第1章無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述

1、 第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 l無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹l無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)l無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究及發(fā)展現(xiàn)狀無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究及發(fā)展現(xiàn)狀l無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所面臨的挑戰(zhàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所面臨的挑戰(zhàn)第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 l無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹一般概念一般概念 隨著計(jì)算機(jī)及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，使得將計(jì)算、通信、傳感等功能都集成在一個(gè)設(shè)備成為了可能，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)正是這些技術(shù)的緊密結(jié)合。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種由傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崟r(shí)地監(jiān)測(cè)、感知和采集節(jié)點(diǎn)部署區(qū)的環(huán)境或觀察者感興趣的感知對(duì)象的各種信息（如光強(qiáng)、溫度

2、、濕度、噪聲和有害氣體濃度等物理現(xiàn)象），并對(duì)這些信息進(jìn)行處理后以無線的方式發(fā)送出去。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)使普通物體具有了感知能力和通信能力，在軍事偵察、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療護(hù)理、智能家居、工業(yè)生產(chǎn)控制以及商業(yè)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 l無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹典型場(chǎng)景典型場(chǎng)景 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由傳感區(qū)域內(nèi)大量的無線節(jié)點(diǎn)、Sink節(jié)點(diǎn)、外部網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。如圖中節(jié)點(diǎn)A感知到數(shù)據(jù)之后，通過節(jié)點(diǎn)B、C、D、E多跳傳送給Sink節(jié)點(diǎn)，再由Sink節(jié)點(diǎn)傳送給外部網(wǎng)絡(luò)（如Internet）。第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 l 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹作為無線自組網(wǎng)作為無線自組

3、網(wǎng)自組織：自組織：在節(jié)點(diǎn)位置確定之后，節(jié)點(diǎn)需要自己尋找其鄰居節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的通信，通過多跳傳輸?shù)姆绞酱罱ㄕ麄€(gè)網(wǎng)絡(luò)，并且需要根據(jù)節(jié)點(diǎn)的加入和退出來重新組織網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)能夠穩(wěn)定正常的運(yùn)行。分布式：分布式：網(wǎng)絡(luò)的感知能力由若干冗余節(jié)點(diǎn)共同完成，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)具有相同等的硬件資源和通信距離，沒有哪一個(gè)節(jié)點(diǎn)嚴(yán)格地控制網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，節(jié)點(diǎn)消亡之后網(wǎng)絡(luò)能夠重組，任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)的加入或退出都不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，抗擊毀能力強(qiáng)。節(jié)點(diǎn)平等：節(jié)點(diǎn)平等：除了Sink節(jié)點(diǎn)之外，無線傳感器節(jié)點(diǎn)的分布隨機(jī)，以自己為中心只負(fù)責(zé)自己通信范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)交換；每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是平等的，沒有先后優(yōu)先級(jí)之間的差別，具有相同的通信能力，既可以產(chǎn)生數(shù)

4、據(jù)也可以轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)?？煽啃砸蟾撸嚎煽啃砸蟾撸鹤越M織網(wǎng)絡(luò)采用的是無線信道，通信需要通過多跳路由，因此數(shù)據(jù)的可靠性不高；而且信道容易受到干擾、和竊聽，保密性能差。第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 l無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹獨(dú)特的特征獨(dú)特的特征節(jié)點(diǎn)資源有限：節(jié)點(diǎn)資源有限：如節(jié)點(diǎn)的電源能量、通信能力、計(jì)算存儲(chǔ)能力有限。而且難以維護(hù)，對(duì)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行的程序包括使用的存儲(chǔ)空間、算法時(shí)間開銷有較高的要求；網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大：網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大：大部分無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍很大并且部署密集，在單位面積內(nèi)可能存在大量的傳感器節(jié)點(diǎn)；時(shí)效性：時(shí)效性：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集的信息需要在一定時(shí)間內(nèi)及時(shí)送達(dá)觀察者或是數(shù)據(jù)處理中心，對(duì)可能

5、發(fā)生的事故和危險(xiǎn)情況進(jìn)行及時(shí)預(yù)告和提醒第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 l無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹獨(dú)特的特征獨(dú)特的特征節(jié)點(diǎn)的可感知，微型化和自組織能力是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所具有的三個(gè)最基本的特點(diǎn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)決定了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)非常適合非常適合應(yīng)用于惡劣的環(huán)境尤其是無人值守的場(chǎng)景應(yīng)用于惡劣的環(huán)境尤其是無人值守的場(chǎng)景即使被監(jiān)測(cè)區(qū)域中的部分節(jié)點(diǎn)損壞或休眠時(shí)，也不會(huì)造成該區(qū)域的無線傳感網(wǎng)絡(luò)崩潰或影響數(shù)據(jù)的獲得，網(wǎng)絡(luò)仍能為系統(tǒng)提供可靠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 l 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹信息感知優(yōu)勢(shì)信息感知優(yōu)勢(shì)分布節(jié)點(diǎn)中多角度和多方位信息的綜合，有效地提高了對(duì)被監(jiān)測(cè)區(qū)

6、域的觀測(cè)的準(zhǔn)確度和信息的全面性傳感器網(wǎng)絡(luò)低成本、高冗余的設(shè)計(jì)原則為整個(gè)系統(tǒng)提供了較強(qiáng)的容錯(cuò)能力。即使在極為惡劣的應(yīng)用環(huán)境中，監(jiān)控系統(tǒng)也可以正常工作節(jié)點(diǎn)中多種傳感器的混合應(yīng)用有利于提高探測(cè)的性能指標(biāo)多節(jié)點(diǎn)聯(lián)合，可形成覆蓋面積較大的實(shí)時(shí)探測(cè)區(qū)域。借助于個(gè)別具有移動(dòng)能力的節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的調(diào)整能力，可以有效地消除探測(cè)區(qū)域內(nèi)的陰影和盲點(diǎn)第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 l 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹未來發(fā)展趨勢(shì)未來發(fā)展趨勢(shì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步微型化節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步微型化。利用芯片集成技術(shù)、微機(jī)電技術(shù)和微無線通信技術(shù)，設(shè)計(jì)體積更小、生存周期更長，成本更低的節(jié)點(diǎn)尋求更好的系統(tǒng)節(jié)能策略尋求更好的系統(tǒng)節(jié)能策略。絕大部分

7、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電源不可更換或不能短時(shí)間更換，因此功耗問題一直是制約無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的核心進(jìn)一步降低節(jié)點(diǎn)成本進(jìn)一步降低節(jié)點(diǎn)成本。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量非常大，往往是成千上萬個(gè)。要使傳感器網(wǎng)絡(luò)達(dá)到實(shí)用化，要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)的價(jià)格控制在較為低廉的價(jià)格，甚至是一次性使用進(jìn)一步提高傳感器網(wǎng)絡(luò)安全性和抗干擾能力進(jìn)一步提高傳感器網(wǎng)絡(luò)安全性和抗干擾能力。如何利用較少的能量和較小的計(jì)算量來完成數(shù)據(jù)加密、身份認(rèn)證等功能，在破壞或受干擾的情況下可靠地完成執(zhí)行的任務(wù)第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 l 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹未來發(fā)展趨勢(shì)未來發(fā)展趨勢(shì)提高節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)配置能力提高節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)配置能力。使網(wǎng)絡(luò)在部分節(jié)點(diǎn)

8、出現(xiàn)錯(cuò)誤或休眠能將大量的節(jié)點(diǎn)迅速按照一定的規(guī)則組成一定的結(jié)構(gòu)完善高效的跨層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧完善高效的跨層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已有的分層體系結(jié)構(gòu)上引入跨層的機(jī)制和參數(shù)，打破層的界限多層合作實(shí)現(xiàn)某些優(yōu)化目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的多應(yīng)用和異構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)的多應(yīng)用和異構(gòu)化。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展, 同一傳感器網(wǎng)絡(luò)將從支持單一應(yīng)用向支持多種不同應(yīng)用發(fā)展, 大規(guī)模的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中將包括大量的異構(gòu)的傳感器節(jié)點(diǎn)。進(jìn)一步與其他網(wǎng)絡(luò)的融合進(jìn)一步與其他網(wǎng)絡(luò)的融合。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的融合將帶來新的應(yīng)用。傳感器網(wǎng)絡(luò)專注于探測(cè)和收集環(huán)境信息，復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)等服務(wù)則交給基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)格體系來完成。第一章 無線傳感器網(wǎng)

9、絡(luò)概述 l 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹應(yīng)用前景應(yīng)用前景軍事領(lǐng)域軍事領(lǐng)域。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)非常適合應(yīng)用于惡劣的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中，因此軍事領(lǐng)域成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最早展開的領(lǐng)域，由于戰(zhàn)爭(zhēng)的傷亡性，傳感器節(jié)點(diǎn)將取代人去執(zhí)行一些危險(xiǎn)任務(wù)，如監(jiān)控我軍兵力、裝備和物資，監(jiān)視沖突區(qū)，偵察敵方地形和布防，定位攻擊目標(biāo)，評(píng)估損失，偵察和探測(cè)核、生物和化學(xué)攻擊。第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 l 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹應(yīng)用前景應(yīng)用前景環(huán)境監(jiān)測(cè)和保護(hù)環(huán)境監(jiān)測(cè)和保護(hù)。在監(jiān)測(cè)區(qū)域撒播大量的無線傳感器節(jié)點(diǎn)，并提高環(huán)境監(jiān)控的覆蓋范圍、精度和實(shí)時(shí)性。包括跟蹤生物種群，監(jiān)測(cè)水位水質(zhì)，預(yù)警火災(zāi)、地震、泥石流和臺(tái)風(fēng)等災(zāi)

10、害。還可用于海洋、深空等環(huán)境工業(yè)監(jiān)控與故障診斷工業(yè)監(jiān)控與故障診斷。通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可方便地對(duì)煤礦、石油鉆井、核電廠和組裝線工作的設(shè)備和員工進(jìn)行監(jiān)控和診斷，保障設(shè)備安全和員工人身安全智能農(nóng)業(yè)智能農(nóng)業(yè)。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有著卓越的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。它可用于監(jiān)視農(nóng)作物灌溉情況、土壤空氣變更情況、牲畜和家禽的環(huán)境狀況以及大面積地表檢測(cè)智能家居智能家居。智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是將住宅內(nèi)的各種家居設(shè)備聯(lián)系起來，使各個(gè)家居設(shè)備能夠自動(dòng)運(yùn)行，相互協(xié)作，為居住者提供盡可能多的便利和舒適第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 l 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹應(yīng)用前景應(yīng)用前景醫(yī)療健康與監(jiān)護(hù)醫(yī)療健康與監(jiān)護(hù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

11、節(jié)點(diǎn)微小的特點(diǎn)在醫(yī)學(xué)上有特殊的用途?？梢岳脗鞲衅鞅O(jiān)測(cè)病人的心率和血壓等生理特征，以隨時(shí)了解病人的病情進(jìn)行及時(shí)有效地處理。并可以利用傳感器網(wǎng)絡(luò)長期不間斷地收集醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)象的生理數(shù)據(jù)，為醫(yī)學(xué)研究提供依據(jù)。智能交通系統(tǒng)智能交通系統(tǒng)?？赏ㄟ^運(yùn)用大量傳感器網(wǎng)絡(luò)，并配合GPS系統(tǒng)、區(qū)域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等資源，優(yōu)化交叉路口信號(hào)燈控制，提供車輛誘導(dǎo)，緩解道路擁堵，提高駕駛安全。智能倉儲(chǔ)物流智能倉儲(chǔ)物流。利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多傳感器高度集成，以及部署方便、組網(wǎng)靈活的特點(diǎn)，可用來進(jìn)行糧食、蔬菜、水果、蛋肉存儲(chǔ)倉庫的溫度、濕度控制，中央空調(diào)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與控制，以及廠房環(huán)境控制，特殊實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的控制等。第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

12、概述 l 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹應(yīng)用前景應(yīng)用前景智慧城市智慧城市通過物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施、地理空間基礎(chǔ)設(shè)施等新一代信息技術(shù)以及百科、社交網(wǎng)絡(luò)、綜合集成等工具和方法的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)全面透徹的感知、寬帶泛在的互聯(lián)、智能融合的應(yīng)用。知識(shí)社會(huì)環(huán)境下的智慧城市是信息化城市發(fā)展的高級(jí)形態(tài)。智慧城市的建設(shè)覆蓋諸多領(lǐng)域，交通、醫(yī)療、安防、社區(qū)、電網(wǎng)等等都是智慧城市建設(shè)中不可或缺的部分。其中智慧社區(qū)、智能家居是與人最為密切相關(guān)的部分，是智慧城市建設(shè)的必經(jīng)步驟。第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 l 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹應(yīng)用前景應(yīng)用前景智慧城市智慧城市：2010年，IBM正式提出了“智

13、慧城市”遠(yuǎn)景：城市六個(gè)核心系統(tǒng)組成：組織（人）、業(yè)務(wù)/政務(wù)、交通、通訊、水和能源。國內(nèi)不少公司也提出有關(guān)智慧城市的架構(gòu)體系，如“智慧城市4+1體系”，已在城市綜合體智能化（如株洲神農(nóng)城）、天津智慧和平區(qū)等智能化項(xiàng)目中得到應(yīng)用。2013年1月國家住建布提出了建設(shè)智慧城市的首批名單 ：包括北京、石家莊、無錫、溫州等90個(gè)城市通過審核，正式成為國內(nèi)首批試點(diǎn)智慧城市。第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 l 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹應(yīng)用前景應(yīng)用前景住建部1月29日宣布，北京市東城區(qū)、江蘇省無錫市、河北省石家莊市、浙江省溫州市等90個(gè)城市通過審核，成為首批國家智慧城市試點(diǎn)。在90個(gè)試點(diǎn)中，37個(gè)地級(jí)市

14、，50個(gè)區(qū)（縣），3個(gè)鎮(zhèn)。試點(diǎn)城市將要在3-5年完成創(chuàng)建此后由相關(guān)部門組織評(píng)估并進(jìn)行等級(jí)評(píng)定。評(píng)定等級(jí)將由低到高分為一星、二星和三星。住建部與國家開發(fā)銀行簽訂合作協(xié)議，未來三年，住建部與國家開發(fā)銀行合作投資智慧城市，資金規(guī)模將達(dá)800億，同時(shí)推進(jìn)智慧城市試點(diǎn)項(xiàng)目的遴選、調(diào)查、發(fā)款等工作。除了通過審批試點(diǎn)的90個(gè)城市，目前還有近三百個(gè)城市已經(jīng)開始建設(shè)智慧城市項(xiàng)目，而未來幾年將有600-800個(gè)城市打造智慧城市，預(yù)計(jì)國家在“十二五”期間用于建設(shè)智慧城市的投資規(guī)模將達(dá)5000億元，而帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將在2萬億元左右，前景非常廣闊。第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 l 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)無

15、線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)可以從這幾個(gè)角度來認(rèn)識(shí)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：u無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)u無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的軟件體系結(jié)構(gòu)u無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)u無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議結(jié)構(gòu)第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 l 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu) 傳感器節(jié)點(diǎn)通常用于部署，其成本低廉、重量輕，同時(shí)支持一些基本的功能，如事件檢測(cè)、分類、追蹤以及匯報(bào)，在一般情況下，節(jié)點(diǎn)支持以下功能：動(dòng)態(tài)配置，以支持多種網(wǎng)絡(luò)功能；u節(jié)點(diǎn)可以動(dòng)態(tài)配置成網(wǎng)關(guān)、普通節(jié)點(diǎn)等；u遠(yuǎn)程可編程，以便增加新的功能，如支持新的信號(hào)處理算法；u定位功能，以便確定自己的絕對(duì)或者相對(duì)位置，如利用全球定位系統(tǒng)（Glo

16、bal Position System，GPS）；u支持低功耗的網(wǎng)絡(luò)傳輸；u支持長距離通信的能力，以便數(shù)據(jù)傳輸，如網(wǎng)關(guān)之間的通信。第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 l 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)主要組成部分：u數(shù)據(jù)采集模塊(傳感器、信號(hào)調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換器)u數(shù)據(jù)處理和控制模塊(微處理器、存儲(chǔ)器)u無線通信模塊(射頻收發(fā)器)u能量供應(yīng)模塊(電池及電源管理模塊)可以選擇的其他功能單元：u定位模塊u移動(dòng)模塊u電源自供電模塊l 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 l 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

17、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)軟件結(jié)構(gòu)軟件結(jié)構(gòu)最靠近基礎(chǔ)硬件并對(duì)各種軟硬件資源進(jìn)行管理的是操作系統(tǒng)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)一般采用事件驅(qū)動(dòng)的組件設(shè)計(jì)模式，完整的系統(tǒng)由調(diào)度器和分層組件組成每一類完整的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的軟件結(jié)構(gòu)，都需要有面向特定應(yīng)用的業(yè)務(wù)邏輯部分軟件?？筛鶕?jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)的類型、特性、用途和用戶的需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行特定的處理在現(xiàn)代的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)軟件體系中，還會(huì)設(shè)計(jì)處理分布系統(tǒng)所特有功能的軟件，形成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件軟件，用于支撐各種應(yīng)用第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 l 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)軟件結(jié)構(gòu)軟件結(jié)構(gòu)第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 l 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的

18、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) l無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)： 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中最簡(jiǎn)單的一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所有節(jié)點(diǎn)為對(duì)等結(jié)構(gòu)，具有完全一致的功能特性第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 l無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)： 分級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為上層和下層兩個(gè)部分：上層為中心骨干節(jié)點(diǎn)；下層為一般傳感器節(jié)點(diǎn)。這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)擴(kuò)展性好，便于集中管理，可以降低系統(tǒng)建設(shè)成本，提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋率和可靠性第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 l無線傳感器

19、網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是一種新型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是規(guī)則分布的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中通常只允許節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)最近的鄰居通信第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 l 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)協(xié)議結(jié)構(gòu)協(xié)議結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)所需要考慮的特殊特性（1）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)目高出Ad hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目幾個(gè)數(shù)量級(jí)，這就對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性提出了要求（2）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最大的特點(diǎn)就是能量受限。在各層協(xié)議設(shè)計(jì)時(shí)，節(jié)能是設(shè)計(jì)的主要考慮目標(biāo)之一（3）傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)受損的概率遠(yuǎn)大于傳

20、統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，因此自組織網(wǎng)絡(luò)的健壯性保障是必須的（4）傳感器節(jié)點(diǎn)高密度部署，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化快，對(duì)于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的維護(hù)也提出了挑戰(zhàn)第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 l 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)協(xié)議結(jié)構(gòu)協(xié)議結(jié)構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)具有橫向的通信協(xié)議層和縱向的傳感器網(wǎng)絡(luò)管理面這樣的二維結(jié)構(gòu)。通信協(xié)議層可以劃分為物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層五層，網(wǎng)絡(luò)管理面則可以劃分為能耗管理面、移動(dòng)性管理面以及任務(wù)管理面。第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 l 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)協(xié)議結(jié)構(gòu)協(xié)議結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的各通信協(xié)議層u物理層u數(shù)據(jù)鏈路層u網(wǎng)絡(luò)層u傳輸層u應(yīng)用層第一章

21、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 l 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)協(xié)議結(jié)構(gòu)協(xié)議結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的各通信協(xié)議層功能u物理層物理層負(fù)責(zé)載波頻率產(chǎn)生、信號(hào)的調(diào)制解調(diào)等工作，提供簡(jiǎn)單但健壯的信號(hào)調(diào)制和無線收發(fā)技術(shù)。u數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層（1）媒體訪問控制。主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的建立和為傳感器節(jié)點(diǎn)有效、合理地分配資源。（2）差錯(cuò)控制。保證源節(jié)點(diǎn)發(fā)出的信息可以完整、無誤地到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。u網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)路由發(fā)現(xiàn)和維護(hù)，是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要因素。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，大多數(shù)節(jié)點(diǎn)無法直接與網(wǎng)關(guān)通信，需要通過中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行多跳路由。（以數(shù)據(jù)為中心）第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 l 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無線傳感

22、器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)協(xié)議結(jié)構(gòu)協(xié)議結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的各通信協(xié)議層功能u傳輸層傳輸層 負(fù)責(zé)將傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)提供給外部網(wǎng)絡(luò)，也就是負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間和節(jié)點(diǎn)與外部網(wǎng)絡(luò)之間的通信。u應(yīng)用層應(yīng)用層 主要由一系列應(yīng)用軟件構(gòu)成，主要負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)任務(wù)。這一層主要解決三個(gè)問題：傳感器管理協(xié)議、任務(wù)分配和數(shù)據(jù)廣播管理協(xié)議，以及傳感器查詢和數(shù)據(jù)傳播管理協(xié)議。第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 l 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)協(xié)議結(jié)構(gòu)協(xié)議結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的各管理平臺(tái)功能如下：u能量管理平臺(tái)能量管理平臺(tái) 管理傳感器節(jié)點(diǎn)如何使用資源，在各個(gè)協(xié)議層都需要考慮節(jié)省能量。u移動(dòng)管理平臺(tái)移動(dòng)管理平臺(tái) 檢測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)，

23、維護(hù)到匯聚節(jié)點(diǎn)的路由，使得傳感器節(jié)點(diǎn)能夠動(dòng)態(tài)跟蹤其鄰居的位置。u任務(wù)管理平臺(tái)任務(wù)管理平臺(tái) 在一個(gè)給定的區(qū)域內(nèi)平衡和調(diào)度檢測(cè)任務(wù)。第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 l 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展20世紀(jì)70年代，第一代傳感器網(wǎng)絡(luò)第一代傳感器網(wǎng)絡(luò)誕生，第一代傳感器網(wǎng)絡(luò)特別簡(jiǎn)單，傳感器只能獲取簡(jiǎn)單信號(hào)，數(shù)據(jù)傳輸采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式，傳感器節(jié)點(diǎn)與傳感控制器相連就構(gòu)成了這樣一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)。第二代傳感器網(wǎng)絡(luò)第二代傳感器網(wǎng)絡(luò)比第一代傳感器網(wǎng)絡(luò)在功能上稍有增強(qiáng)，它能夠讀取多種信號(hào)，硬件上采用串/并接口來連接傳感控制器，是一種能夠綜合多種信息的傳感器網(wǎng)絡(luò)。傳感器網(wǎng)絡(luò)更新的速度越來越快。第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概

24、述 l 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展在20世紀(jì)90年代后期，第三代傳感器網(wǎng)絡(luò)第三代傳感器網(wǎng)絡(luò)問世，它更加智能化，綜合處理能力更強(qiáng)，能夠智能地獲取各種信息，網(wǎng)絡(luò)采用局域網(wǎng)形式，通過一根總線實(shí)現(xiàn)傳感器控制器的連接，是一種智能化的傳感器網(wǎng)絡(luò)。到現(xiàn)在為止，第四代傳感器網(wǎng)絡(luò)第四代傳感器網(wǎng)絡(luò)還在開發(fā)之中，雖然實(shí)驗(yàn)室的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)能夠運(yùn)行，但限于節(jié)點(diǎn)成本、電池生命周期等原因，大規(guī)模使用的產(chǎn)品出現(xiàn)得還很少，這一代網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用無線通信模式，大規(guī)模地撒播具有簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)處理和融合能力的傳感器節(jié)點(diǎn)，無線自組織地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間節(jié)點(diǎn)的相互通信，這就構(gòu)成了第四代傳感器網(wǎng)絡(luò)，即無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。第一章 無線傳感器網(wǎng)

25、絡(luò)概述 l 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展在20世紀(jì)90年代后期，第三代傳感器網(wǎng)絡(luò)第三代傳感器網(wǎng)絡(luò)問世，它更加智能化，綜合處理能力更強(qiáng)，能夠智能地獲取各種信息，網(wǎng)絡(luò)采用局域網(wǎng)形式，通過一根總線實(shí)現(xiàn)傳感器控制器的連接，是一種智能化的傳感器網(wǎng)絡(luò)。到現(xiàn)在為止，第四代傳感器網(wǎng)絡(luò)第四代傳感器網(wǎng)絡(luò)還在開發(fā)之中，雖然實(shí)驗(yàn)室的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)能夠運(yùn)行，但限于節(jié)點(diǎn)成本、電池生命周期等原因，大規(guī)模使用的產(chǎn)品出現(xiàn)得還很少，這一代網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用無線通信模式，大規(guī)模地撒播具有簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)處理和融合能力的傳感器節(jié)點(diǎn)，無線自組織地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間節(jié)點(diǎn)的相互通信，這就構(gòu)成了第四代傳感器網(wǎng)絡(luò)，即無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。l 無線傳感器網(wǎng)

26、絡(luò)的發(fā)展無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 第一章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 l 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展 1993年，美國加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）聯(lián)合rockwell研究中心在 DARPA的資助下開始進(jìn)行了WINS（Wireless Integrated Network Sensors）的項(xiàng)目研究 1996年起麻省理工學(xué)院(MIT)進(jìn)行了AMPS(Micro-Adaptive Multi-domain Power-aware Sensors)項(xiàng)目的研究，該項(xiàng)目主要關(guān)注網(wǎng)絡(luò)問題，提出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組織應(yīng)該以節(jié)能、自組織和可重構(gòu)為目標(biāo)。 （LEACH協(xié)議） 加州大學(xué)伯克利分校（UC Berkeley）于1999年在DARPA的資助下開始進(jìn)行Smart Dust項(xiàng)目的研究，該項(xiàng)目的目標(biāo)是研制體積不超過一立方毫米，使用太陽能電池供電，具有光通信能力的自治傳感器節(jié)點(diǎn) 在美國自然科學(xué)基金（NSF）等單位的資助下，UCLA聯(lián)合其他一些機(jī)構(gòu)成立了CENS（Center for Embed