无线传感器网络系

1、无线传感器网络系统杨兴果共二十页内容(nirng)WSN的定义与无线通信技术简介WSN的网络结构WSN的网络体系WSN开发中的关键技术及热点问题WSN的应用(yngyng)场合共二十页无线传感器网络定义(dngy)及通信技术随着微机电系统(Micro-Electro-Mechanism System, MEMS)、片上系统（System on Chip， SoC ）、无线通信和 低功耗嵌入式技术的飞速发展,孕育出无线传感器网络（Wirless Sensor Network, WSN)，并以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点带来了信 息感知的一场变革，是一个新兴的交叉研究领域，其定义如下：无

2、线传感器网络（WSN）由部署在监测区内大量的、廉价的、微型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(chun sh)网络覆盖地域内感知对象的监测信息，并报给用户。共二十页无线传感器网络使用的通信技术主要(zhyo)有：WiFi (IEEE 802.11n)蓝牙（Bluetooth)技术ZigBee 技术低功率短距离无线通信标准Bluetooth802.11b (WiFi)802.15.4 (ZigBee)Nordic nRF905应用领域代替外设线缆无线接入检测与控制无线数据传输工作频段（Hz）2.4G2.4G2.4G433/868/915M带宽（k

3、bps）1000300011000+20250100节点个数732254000100发送功率/mA45 (2类)150 (1类)3003011低占空比支持弱弱强弱调制方式FHSSDSSSDSSSGFSK传输距离/m20 (2类)100+ （1类）100+2070100+ （放大器）200技术优势成本，便捷带宽，灵活性功耗，成本功耗，成本，便捷共二十页传感器网络结构 汇聚(hu j)节点 远程(yunchng)任务管理用户卫星通讯网、互联网感知现场传感器节点无线传感器网络结构示意图共二十页 传感器模块(m kui)传感器节点(ji din) 电源模块它具有信息采集、处理、控制和通信等功能，对于网

4、络而言它有兼顾其他节点和路由器的功能。传感器AD/DC 处理模块 CPURAMFLASH 通信模块 网络 MAC 收发器GPS 系统移动系统传感器硬件结构框架示意图共二十页常见(chn jin)的网络拓扑结构终端(zhn dun)节点路由器星型链型网络型共二十页基站节点(ji din)控制(kngzh)模块通信模块存储模块电源模块CC2530串口模块晶振模块电源模块Zigbee协调器节点显示模块共二十页WSN体系结构WSN 协议(xiy)体系结构示意图分布式网络服务接口时间同步定位传输控制路由媒体接入拓扑RFIROptical分布式网络管理接口 能量管理拓扑管理 服务质量 网络管理网络安全移动

5、控制远程管理应用层传输层网络层数据链路层物理层WSN的体系结构分为三部分：分层的网络通信协议、传感器网络管理和应用(yngyng)支撑技术。共二十页分层网络通信协议：物理层提供简单健壮的信号调制和无线收发技术，包括信道的选择、无线信号检测、信号的发送与接收等。数据链路层负责数据帧、帧检测、媒体访问和差错控制。在无线传感器网络(wnglu)中保证节点之间的可靠无线通信。网络层主要负责路由生成与路由选择。传输层主要负责数据流的传输控制，是保证通信服务质量的重要部分。应用层包括一系列基于监测任务的应用层软件。共二十页传感器网络管理技术主要对传感器节点自身的管理以及用户对传感器网络的管理，如能量管理、

6、拓扑管理、网络管理、网络安全、移动管理和远程管理等。传感器应用支撑技术是建立在封层协议和网络管理技术的基础上为用户提供了各种具体的应用支持，包括时间同步、节点定位(dngwi)以及向用户提供协同应用服务接口等。共二十页WSN的网络(wnglu)特点大规模网络：为获取精确信息，部署大量传感器节点数量多分布密集，减少监测盲点，增强容错性。自组织：WSN布设不依赖于预设的网络设施，节点通过协议协调各自行为，开机即自动组成网络。自组织性适应节点失效或增加使得网络拓扑的动态变化。可靠的网络：适应各种恶劣的环境，监测区域限制(xinzh)和庞大的数量造成维护困难。与应用相关：不同的网络，不同的硬件平台、软

7、件系统、网络协议资源有限：功耗、节点的硬件资源、计算能力和处理能力以数据为中心：用户以数据为中心进行数据的收集，不依赖于节点标识。共二十页与传统传感器系统相比其优点如下： 精确高：实现单一的传感器无法实现的密集空间(kngjin)采样及近距离监测。 灵活性强：一经部署无需人为干预。 可靠性高：可以避免单点失效问题 性价比高：降低有线传输成本，随着技术的发展，传感器成本低共二十页WSN的关键技术及研究(ynji)热点低功耗技术电源能量有限：通常电池供电、工作环境恶劣，一次部署终生使用，难于(nny)更换。无线通信技术通信能力有限：速率小，覆盖范围小几十米到几百米，需在有限的通信能力条件下完成探测

8、数据传输。嵌入式系统设计计算处理能力有限：节点体积小，处理器能力弱、存储容量小，不允许进行复杂算法运算。多跳自组织的网络路由自组织的动态网络结构：传感器没有基站、节点失效、新节点的加入，导致网络拓扑结构的动态性。共二十页数据融合方法以数据为中心的网络：用户感兴趣的是数据而不是网络和传感器硬件，在满足用户需求条件下，对监测数据进行数据融合处理以节省带宽和能量，提高信息收集效率。网络安全性网络攻击无处不在：传感器节点的物理操纵、传感器信息的窃听(qi tn)、拒绝服务攻击、私有信息泄密等等，需要保护机密数据和防御网络攻击。共二十页利用(lyng)MEMS技术设计小型化的节点设备和对网络本身的研究。

9、电池无线充电技术、太阳能和节点供电相结合。无线传感器网络的安全问题：低开销协议设计完成数据加密、认证、入侵检测以及在破坏和受干扰的条件小可靠完成任务。在无线传感器网络的网络协议研究主要集中于MAC协议和路由协议。MAC层是构建底层的基础结构，控制无线传感器节点的通信过程和工作模式。路由协议要关注节点与全网的能量消耗。常用的MAC协议有：IEEE802.15.4、S-MAC、及T-MAC协议等；路由协议有：SPIN、DO、GEM、LEACH等协议。WSN的热点(r din)与难点问题：共二十页WSN的应用领域 （1）军事应用 WSN应用最早起源于军事领域。利用WSN可以快速部署、自行组织网络、隐

10、蔽性强、高容错性的特点。可以在战场(zhnchng)上广泛应用。 包括：对敌军兵力、武器的监测、战场实时监视、目标定位与锁定、战果评估等。 （2）环境科学 随着人们对环境的日益关注、环境科学涉及的范围越来越广发。WSN通常用于跟踪候鸟和昆虫的迁移，分析环境变化对农作物的影响，监测降雨量、森林火灾报警等等。 （3）医疗健康 通过在患者身上安装用于监测身体机能的微型传感器节点，如心率和血压设备等，医生可以远程监视测试人群的健康状况；将一些微型传感器植入人体器官中或吞服的方式进入人体用来随时观测器官的生理状态。共二十页 （4）智能家居 在家电和家居中嵌入WSN的传感器节点，并与互联网连接在一起。可以

11、提供更舒适、方便、更具人性化的家居环境。如下班前遥控家里(ji l)的电饭锅、微波炉、电话机、空调等按照自己的意愿完成相应的工作。 （5）工业应用可以用于车辆的跟踪、机械故障诊断、生产过程监控等。如将WSN和RFID技术结合实现智能交通。在一些危险的工作环境如：煤矿、石油钻井、核电厂利用WSN探测工作现场的一些重要信息。Intel公司曾在芯片制造设备上安装过200个传感器节点来监控设备的震动情况，并在测量结果超出规定时提供监测报告。（6）其他方面WSN在城市交通、安全、空间搜索以及商业领域也有广阔的应用前景。共二十页谢谢(xi xie)各位老师！共二十页内容摘要无线传感器网络系统。WiFi (IEEE 802.11n)。433/868/915M。WSN的体系结构分为三部分：分层的网络通信协议、传感器网络管理和应用支撑技术。网络层主要负责路由生成与路由选择。传输层主要负责数据流的传输控制，是保证通信服务质量的重要部分。