节点到B节点的连接是如何实现的？” – 用户经常询问“网络覆盖区域中那些地区出现毒气？”
– 传感器网络中传感器节点密集，数量 巨大，可能达到几百、几千万，甚至 更多
– 传感器网络可以分布在很大区域，也 可以分布在险恶环境下
– 传感器数量大、分布广的特点使得网 络的维护十分困难甚至不可维护
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传感器节点的限制
• 感知数据流无限
– 传感器网络每个传感器都产生无限 的流式数据，并具有实时性
• 传感器传输1位信息需要的电能足以执行 3000条计算指令
精选ppt
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传感器节点的限制
• 计算能力有限
– 传感器网络中传感器通常都具有嵌入式处 理器和存储器，具有计算能力
– 但是，处理器性能、存储器容量和能源都 很有限，导致传感器的计算能力十分有限
精传感器数量大、分布范围广
精选ppt
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传感器节点的限制 • 需要多种多样的感知 器
无线传感器网络体系结构PPT课件
1.传感器节点 （1）数据采集模块 （2）处理控制模块 （3）无线通信模块 （4）能量供应模块 2. 汇聚节点 3.管理节点
第2章 无线传感器网络体系结构
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2.2.2 无线传感器网络软件体系结构
第2章 无线传感器网络体系结构
无线传感器网络中间件和平台软件体系结构主要分为四个层次：网络适配 层、基础软件层、应用开发层和应用业务适配层。其中，网络适配层和基础 软件层组成无线传感器网络节点嵌入式软件(部署在无线传感器网络节点中) 的体系结构，应用开发层和基础软件层组成无线传感器网络应用支撑结构 (支持应用业务的开发与实现)。
第2章 无线传感器网络体系结构
2.1 体系结构概述
无线传感器网络包括4类基本实体对象：目标、观测节 点、传感节点和感知视场。另外，还需定义外部网络、远 程任务管理单元和用户来完成对整个系统的应用刻画，如 图2-1所示。
目标
外部网络 （UAV、卫星通信
网、互联网等）
远程任务管理
用户
数据传输或 信令交换
分布式网络服务接口
分布式网格 管理接口
应用层 传输层 网络层 数据链路层
安
Qos
路由
全 机
制
信道接入
拓扑生成
无线电
.
红外线
能
源
管
理
网
络
管
拓
理
扑
管
理
光波
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无线传感网络结构
• 一、单跳网络
• 概念：为了向汇聚节点传送数据，各传感 器节点可以采用单跳方式将各自的数据直 接发送给汇聚节点，采用这种方式所形成 的网络结构 为单跳网络结构。
. 传感器节点
感知现场 1
无线传感器网络综述(完整版)ppt资料
UC Berkeley承担的Smart Dust工程。
历史以及开展现状〔续〕
1998-2002年DARPA资助，加州大学伯克 利分校等25个机构联合承担的SensIT方案；
1999-2004年间海军研究办公室的SeaWeb 方案等。 国内：
中国的一些研究机构近年开始研究：中国 科学技术大学、清华大学、中科院计算所、上 海微系统所、沈阳自动化所以及合肥智能所等 研究单位 。
WSN的特征〔续〕
☆传感器网络的特点：
大规模网络 自组织网络 动态性网络 可靠性网络 应用性相关的网络 以数据为中心的网络
WSN的应用
☆军事上的应用 传感器网络具有可快速部署、可自组织、隐蔽性
强和高容错性的特点，因此非常适合军事上的 应用。通过飞机或炮弹直接将传感器节点散播 到敌方阵地内部，或者在公共隔离带部署传感 网络，就能隐蔽而且近距离的准确收集战场信 息。 例:传感器网络已经成为美军事C4ISRT系统必 不可少的一局部。
WSN的应用〔续〕
WSN的应用〔续〕
☆建筑物状态监控 利用传感器网络监控建筑物的平安状态。 例：Microstrain在佛蒙特州的一座重载桥梁上 安装了一套该公司研制的系统，将位移传感器 安装在钢梁上用来测量静态和动态应力，并通 过无线网络来采集数据。该无线系统可以保存 在桥梁上用于长期监测桥梁是否处于正常受控 状态 。 〔如图 〕
传感器、感知对象、观察者。
WSN概述〔续〕
影响力 ☆美国商业周刊和MIT技术评论在预测未来
技术开展报告中将无线传感器网络列为21世纪 最有影响的21项技术和改变世界的10大技术 之一。 ☆传感器网络被列为未来3大高科技产业一。 ☆美国的?技术评论?将无线传感器网络列 为第一项未来新兴技术。 ☆?商业周刊? 预测的未来4大新技术中，无 线传感器网络也列入其中等。
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。
无线传感器网络应用实例PPT课件
1
什么是无线传感器网络？
Internet、卫星或 移动通信网络等
任务管理中心
汇聚节点 监测区域
传感器节点
2
无线传感器网络的应用
地震监测 深海监控
生活习性监测
战场评估
传感器网络
医疗状况监控 精细农业
目标跟踪和检测
森林火灾监控
小区安全监控
3
精细农业 种植
智能家居
厂房设备及 环境监控Biblioteka 医院病房 电子巡检11
精细农业 种植
智能家居
厂房设备及 环境监控
医院病房 电子巡检
12
无线传感器网络应用举例—智能家居
监测节点
13
无线传感器网络应用举例—智能家居
穿戴具有感知设备衣服， 一旦发现人体状况异常时， 会向房间内的节点发出信 号
14
精细农业 种植
智能家居
厂房设备及 环境监控
医院病房 电子巡检
15
无线传感器网络应用举例—厂房设备及环境监控
16
无线传感器网络应用举例—厂房设备及环境监控
监控人员发现厂房设备 及环境有异常情况时， 通知相关负责人迅速到 达故障地点
17
汇报结束 欢迎指正
18
4
无线传感器网络应用举例—医院病房电子巡检
5
无线传感器网络应用举例—医院病房电子巡检
在病人身上安装带 有射频标签的微型 无线传感器，动态 感知病人信息。
6
无线传感器网络应用举例—医院病房电子巡检
病房外的医生 携带PDA等通 讯设施
7
无线传感器网络应用举例—医院病房电子巡检
得知病人病情后， 医生将通知值勤护 士或者急救人员前 往病房救助
8
什么是无线传感器网络？
Internet、卫星或 移动通信网络等
任务管理中心
汇聚节点 监测区域
传感器节点
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无线传感器网络的应用
地震监测 深海监控
生活习性监测
战场评估
传感器网络
医疗状况监控 精细农业
目标跟踪和检测
森林火灾监控
小区安全监控
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精细农业 种植
智能家居
厂房设备及 环境监控Biblioteka 医院病房 电子巡检11
精细农业 种植
智能家居
厂房设备及 环境监控
医院病房 电子巡检
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无线传感器网络应用举例—智能家居
监测节点
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无线传感器网络应用举例—智能家居
穿戴具有感知设备衣服， 一旦发现人体状况异常时， 会向房间内的节点发出信 号
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精细农业 种植
智能家居
厂房设备及 环境监控
医院病房 电子巡检
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无线传感器网络应用举例—厂房设备及环境监控
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无线传感器网络应用举例—厂房设备及环境监控
监控人员发现厂房设备 及环境有异常情况时， 通知相关负责人迅速到 达故障地点
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汇报结束 欢迎指正
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4
无线传感器网络应用举例—医院病房电子巡检
5
无线传感器网络应用举例—医院病房电子巡检
在病人身上安装带 有射频标签的微型 无线传感器，动态 感知病人信息。
6
无线传感器网络应用举例—医院病房电子巡检
病房外的医生 携带PDA等通 讯设施
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无线传感器网络应用举例—医院病房电子巡检
得知病人病情后， 医生将通知值勤护 士或者急救人员前 往病房救助
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无线传感器网络技术ppt课件
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模拟调制和数字调制
数字调制是用数字基带信号对高频载波的 某一参量进行控制，使高频载波随着数字 基带信号的变化而变化。目前通信系统都 在由模拟制式向数字制式过渡，因此数字 调制已经成为了主流的调制技术。
.
12
数字调制
幅度
频率
相位
通过调节三个参数可以表达信息
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幅度调制 Amplitude shift keying e.g. MICA TR1000
-110(2.4kBaud)
19.7 250k -25~0 -94(250kBaud1)9
物理层帧结构
4B
1B
1B
前导码
SFD 帧长度（7位） 保留位
同步头
帧的长度，最大为128B
可变长度 PSDU
PHY负荷
前导码：第一个字段，其字节数一般取4， 收发器在接收前导码期间会根据前导码序列 的特征完成片同步和符号同步，当然字节数 越多同步效果越好，但那需要更多的能量消 耗。
.
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直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS)
跳频(Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS)
跳时(Time Hopping Spread Spectrum, THSS)
宽带线性调频扩频(chirp Spread Spectrum, chirp-SS，简称切普扩频)。
提供传送数据的通路 传输数据 其他管理功能
.
PPDU数据
Bit to Symbol Symbol to Chip
Modulator RF信号
2
物理接口标准
通常物理接口标准对物理接口的四个特性进行了描述：
无线传感器网络技术与应用课件
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1、基于距离的定位
基于距离的定位机制（range-based）是通过测量相邻节点 间的实际距离或方位进行定位的。分为三个阶段
1）测距阶段。首先未知节点通过测量接收到信标节点发出 信号的某些参数，如强度、到达时间、达到角度等，计算 出未知节点到信标节点之间的距离，这个测量出来的距离 可能是未知节点到信标节点的直线距离，也可能是二者之 间的近似直线距离。
48
2、入侵检测技术 入侵检测可以被定义为识别出正在发生的入侵 企图或已经发生的入侵活动过程 分类 基于误用的检测 基于异常的检测 基于规范的检测
49
入侵检测框架
50
国内和国际有多项标准与无线传感器网络具有关联 性，其中明确提出其研究对象为无线传感器网络标 准的组织包括国内WGSN标准工作组和国际ISO/IEC JTC1 WG7工作组
39
3、查询处理技术 动态数据查询：数据仅在一个小的时间窗内有效 历史数据查询：对检测到的历史数据进行检测、 分析走势等，此类查询通常认为每个数据都是同 等重要的，是不可缺少的
40
四、目标跟踪技术 目标跟踪是指为了维持对目标当前状态的估计， 同时也是对传感器接收的量测进行处理的过程 基本原理：当有目标进入监测区域时，由于目标 的辐射特性（通常是红外辐射特征）、声传播特 征和目标运动过程中产生的地面震动特征，传感 器会探测到相应的信号
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二、无线传感器网络的应用领域 军事 农业 医疗 建筑工程与建筑物 智能建筑与市政建设管理
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三、无线传感器网络的特点 体积小、电源能力有限 计算和存储能力有限 分布式、多跳自组织 通信半径小、带宽低 动态性强 以数据为中心
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四、无线传感器网络的关键技术 网络拓扑控制 网络协议 时间同步 定位技术 数据管理 网络安全
1、基于距离的定位
基于距离的定位机制（range-based）是通过测量相邻节点 间的实际距离或方位进行定位的。分为三个阶段
1）测距阶段。首先未知节点通过测量接收到信标节点发出 信号的某些参数，如强度、到达时间、达到角度等，计算 出未知节点到信标节点之间的距离，这个测量出来的距离 可能是未知节点到信标节点的直线距离，也可能是二者之 间的近似直线距离。
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2、入侵检测技术 入侵检测可以被定义为识别出正在发生的入侵 企图或已经发生的入侵活动过程 分类 基于误用的检测 基于异常的检测 基于规范的检测
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入侵检测框架
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国内和国际有多项标准与无线传感器网络具有关联 性，其中明确提出其研究对象为无线传感器网络标 准的组织包括国内WGSN标准工作组和国际ISO/IEC JTC1 WG7工作组
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3、查询处理技术 动态数据查询：数据仅在一个小的时间窗内有效 历史数据查询：对检测到的历史数据进行检测、 分析走势等，此类查询通常认为每个数据都是同 等重要的，是不可缺少的
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四、目标跟踪技术 目标跟踪是指为了维持对目标当前状态的估计， 同时也是对传感器接收的量测进行处理的过程 基本原理：当有目标进入监测区域时，由于目标 的辐射特性（通常是红外辐射特征）、声传播特 征和目标运动过程中产生的地面震动特征，传感 器会探测到相应的信号
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二、无线传感器网络的应用领域 军事 农业 医疗 建筑工程与建筑物 智能建筑与市政建设管理
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三、无线传感器网络的特点 体积小、电源能力有限 计算和存储能力有限 分布式、多跳自组织 通信半径小、带宽低 动态性强 以数据为中心
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四、无线传感器网络的关键技术 网络拓扑控制 网络协议 时间同步 定位技术 数据管理 网络安全
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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。
2、1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
3.1 无线传感器网络MAC协议
Freescale公司的 mc13191
中科院的miniga采集单元
负责监测区域内信息的采集和数据转换，本设计 中数据采集单元包括了温度、湿度、光强度、加速 度和大气压力传感器；数据处理单元负责控制整 个 节点的处理操作、路由协议、同步定位、功耗管理、 任务管理等；数据传输单元负责与其他节点进行无 线通信，交换控制消息和收发采集数据；电源管理 单元选通 所用到的传感器，节点电源由两节1.5V碱 性电池组成，今后将采用微型纽扣电池，以进一步 减小体积。为了调试方便及可扩展性，将数据采集 单元独立出来，做成两块能相互套接的可扩展主板
Wireless Module
Sensor Boards
Gateways
Mote(公司)的 Tmote Sky
Tmote Connect
其他的一些硬件平台
Intel 公司的intel mote2
Chipcon 公司的cc2420ZDK Ember公司的em250 Development kit
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
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。
Crossbow(公司)
传输层与应用层
传输层
传输层提供无线传感器网络内部以数据为基础的 寻址方式变换为外部网络的寻址方式，也就是完成 数据格式的转换。 应用层 无线传感器网络也有一个属于自己的操作系统— TinyOS。这个系统不同于传统意义上的操作系统， 它更像一个编程构架，在此构架下，搭配一组必要 的组件，就能方便地编译出面向特定应用的操作系 统
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
3.2无线传感器网络路由协议
主要完成两大功能：一是选择适合的优化路径， 一是沿着选定的路径正确转发数据
无线收发模块设计
CC2420是Chipcon公司开发的首款符合
Zigbee标准的2.4 GHz射频芯片，集成了所有 Zigbee技术的优点，可快速应用到Zigbee产 品中。Zigbee是建立在IEEE 802.15.4定义的 可靠的PHY(物理层)和MAC(媒体访问控制层) 之上的标准，它定义了网络层、安全层和应 用层。Zigbee的协议架构如图2所示
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
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 机选择簇首节点，将全网络的能量负载平均分配到每个传感 器节点，从而达到降低网络能源消耗的目的。这里要解释一 下簇，簇是分层路由协议的概念，根据分层路由协议，网络 被划分成不同簇，每一个簇由一个簇首和簇成员组成，多个 簇首形成高级的网络，簇首节点不仅负责其辖下簇内信息的 收集和融合处理，还负责簇之间数据的转发） 4 PEGASIS（PEGASIS可谓LEACH的升级版本。）
图1 无线传感器网络体系结构图
1.3.2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IEEE 802.15.4标准（Zigbee）
数据链路层（MAC层协议）
泛洪协议
SPIN协议
定向扩散(Directed Diffusion)协议 LEACH协议
3.3无线传感器能量管理机制
1) 动态功率管理(dynamic power
management,简称DPM) 2) 动态电压调度(dynamic voltage scheduling,简称DVS)
传感器节点
汇聚节点 管理平台
传感器节点
无线传感器网络微型节点由数据采集单元、数据处理单元、
数据传输单元和电源管理单元4部分组成
汇聚节点
当节点作为汇聚节点时，其主要功能就足连接传感
器网络与外部网络(如Internet)，将传感器节点采集 到的数据通过互联网或卫星发送给用户。
管理平台
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。）
1、3无线传感器网络系统及协议系统 结构
1、3、1无线传感器网络系统
无线传感器网络体系结构[1]如图1所示,传感器网络通常包括 传感器节点，汇聚节点和管理节点。传感器节点任意的分布 在某一监测区域内，节点以自组织的形式构成网络，通过多 跳中继方式将监测数据传送到汇聚节点，最后通过Internet 或其他网络通讯方式将监测信息传送到管理节点。同样的， 用户可以通过管理节点进行命令的发布，告知传感器节点收 集监测信息。
3.3.2动态电压调度(dynamic voltage scheduling,简称DVS)
3.4无线传感器网络QOS保证技术
3.5无线传感器网络数据融合技术
3.6无线传感器网络安全机制
3.7无线传感器网络定位技术
3.8无线传感器网络同步管理机制
四、无线传感器网络硬件平台
4、1硬件结构
3.3.1动态功率管理(dynamic power management,简称DPM)
在多数传感器网络的应用中,监测事件具有很强 的偶发性,节点上所有的工作单元没有必要时刻保持 在正常的工作状态.处于沉寂状态,甚至完全关闭,必 要时加以唤醒是一种有效的系统节能方案.传感器网 络节点的主要功耗器件有处理器、内存、带A/D的传 感器和无线收发单元.Sinhua等人根据它们的状态组 合的有效性,将整个节点分为5种工作状态,在嵌入式 操作系统的支持下进行切换,既满足了功能的需要, 又节省了功耗.
图3 数据传输单元接口电路
操作系统
TinyOS
MANTIS OS
SOS
MagnetOS
PEEROS
AmbitentRT
数据处理单元
如设计中数据处理单元选用Atmel公司的ATmega128L微控制器，它是 采用低功耗COMS工艺生产的基于RISC结构的8位微控制器，是目前 AVR系列中功能最强大的单片机。 ATmega128L具有丰富的资源和极低的功耗。它具有片内128KB的程序 Flash，4KB的数据SRAM，可外扩到64KB的E2PROM。此外，它还有8 个10位ADC通道，2个8位和2个16位硬件定时/计数器，并可在多种不同 的模式下工作；8个PWM通道、可编程看门狗定时器和片上振荡器、片 上模拟比较器；UART、SPI、I2C总线接口；JTAG接口。除了正常操作 模式外，还具有六种不同等级的低功耗操作模式，每种模式具有不同的 功耗
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。
2、1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
3.1 无线传感器网络MAC协议
Freescale公司的 mc13191
中科院的miniga采集单元
负责监测区域内信息的采集和数据转换，本设计 中数据采集单元包括了温度、湿度、光强度、加速 度和大气压力传感器；数据处理单元负责控制整 个 节点的处理操作、路由协议、同步定位、功耗管理、 任务管理等；数据传输单元负责与其他节点进行无 线通信，交换控制消息和收发采集数据；电源管理 单元选通 所用到的传感器，节点电源由两节1.5V碱 性电池组成，今后将采用微型纽扣电池，以进一步 减小体积。为了调试方便及可扩展性，将数据采集 单元独立出来，做成两块能相互套接的可扩展主板
Wireless Module
Sensor Boards
Gateways
Mote(公司)的 Tmote Sky
Tmote Connect
其他的一些硬件平台
Intel 公司的intel mote2
Chipcon 公司的cc2420ZDK Ember公司的em250 Development kit
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
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。
Crossbow(公司)
传输层与应用层
传输层
传输层提供无线传感器网络内部以数据为基础的 寻址方式变换为外部网络的寻址方式，也就是完成 数据格式的转换。 应用层 无线传感器网络也有一个属于自己的操作系统— TinyOS。这个系统不同于传统意义上的操作系统， 它更像一个编程构架，在此构架下，搭配一组必要 的组件，就能方便地编译出面向特定应用的操作系 统
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
3.2无线传感器网络路由协议
主要完成两大功能：一是选择适合的优化路径， 一是沿着选定的路径正确转发数据
无线收发模块设计
CC2420是Chipcon公司开发的首款符合
Zigbee标准的2.4 GHz射频芯片，集成了所有 Zigbee技术的优点，可快速应用到Zigbee产 品中。Zigbee是建立在IEEE 802.15.4定义的 可靠的PHY(物理层)和MAC(媒体访问控制层) 之上的标准，它定义了网络层、安全层和应 用层。Zigbee的协议架构如图2所示
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
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 机选择簇首节点，将全网络的能量负载平均分配到每个传感 器节点，从而达到降低网络能源消耗的目的。这里要解释一 下簇，簇是分层路由协议的概念，根据分层路由协议，网络 被划分成不同簇，每一个簇由一个簇首和簇成员组成，多个 簇首形成高级的网络，簇首节点不仅负责其辖下簇内信息的 收集和融合处理，还负责簇之间数据的转发） 4 PEGASIS（PEGASIS可谓LEACH的升级版本。）
图1 无线传感器网络体系结构图
1.3.2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IEEE 802.15.4标准（Zigbee）
数据链路层（MAC层协议）
泛洪协议
SPIN协议
定向扩散(Directed Diffusion)协议 LEACH协议
3.3无线传感器能量管理机制
1) 动态功率管理(dynamic power
management,简称DPM) 2) 动态电压调度(dynamic voltage scheduling,简称DVS)
传感器节点
汇聚节点 管理平台
传感器节点
无线传感器网络微型节点由数据采集单元、数据处理单元、
数据传输单元和电源管理单元4部分组成
汇聚节点
当节点作为汇聚节点时，其主要功能就足连接传感
器网络与外部网络(如Internet)，将传感器节点采集 到的数据通过互联网或卫星发送给用户。
管理平台
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。）
1、3无线传感器网络系统及协议系统 结构
1、3、1无线传感器网络系统
无线传感器网络体系结构[1]如图1所示,传感器网络通常包括 传感器节点，汇聚节点和管理节点。传感器节点任意的分布 在某一监测区域内，节点以自组织的形式构成网络，通过多 跳中继方式将监测数据传送到汇聚节点，最后通过Internet 或其他网络通讯方式将监测信息传送到管理节点。同样的， 用户可以通过管理节点进行命令的发布，告知传感器节点收 集监测信息。
3.3.2动态电压调度(dynamic voltage scheduling,简称DVS)
3.4无线传感器网络QOS保证技术
3.5无线传感器网络数据融合技术
3.6无线传感器网络安全机制
3.7无线传感器网络定位技术
3.8无线传感器网络同步管理机制
四、无线传感器网络硬件平台
4、1硬件结构
3.3.1动态功率管理(dynamic power management,简称DPM)
在多数传感器网络的应用中,监测事件具有很强 的偶发性,节点上所有的工作单元没有必要时刻保持 在正常的工作状态.处于沉寂状态,甚至完全关闭,必 要时加以唤醒是一种有效的系统节能方案.传感器网 络节点的主要功耗器件有处理器、内存、带A/D的传 感器和无线收发单元.Sinhua等人根据它们的状态组 合的有效性,将整个节点分为5种工作状态,在嵌入式 操作系统的支持下进行切换,既满足了功能的需要, 又节省了功耗.
图3 数据传输单元接口电路
操作系统
TinyOS
MANTIS OS
SOS
MagnetOS
PEEROS
AmbitentRT
数据处理单元
如设计中数据处理单元选用Atmel公司的ATmega128L微控制器，它是 采用低功耗COMS工艺生产的基于RISC结构的8位微控制器，是目前 AVR系列中功能最强大的单片机。 ATmega128L具有丰富的资源和极低的功耗。它具有片内128KB的程序 Flash，4KB的数据SRAM，可外扩到64KB的E2PROM。此外，它还有8 个10位ADC通道，2个8位和2个16位硬件定时/计数器，并可在多种不同 的模式下工作；8个PWM通道、可编程看门狗定时器和片上振荡器、片 上模拟比较器；UART、SPI、I2C总线接口；JTAG接口。除了正常操作 模式外，还具有六种不同等级的低功耗操作模式，每种模式具有不同的 功耗