无线传感器网络
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9.4无线传感器网络
教学目标
理解无线传感器网络相关概念、协议与算 法 了解无线传感器网络的各种应用 学习无线传感器网络设计与实现中的一些 关键技术 了解无线传感器网络领域最新的研究进展
推荐书目
(1)智能无线传感器网络系统，于海斌，曾鹏，科学出 版社
(2)无线传感器网络，孙利民，李建中，陈渝，朱红松， 清华大学出版社
现代信息技术 传感器技术 计算机技术 通信技术
信息系统 感官 大脑 神经
无线传感器网络
Байду номын сангаас
网络通信协议
应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
应 移用 能 动优 量 管化 分理 配
传感器节点实物示例
传感器网络的常用逻辑结构图
传感器1 传感器2
无线链路
无线接口 模块
…
传感器N
监控主机
无线传感器网络的特点
高智速物列能公流车停路系铁车系统轨场统
韩北 国京 济大 州兴 岛区 智菊 能花 渔基 场地
克尔斯博公司
沈阳玫瑰园 浙江温州的奶牛牧场
智能交通
智能停车场
智能围界
讨论
请大家思考和组织课堂讨论： 传感器网络还可以有哪些用途？
地日二 震汶零
川零 地八 区年 发五 生月 强十 烈二
WSN应用－监测火山
智能尘埃Smart Dust
Mote
•无线电波传输 •元件齐全，选择性高 •功能较完善
Mote
四、传感器网络的关键技术
通信能力有限
节点通信覆盖范围只有几十到几百米
关键之一
如何在有限的通信能力条件下, 完成探测数据 的传输？ 无线通信技术是第一项关键技术！
电源能量有限
通常电池供电，工作环境恶劣，一次部署 终生使用，更换电池困难
联合国维和部队 伊拉克
微型感应传感器网络 核武器和生化武器
美军未来战斗系统的战场警戒示意图
传感器节点
通行车辆
枪声定位反恐系统
美军“沙地直线”项目
无线链路
目标探测、 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 可以滚动 自动调整姿态位置 万向节固定架设计
无线传感器网络的优势
降低投资成本（最高 降低90％）； 降低使用成本； 灵活，易于改造； 覆盖有线不可达的区 域。
有基础设施网
无
线
网
移动Ad hoc网络
络 无基础设施网
无线传感器网络
“无线传感器网络”术语的标准定义
无线传感器网络(WSN)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，目的是协作地 采集、处理和传输网络覆盖地域内感知对象的监测信息， 并报告给用户。
关键之二
我国发布《国家中长期科学与技
2006 术发展规划纲要》。
计算设备的演化历史
巨型机
小型机
工作站
PC PDA WSN 节点等
生物芯片
三、传感器网络的应用情况
（一）民事应用
大鸭岛海燕监测
海燕 大鸭岛
鸟巢 无人干扰监测
桥 健 环海 梁 康 境洋 监 测
道电 高 葡力 尔路萄高 夫交压 球园线 场通
至二 90 十 年世 代纪 之 80 间年
代
第二阶段
1999年商业周刊将传感器网 络列为二十一世纪最具影响的 21项技术之一 。
感知能力＋计算能力＋通信能力
第三阶段
21
2001 911事件
世
纪
橡树岭实验室提出“网络就是传
开
2002 感器”。
始 至 今
2003
美国《技术评论》杂志评出深远 影响人类未来生活的十大新兴技 术，传感器网络列为第一 。
唐古拉瓦火山（Volcán Tungurahua）在1999年进行了一次 猛烈爆发
Active volcano in central Ecuador – 5018m
WSN应用－监测火山 Infrasonic Microphone
WSN应用－监测火山
Example of eruption data
（二）军事应用
二、传感器网络的发展历史
的 70 最
传 统 的 传 感 器 系 统 。
年 代 越 战 时 期 使 用
早 可 以 追 溯 二 十 世 纪
第一阶段
胡胡志志明明小小道道
热带树
轰炸机
传统感知方法的特征
信号分析
有线/无线连接
Object
Sensors
•传感器仅产生探测数据流 • 传感器无计算能力 • 传感器之间不能相互通信
1.无中心和自组织性 2.动态变化的网络拓扑 3.受限的无线传输带宽 4.移动终端的能力有限 5.多跳路由 6.安全性较差 7.网络的可扩展性不强 8.节点硬件资源有限 9.节点数量众多，分布密集
与现有网络的区别
与其他网络如移动通信网、Ad hoc网络、因特网等相 比有着如下区别： 无线传感器网络中的节点数目更为巨大，密度更高，且节 点不一定具有全球唯一的地址标识； 无线传感器网络中的节点一般不进行快速移动，但节点可 能会随时加入或离开，因而网络的拓扑变化很快； 高度自适应的自治能力。由于应用的特殊性（节点能量较 低或节点的移动、增加、消亡），WSN必须是能够自我配 置的，需要很强的自适应能力和健壮性。 无线传感器网络中节点的电池能量、计算能力和存储能力 相当有限。
无线传感器网络
一 什么是无线传感器网络 二 传感器网络的发展历史 三 传感器网络的应用情况 四 传感器网络的关键技术
911历史事件 寻找拉登藏身之处 应用需求引发研究热潮
一、什么是无线传感器网络
为何需要无线？
2001年全球工业用传感器的市场份额是 110亿美元，而安装和使用成本（主要是 布线成本）超过1000亿美元
密封形 封装罩
节点封装示例（二）
特点： 底基重量大 自正位 “悬垂钟摆”式电路板 飞机抛撒
锥形罩
“狼群”地面传感器网络
美军共计完成23项传感器网络项 目
智能尘埃Smart Dust
•光信号传输 •很微小，微米级的包含传感和通信的平台 •具有计算能力，双向无线通信能力，自带电源 •成本比较低，适合大规模生产和部署 •有特定的用途与功能： 空间探测 远距离交通流量探测 建筑物情况监控 战场，自然资源监视
(3)无线传感器网络，王营冠，王智，电子工业出版社 (4)Wireless Sensor Networks: A Systems Perspective, Nirupama Bulusu, Sanjay Jha,
Artech House, Hardcover, Published July 2005, ISBN 1580538673
教学目标
理解无线传感器网络相关概念、协议与算 法 了解无线传感器网络的各种应用 学习无线传感器网络设计与实现中的一些 关键技术 了解无线传感器网络领域最新的研究进展
推荐书目
(1)智能无线传感器网络系统，于海斌，曾鹏，科学出 版社
(2)无线传感器网络，孙利民，李建中，陈渝，朱红松， 清华大学出版社
现代信息技术 传感器技术 计算机技术 通信技术
信息系统 感官 大脑 神经
无线传感器网络
Байду номын сангаас
网络通信协议
应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
应 移用 能 动优 量 管化 分理 配
传感器节点实物示例
传感器网络的常用逻辑结构图
传感器1 传感器2
无线链路
无线接口 模块
…
传感器N
监控主机
无线传感器网络的特点
高智速物列能公流车停路系铁车系统轨场统
韩北 国京 济大 州兴 岛区 智菊 能花 渔基 场地
克尔斯博公司
沈阳玫瑰园 浙江温州的奶牛牧场
智能交通
智能停车场
智能围界
讨论
请大家思考和组织课堂讨论： 传感器网络还可以有哪些用途？
地日二 震汶零
川零 地八 区年 发五 生月 强十 烈二
WSN应用－监测火山
智能尘埃Smart Dust
Mote
•无线电波传输 •元件齐全，选择性高 •功能较完善
Mote
四、传感器网络的关键技术
通信能力有限
节点通信覆盖范围只有几十到几百米
关键之一
如何在有限的通信能力条件下, 完成探测数据 的传输？ 无线通信技术是第一项关键技术！
电源能量有限
通常电池供电，工作环境恶劣，一次部署 终生使用，更换电池困难
联合国维和部队 伊拉克
微型感应传感器网络 核武器和生化武器
美军未来战斗系统的战场警戒示意图
传感器节点
通行车辆
枪声定位反恐系统
美军“沙地直线”项目
无线链路
目标探测、 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 可以滚动 自动调整姿态位置 万向节固定架设计
无线传感器网络的优势
降低投资成本（最高 降低90％）； 降低使用成本； 灵活，易于改造； 覆盖有线不可达的区 域。
有基础设施网
无
线
网
移动Ad hoc网络
络 无基础设施网
无线传感器网络
“无线传感器网络”术语的标准定义
无线传感器网络(WSN)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，目的是协作地 采集、处理和传输网络覆盖地域内感知对象的监测信息， 并报告给用户。
关键之二
我国发布《国家中长期科学与技
2006 术发展规划纲要》。
计算设备的演化历史
巨型机
小型机
工作站
PC PDA WSN 节点等
生物芯片
三、传感器网络的应用情况
（一）民事应用
大鸭岛海燕监测
海燕 大鸭岛
鸟巢 无人干扰监测
桥 健 环海 梁 康 境洋 监 测
道电 高 葡力 尔路萄高 夫交压 球园线 场通
至二 90 十 年世 代纪 之 80 间年
代
第二阶段
1999年商业周刊将传感器网 络列为二十一世纪最具影响的 21项技术之一 。
感知能力＋计算能力＋通信能力
第三阶段
21
2001 911事件
世
纪
橡树岭实验室提出“网络就是传
开
2002 感器”。
始 至 今
2003
美国《技术评论》杂志评出深远 影响人类未来生活的十大新兴技 术，传感器网络列为第一 。
唐古拉瓦火山（Volcán Tungurahua）在1999年进行了一次 猛烈爆发
Active volcano in central Ecuador – 5018m
WSN应用－监测火山 Infrasonic Microphone
WSN应用－监测火山
Example of eruption data
（二）军事应用
二、传感器网络的发展历史
的 70 最
传 统 的 传 感 器 系 统 。
年 代 越 战 时 期 使 用
早 可 以 追 溯 二 十 世 纪
第一阶段
胡胡志志明明小小道道
热带树
轰炸机
传统感知方法的特征
信号分析
有线/无线连接
Object
Sensors
•传感器仅产生探测数据流 • 传感器无计算能力 • 传感器之间不能相互通信
1.无中心和自组织性 2.动态变化的网络拓扑 3.受限的无线传输带宽 4.移动终端的能力有限 5.多跳路由 6.安全性较差 7.网络的可扩展性不强 8.节点硬件资源有限 9.节点数量众多，分布密集
与现有网络的区别
与其他网络如移动通信网、Ad hoc网络、因特网等相 比有着如下区别： 无线传感器网络中的节点数目更为巨大，密度更高，且节 点不一定具有全球唯一的地址标识； 无线传感器网络中的节点一般不进行快速移动，但节点可 能会随时加入或离开，因而网络的拓扑变化很快； 高度自适应的自治能力。由于应用的特殊性（节点能量较 低或节点的移动、增加、消亡），WSN必须是能够自我配 置的，需要很强的自适应能力和健壮性。 无线传感器网络中节点的电池能量、计算能力和存储能力 相当有限。
无线传感器网络
一 什么是无线传感器网络 二 传感器网络的发展历史 三 传感器网络的应用情况 四 传感器网络的关键技术
911历史事件 寻找拉登藏身之处 应用需求引发研究热潮
一、什么是无线传感器网络
为何需要无线？
2001年全球工业用传感器的市场份额是 110亿美元，而安装和使用成本（主要是 布线成本）超过1000亿美元
密封形 封装罩
节点封装示例（二）
特点： 底基重量大 自正位 “悬垂钟摆”式电路板 飞机抛撒
锥形罩
“狼群”地面传感器网络
美军共计完成23项传感器网络项 目
智能尘埃Smart Dust
•光信号传输 •很微小，微米级的包含传感和通信的平台 •具有计算能力，双向无线通信能力，自带电源 •成本比较低，适合大规模生产和部署 •有特定的用途与功能： 空间探测 远距离交通流量探测 建筑物情况监控 战场，自然资源监视
(3)无线传感器网络，王营冠，王智，电子工业出版社 (4)Wireless Sensor Networks: A Systems Perspective, Nirupama Bulusu, Sanjay Jha,
Artech House, Hardcover, Published July 2005, ISBN 1580538673