无线传感器网络技术及应用第1章课件

无线传感器网络技术及应用课程内容第1章无线传感网络技术概述第2章无线个域网与IEEE802.15.4协议簇第3章无线传感网关键技术第4章ZigBee技术第5章6LoWPAN技术第6章WIA-PA技术第7章无线传感网络综合应用第1章无线传感网络技术概述主要内容WSN的发展WSN的定义WSN的体系结构WSN的应用前景WSN的研究现状WSN的技术标准1.1WSN的发展

国外WSN发展历程WSN的研究起源于20世纪70年代，最早应用于军事领域。1980年，美国国防部高级研究规划局的分布式传感器网络项目开启了现代传感器网络研究的先河。20世纪90年代开始，WSN受到学术界的广泛关注和深入研究。21世纪后，随着无线通信技术、微芯片制造等技术的进步，WSN的研究在多种应用方面取得了巨大进展，进入民用和商用领域。各种技术评论杂志一致看好WSN蕴藏的巨大应用潜力和商业价值。1.1WSN的发展国内WSN的发展我国与发达国家几乎同步启动，它已经成为我国信息领域位居世界前列的少数方向之一。2012年7月发布了《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》2015年，李克强总理在政府工作报告中提出制定“互联网+”行动计划。我国及时地将传感网和物联网列为国家重点发展的战略性新兴产业之一。1.2WSN的定义传感器网络与WSN传感器网络自20世纪70年代出现以来已经发展到第四代，即无线传感器网络。传感器技术向微型化、无线化、数字化、网络化、智能化方向迅速发展。WSN由各种具有感知、无线通信与计算功能的智能微型传感器节点构成，通过无线通信方式智能组网，形成一个自组织网络系统。1.2WSN的定义目前WSN没有统一的定义，比较具有代表性的定义如下：李晓维《无线传感器网络技术》孙利民《无线传感器网络》无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。维基百科1.2WSN的定义

无线传感器网络具有如下主要特点：以数据为中心资源受限可快速部署动态性与维护多跳路由应用相关性每一种传感器网络具有几个或全部特征1.2WSN的定义WSN与现有网络的比较目前无线网络可分为三类：WSN、Adhoc网络和无线宽带网络。AdHoc网络是一种无中心自组织的多跳无线网络，它不以任何已有的固定设施为基础而能随时随地组建临时性网络。它是一种由移动节点组成的临时、多跳、对等的自治系统，可以认为WSN是Adhoc网络的一种典型应用。无线宽带网络包括GSM,CDMA、3G,Beyond3G、4G,WLAN(WiFi)和WMAN(WiMax)等分别从传统电信网络和计算网络衍生发展出来的网络技术。1.2WSN的定义WSN与Adhoc网络——相同点基本不需要人工干预，大部分工作是以自组织的方式完成的。追求低功耗的自组织网络设计，而非单纯地提高网络带宽是WSN和Adhoc研究的共同点。

WSN与Adhoc网络——不同点节点数量网络拓扑通信机制资源受限性；WSN不必拥有全球统一标识符；WSN以数据为中心。1.3WSN的体系结构WSN基本结构无线传感器网络系统通常包括传感器节点（sensornode）、汇聚/网关节点（sinknode）和管理节点，如图所示。在传感器网络中，节点任意散落在被监测区域内。节点以自组织形式构成网络，通过多个连接或中继方式将监测数据传到汇聚节点。1.3WSN的体系结构

传感节点、路由节点和传感器网络网关构成的感知层存在多种拓扑结构，如星型、树型、网状拓扑等，如图中(a)、(b)、(c)。也可以根据网络规模大小定义层次性的拓扑结构，如图中(d)所示的分层结构。1.3WSN的体系结构WSN节点基本结构它一般由如图所示的传感器模块（传感器、A/D转换器）、处理器模块（微处理器、存储器）、无线通信模块（无线收发器）和能量供应模块（电池）等组成。1.3WSN的体系结构WSN参考体系架构根据ISO/IECJTC1WG7制定的无线传感器网络ISO/IEC29182系列标准，传感器网络的参考体系架构：感知层感知层不仅要完成数据采集、处理和汇聚等功能，同时完成传感节点、路由节点和传感器网络网关的通信和控制管理功能。网络层网络层完成感知数据到应用服务系统的传输，不需要对感知数据处理。应用层应用层的功能是利用感知数据为用户提供服务。1.3WSN的体系结构1.4WSN的应用前景军事监测中的WSN：VigilNet

VigilNet是由美国弗吉尼亚大学研制的用于军事监测的无线传感系统，该系统由XSM，Mica2和Mica2Dot节点构成，其规模最大达200个节点；节点通过电池供电，铺设在道路旁边，用于检测与收集移动目标的情况。1.4WSN的应用前景

智能楼宇中的WSN：LoCal

由美国加州大学伯克利分校大学发起的LoCal项目通过在智能楼宇中部署无线传感器网络来解决这些问题，可实时追踪单个电器的用电量。1.4WSN的应用前景

医疗监控中的WSN：Mercury

WSN的另一个重要应用是医疗监控，哈佛大学研究组改进了传统传感器，使得其外形更小，适合穿戴在身上。1.4WSN的应用前景

工业现场的WSN：重邮工业无线项目1.4WSN的应用前景

智能电网中的WSN1.5WSN的研究现状WSN的基础研究

探索无线传感网络内在的基本规律，面向无线传感网络，以能量、通信、时间和空间复杂性最小化为目标，创建一套新型的理论、方法和技术体系。1.5WSN的研究现状

WSN的应用研究主要存在着以下需要突破的制约因素：成本能耗微型化定位性能移动性硬件安全1.5WSN的研究现状

WSN研究的热点问题通信协议网络管理（能量、安全）应用层支撑技术（时间同步、定位技术）硬件资源（微型化、低成本、新型电源）1.6WSN的技术标准目前有很多标准化组织均开展了与传感器网络相关的标准化工作，包括ISO/IECJTC1SGSN、ITU-T、IETF、IEEE802.15、ZigBee联盟、IEEE1451和ISA100等。为了协调传感器网络标准化工作，ISO/IEC在JTC1下成立了传感器网络工作组WG7，致力于解决传