无线传感器网络

无线传感器网络技术 金梧 主要内容 无线传感器网络认识 无线传感器网络应用 无线传感器网络概述 无线传感器网络实例 无线传感器网络发展历程和挑战 1/42 什么是无线传感器网络？ 巨型机说：“我认为全球大概只需要五台计算机就够了”； 每个家庭的桌面上都应该有一台电脑” ; 太大了，应该每人口袋里放一台” ; 每粒沙子都应该是一台计算机”。 任务管理中心 星或移动通信网络等 汇聚节点 监测区域 传感器节点 2/42 传感器网络的影响力 传感器网络将物理世界和信息技术连接起来 传感器网络具有改造社会的潜力，将来广阔的应用领域使得传感器网络成为我们生活中不可缺少的部分 传感器网络已经引起国内外科技界和工业界高度重视 3/42 传感器网络的影响力 4/42 传感器网络的影响力 改变世界的十大新兴技术 5/42 传感器网络的影响力 未来四大高技术将掀起新产业浪潮 6/42 无线传感器网络应用 军事领域 医疗护理 环境观测和预报系统 智能家居 建筑物状态监控 工业自动化 7/42 无线传感器网络应用 军事领域 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 不可少的一部分。 8/42 无线传感器网络应用 9/42 无线传感器网络应用 医疗护理 用于人体的各种 生理数据 ，跟踪和监控医院内医生和患者的行动，医院的药物管理等。 例：一个可以成像的 特殊发送器芯片 与精巧设计的超低功率无线技术结合，就可以实现可用于一个胃肠道诊断的微型吞服摄像胶囊。患者吞下维 囊经过食道、胃和小肠时就可将图象广播出来。胶囊由一个摄象机、 池、特制芯 片和天线组成。 10/42 智能医院 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。 智能医院 病房外的医生携带 智能医院 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。 无线传感器网络应用 环境观测和预报系统 无线传感器网络可以用于检视农作物 灌溉 情况、土壤 情况、牲畜和家禽的环境状况和大面积的 地表 监测、 气象 和 地理 研究、 洪水 监测等。 例： 水水位和土壤水分，并依此预测爆发山洪的可能性 。 15/42 了 解 火 山 习 性 研 究 鸟 类 习 性 海洋环境监测 无线传感器网络应用 16/42 I n t e r n e ：大棚基地仓 库大棚基地大棚基地大棚基地大棚基地大棚基地大棚基地大棚基地仓 库农 场 监 控 端传 感 器 节 点农 田无 线 信 道公 司 总 服 务 器温度 湿度 光照 紫外线 无线传感器网络应用 地温 土壤水分 土壤盐分 土壤水势 17/42 无线传感器网络应用 智能家居 家电和家具中 嵌入传感器节点 ，通过无线网络与人提供人性化的家居环境。 例： 供一个只有 1立方英寸大小的产品。这个微型的无线视频平台包含有一节电池、无线电、摄像相机、 (彩色成像器加镜头 )、控制器、天线和温度传感器。 18/42 智能家居 监测节 点 智能家居 穿戴有数据衣等感知设备的人体感知到人体状况异常时，会向房间内的节点发出信号。 无线传感器网络应用 建筑物状态监控 利用传感器网络监控建筑物的安全状态。 例： 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。该无线系统可以保留在桥梁上用于长期监测桥梁是否处于正常受控状态 。 21/42 无线传感器网络应用 22/42 工业自动化 随着企业效益和自动化的提高，无线传感器网络（ 广泛应用到生产中， 房监控、 高压电缆 检测、 煤矿 生产现场以及 设备故障 检测，在生产中 帮助现场点检人员及时发现设备故障，避免事故的发生，创造了潜在的经济价值 。 无线传感器网络应用 23/42 无线传感器网络应用 24/42 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。 无线传感器网络应用 25/42 无线传感器网络概述 计算机网络 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。 无线网络 利用 无线电波作为信息传输的媒介 构成的无线局域网 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。 26/42 什么是无线传感器网络？ 无线传感器网络是由部署在监测区域内的大量的传感器节点 组成，通过 无线通信方式 形成的一个多跳的、自组织的网络系统，目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知的对象信息，并发给观察者 27/42 无线传感器的实体 传感器节点 感知、计算、通信 体积小，能耗低 连接传感器网络与 现两种协议之间的转换 发布管理节点的监测任务，转发收集到的数据。 28/42 无线传感器网络特点 大规模网络 自组织网络 动态性网络 可靠性网络 大规模性包含两个方面： 传感器网络节点分布区域广 在一个区域不大的空间内密集部署大量节点 能够自动进行配置和管理，通过拓扑控制机制和网络协议自动形成转发监测数据的 多跳无线网络系统 。 29/42 线传感器网络 自组织网络 能够自动进行配置和管理，通过拓扑控制机制和网络协议 自动形成转发监测数据的多跳无线网络系统。 30/42 无线传感器网络特点 大规模网络 自组织网络 动态性网络 可靠性网络 传感器节点出现故障或失效 无线通信链路带宽变化 传感器节点、感知对象和观 察者之间的移动 新节点的加入 31/42 线传感器网络 动态性网络 32/42 工程应用实例 L L X L L L L L 冷轧厂 3#连退炉区 轴承温度监测 系统 无线传感器网络广泛应用于工业自动化，尤其是设备状态监测 ，可以通过传感器检测设备的运行情况，发现设备潜在的危险，提前做出反应。 33/42 传统监测系统的特点 有线连接 有源供电 存在的主要困难 对于 移动和旋转 设备，应用受限 对于 分布区域广 的监测对象，布线复杂、成本增加、可扩展性差，可维护性差 信号长距离传输 常会引入噪声干扰，可靠性降低 高温 /高危 等环境中监测节点和线路的维护 临时监测节点 与监控系统之间通信 工程应用实例 34/42 鞍钢冷轧厂 3#线连退炉区 轴承温度远程监测系统 是无线传感器网络技术在工业生产中的典型应用范例。 冷轧厂连退炉区现场 现场需求 监测空间： 200m 20m 30m 监测点数： 406个 传感器工作时间： 10个月以上 采样间隔 : 最快 5分钟 一次 工程应用实例 35/42 数据采集部分共有 三层结构 ： 测温节点 将采集到温度数据发送到 簇头节点 ，之后汇集到 汇聚节点 ，再通过网线将数据传输到远程监测服务器，用户通过企业内部局域网和客户端程序可以实时查看轴承温度情况。 工程应用实例 测温节点 簇头节点 汇聚节点 36/42 系统架构及组成 远 程 监 测 服 务 器3 # 线 局 域 网交 换 机汇 聚 节 点中 继 节 点中 继 节 点备 份 中 继 节 点 测 温 节 点 节 点 2测 温 节 点 1测 温 节 点 节 点 2测 温 节 点 1交 换 机C / S 客 户 端 1 C / S 客 户 端 n B / S 客 户 端 1 B / S 客 户 端 中 继 节 点冷 轧 厂 局 域 网C / S 客 户 端 1 C / S 客 户 端 n B / S 客 户 端 1 B / S 客 户 端 汇 聚 节 点网 络 1网 络 2报 警 中 继 节 点报 警 中 继 节 点工程应用实例 37/42 工程应用实例 38/42 故障时间： 2008年 1月 6日 故障现象： 轴承座温度值较高且呈上升趋势。 故障原因： 快冷段冷却风机在长时间高温和满负荷的运行 处理方法： 增加了一台轴流风机，对设备进行冷却 处理效果： 温度逐渐恢复正常，避免了研磨的发生 工程应用实例 39/42 无线传感器网络面临的挑战