无线传感器网络技术概述PPT课件
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3
一、什么是传感器网络
计算机网络，是指将地理位置不同的具有独立功能 的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起 来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协 议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计 算机系统。
所谓无线网络，就是利用无线电波作为信息传输的 媒介构成的无线局域网（WLAN），与有线网络的 用途十分类似，最大的不同在于传输媒介的不同， 利用无线电技术取代网线，可以和有线网络互为备 份。
工作站
PC PDA WSN 节点等
生物芯片
18
三、传感器网络的网络结构
sink -汇聚点 sensor node -传感器节点 sensor field -监测区域
19
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
20
传感器节点
功能：采集、处理、控制和通信等 网络功能：兼顾节点和路由器 资源受限：存储、计算、通信、能量
Sink节点
功能：连接传感器网络与Internet等外部网络， 实现两种协议栈之间的通信协议转换，发布管 理节点的监测任务，转发收集到的数据。
特点：连续供电、功能强、数量少等
21
传感器节点实物示例
感知能力＋计算能力＋通信能力 体积小 能耗小
22
23
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
无线传感器网络 Wireless Sensor Networks
1
参考书目
书名：无线传感器网络 作者：孙利民，李建中，陈渝，朱红松 出版社：清华大学出版社
2
目录
传感器网络－概述 传感器网络－发展 传感器网络－结构 传感器网络－应用 传感器网络－协议 传感器网络－研究进展 传感器网络－影响力
4
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
5
传感器网络
WSN-Wireless Sensor Networks 基础
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
解释1
由部署在观测环境附近的大量的微型廉价低 功耗的传感器节点组成，通过无线通信方式 形成一个多跳的无线网络系统。
感知能力＋计算能力＋通信能 力
15
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
美国《技术评论》杂志评出深远
至 今
2003
影响人类未来生活的十大新兴技 术，传感器网络列为第一 。
我国发布《国家中长期科学与技
2006 术发展规划纲要》。
16
Internet 或
28
四、传感器网络应用 （一）民事应用
29
大鸭岛海燕监测
海燕 大鸭岛
鸟巢
无人干扰监测
30
桥 梁 监 测
31
道路交通
32
智能停车场 物流系统
列车铁轨
高速公路系统
33
克尔斯博公司
韩国济州岛智能渔场北京大兴区菊花基地
34
沈阳玫瑰园
浙江温州的奶牛牧场
35
地日二 震 汶零
川零 地八 区年 发五 生月 强十 烈二
26
传感器节点的限制
电源能量有限 通信能力有限 计算和存储能力有限
27
传感器网络概述－与ad hoc的不同
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 结点更容易出错 拓扑结构变化频繁
Ad hoc
几十至上百个节点 局域网 节点全移动 结构变化（移动） 能量可连续提供 点到点通信
6
传感器网络
解释2：
传感器网络是由一组传感器以特定方式构成 的无线网络，其目的是协作地感知、采集和 处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息， 并发布給观察者。
7
“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。
通信卫星
Sink
现代感知方法
Sensor network
Object
User端 User端
Sensing Area
• 传感器网络覆盖感知对象区域 • 每个传感器完成其临近感知对象的观测
• 多传感器协同完成感知区域的大观测任务 • 使用多跳路由算法向用户报告观测结果 17
计算设备的演化历史
巨型机
小型机
长（英尺）
42
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
采集数据 能量供应模块：提供能量
24
25
传感器网络的特点
大规模网络：地理区域大；部署密集
提高信噪比；提高监测精度；增强容错性；减少盲区
自组织网络：不确定性；拓扑结构变化 资源受限：计算、存储、通讯、能量 动态拓扑：节点故障；通讯故障；移动性；节点
加入 可靠网络：适应环境条件；鲁棒性、容错性 应用相关：没有统一的通信协议平台 以数据为中心
年 代 越 战 时 期 使 用
早 可 以 追 溯二 十 世 纪
胡胡志志明明小小道道
12
热带树
轰炸机
13
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
14
间代 二
至十
90 世
年 代
纪 80
之年
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 。
8
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
9
传感器网络
传感器网络的三个基本要素：
传感器，感知对象，观察者
传感器网络的基本功能
协作地感知、采集、处理和发布感知信息
10
二、传感器网络的发展
11
第一阶段
的 70 最
传 统 的 传 感 器 系 统 。
36
（二）军事应用
37
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
38
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
39
枪声定位反恐系统
40
美国F-22猛禽战斗机
F-22猛禽战斗机
机外传感器网络
41
美军“沙地直线”项目
无线链路
目标探测、 分类和跟踪
宽（英尺）
传传感感器器节节点点
一、什么是传感器网络
计算机网络，是指将地理位置不同的具有独立功能 的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起 来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协 议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计 算机系统。
所谓无线网络，就是利用无线电波作为信息传输的 媒介构成的无线局域网（WLAN），与有线网络的 用途十分类似，最大的不同在于传输媒介的不同， 利用无线电技术取代网线，可以和有线网络互为备 份。
工作站
PC PDA WSN 节点等
生物芯片
18
三、传感器网络的网络结构
sink -汇聚点 sensor node -传感器节点 sensor field -监测区域
19
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
20
传感器节点
功能：采集、处理、控制和通信等 网络功能：兼顾节点和路由器 资源受限：存储、计算、通信、能量
Sink节点
功能：连接传感器网络与Internet等外部网络， 实现两种协议栈之间的通信协议转换，发布管 理节点的监测任务，转发收集到的数据。
特点：连续供电、功能强、数量少等
21
传感器节点实物示例
感知能力＋计算能力＋通信能力 体积小 能耗小
22
23
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
无线传感器网络 Wireless Sensor Networks
1
参考书目
书名：无线传感器网络 作者：孙利民，李建中，陈渝，朱红松 出版社：清华大学出版社
2
目录
传感器网络－概述 传感器网络－发展 传感器网络－结构 传感器网络－应用 传感器网络－协议 传感器网络－研究进展 传感器网络－影响力
4
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
5
传感器网络
WSN-Wireless Sensor Networks 基础
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
解释1
由部署在观测环境附近的大量的微型廉价低 功耗的传感器节点组成，通过无线通信方式 形成一个多跳的无线网络系统。
感知能力＋计算能力＋通信能 力
15
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
美国《技术评论》杂志评出深远
至 今
2003
影响人类未来生活的十大新兴技 术，传感器网络列为第一 。
我国发布《国家中长期科学与技
2006 术发展规划纲要》。
16
Internet 或
28
四、传感器网络应用 （一）民事应用
29
大鸭岛海燕监测
海燕 大鸭岛
鸟巢
无人干扰监测
30
桥 梁 监 测
31
道路交通
32
智能停车场 物流系统
列车铁轨
高速公路系统
33
克尔斯博公司
韩国济州岛智能渔场北京大兴区菊花基地
34
沈阳玫瑰园
浙江温州的奶牛牧场
35
地日二 震 汶零
川零 地八 区年 发五 生月 强十 烈二
26
传感器节点的限制
电源能量有限 通信能力有限 计算和存储能力有限
27
传感器网络概述－与ad hoc的不同
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 结点更容易出错 拓扑结构变化频繁
Ad hoc
几十至上百个节点 局域网 节点全移动 结构变化（移动） 能量可连续提供 点到点通信
6
传感器网络
解释2：
传感器网络是由一组传感器以特定方式构成 的无线网络，其目的是协作地感知、采集和 处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息， 并发布給观察者。
7
“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。
通信卫星
Sink
现代感知方法
Sensor network
Object
User端 User端
Sensing Area
• 传感器网络覆盖感知对象区域 • 每个传感器完成其临近感知对象的观测
• 多传感器协同完成感知区域的大观测任务 • 使用多跳路由算法向用户报告观测结果 17
计算设备的演化历史
巨型机
小型机
长（英尺）
42
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
采集数据 能量供应模块：提供能量
24
25
传感器网络的特点
大规模网络：地理区域大；部署密集
提高信噪比；提高监测精度；增强容错性；减少盲区
自组织网络：不确定性；拓扑结构变化 资源受限：计算、存储、通讯、能量 动态拓扑：节点故障；通讯故障；移动性；节点
加入 可靠网络：适应环境条件；鲁棒性、容错性 应用相关：没有统一的通信协议平台 以数据为中心
年 代 越 战 时 期 使 用
早 可 以 追 溯二 十 世 纪
胡胡志志明明小小道道
12
热带树
轰炸机
13
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
14
间代 二
至十
90 世
年 代
纪 80
之年
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 。
8
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
9
传感器网络
传感器网络的三个基本要素：
传感器，感知对象，观察者
传感器网络的基本功能
协作地感知、采集、处理和发布感知信息
10
二、传感器网络的发展
11
第一阶段
的 70 最
传 统 的 传 感 器 系 统 。
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（二）军事应用
37
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
38
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
39
枪声定位反恐系统
40
美国F-22猛禽战斗机
F-22猛禽战斗机
机外传感器网络
41
美军“沙地直线”项目
无线链路
目标探测、 分类和跟踪
宽（英尺）
传传感感器器节节点点