潘雄振-無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯編

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

WirelessSensorNetworks潘雄振（1100349093）上海交通大學(xué)電子系目錄傳感器網(wǎng)絡(luò)－概述傳感器網(wǎng)絡(luò)－應(yīng)用傳感器網(wǎng)絡(luò)－協(xié)議傳感器網(wǎng)絡(luò)－研究進(jìn)展傳感器網(wǎng)絡(luò)－影響力什么是傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN-WirelessSensorNetworks基礎(chǔ)傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)解釋由部署在觀測(cè)環(huán)境附近的大量的微型廉價(jià)低功耗的傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線通信方式形成一個(gè)多跳的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。什么是傳感器網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)基本要素：傳感器，感知對(duì)象，觀察者傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本功能協(xié)作地感知、采集、處理和發(fā)布感知信息

傳感器接近感知對(duì)象

傳感器僅產(chǎn)生數(shù)據(jù)流

傳感器無(wú)計(jì)算能力

無(wú)傳感器間通信能力SensorsObject信號(hào)分析傳統(tǒng)的感知方法有線/無(wú)線連接現(xiàn)代感知方法SensingAreaObjectUser端

傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋感知對(duì)象區(qū)域

每個(gè)傳感器完成其臨近感知對(duì)象的觀測(cè)

多傳感器協(xié)同完成感知區(qū)域的大觀測(cè)任務(wù)

使用多跳路由算法向用戶報(bào)告觀測(cè)結(jié)果SinkInternet或通信衛(wèi)星SensornetworkUser端傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)sink-匯聚點(diǎn)sensornode-傳感器節(jié)點(diǎn)sensorfield-監(jiān)測(cè)區(qū)域傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)體傳感器節(jié)點(diǎn)功能：采集、處理、控制和通信等網(wǎng)絡(luò)功能：兼顧節(jié)點(diǎn)和路由器資源受限：存儲(chǔ)、計(jì)算、通信、能量Sink節(jié)點(diǎn)功能：連接傳感器網(wǎng)絡(luò)與Internet等外部網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)兩種協(xié)議棧之間的通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，發(fā)布管理節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)任務(wù)，轉(zhuǎn)發(fā)收集到的數(shù)據(jù)。特點(diǎn)：連續(xù)供電、功能強(qiáng)、數(shù)量少等現(xiàn)代微型傳感器感知能力＋計(jì)算能力＋通信能力體積小能耗小由六部分組成傳感器節(jié)點(diǎn)的限制電源能量有限通信能力有限計(jì)算和存儲(chǔ)能力有限傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)：地理區(qū)域大、部署密集自組織網(wǎng)絡(luò)：不確定性、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化資源受限：計(jì)算、存儲(chǔ)、通訊、能量動(dòng)態(tài)拓?fù)洌汗?jié)點(diǎn)故障、通訊故障、移動(dòng)性、節(jié)點(diǎn)加入可靠網(wǎng)絡(luò)：適應(yīng)環(huán)境條件、魯棒性、容錯(cuò)性數(shù)據(jù)傳輸：多跳的數(shù)據(jù)傳輸模式、多對(duì)一的數(shù)據(jù)通信方式、無(wú)線帶寬小傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)技術(shù)拓?fù)淇刂凭W(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)安全時(shí)間同步定位技術(shù)數(shù)據(jù)融合數(shù)據(jù)管理無(wú)線通信技術(shù)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用層技術(shù)核心問(wèn)題能源傳感器封裝部署資源受限下的網(wǎng)絡(luò)機(jī)制大規(guī)模下的網(wǎng)絡(luò)機(jī)制傳感器網(wǎng)絡(luò)－adhoc網(wǎng)絡(luò)的對(duì)比WSN結(jié)點(diǎn)數(shù)量更為龐大多數(shù)節(jié)點(diǎn)為靜止節(jié)點(diǎn)分布更為密集能量約束結(jié)點(diǎn)更容易出錯(cuò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化頻繁Adhoc幾十至上百個(gè)節(jié)點(diǎn)局域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)全移動(dòng)結(jié)構(gòu)變化（移動(dòng)）能量可連續(xù)提供點(diǎn)到點(diǎn)通信傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用通信能力有限節(jié)點(diǎn)帶寬窄，而且經(jīng)常變化節(jié)點(diǎn)通信覆蓋范圍只有幾十到幾百米，而且經(jīng)常變化挑戰(zhàn)之一如何在如此有限通信能力的條件下,高質(zhì)量地完成感知數(shù)據(jù)的查詢、分析、挖掘與傳輸？多源、多跳是主要通信方式多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)向一個(gè)目標(biāo)傳送信息一次多源信息傳輸需要多條由多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)組成的路徑挑戰(zhàn)之二如何為多源信息傳輸選擇優(yōu)化通信路徑？在傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，建立選擇優(yōu)化或近似優(yōu)化通信路徑的理論是我們面臨的第二個(gè)挑戰(zhàn)問(wèn)題！節(jié)點(diǎn)移動(dòng)、斷接頻繁在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)移動(dòng)頻繁節(jié)點(diǎn)間通信的斷接頻繁，導(dǎo)致通信失敗.經(jīng)常受到高山、風(fēng)雨雷電等自然環(huán)境的影響,因此傳感器可能會(huì)長(zhǎng)時(shí)間脫離網(wǎng)絡(luò),離線工作挑戰(zhàn)之三通信路徑重構(gòu)成為突出問(wèn)題？路由算法必須具有自適應(yīng)性？如何建立網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)連通性的數(shù)據(jù)理論，為通信路徑重構(gòu)和自適應(yīng)路由算法設(shè)計(jì)奠定堅(jiān)實(shí)理論基礎(chǔ)是我們面臨的第三個(gè)挑戰(zhàn)問(wèn)題！電源能量有限傳感器的電源能量極其有限由于電源能量的原因經(jīng)常失效或廢棄電源能量約束是傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的障礙現(xiàn)有電源部件不能滿足傳感器網(wǎng)絡(luò)的需要傳感器傳輸信息比執(zhí)行計(jì)算更消耗電能挑戰(zhàn)之四如何傳感器網(wǎng)絡(luò)在工作過(guò)程中節(jié)省電能，實(shí)現(xiàn)能源均衡，最大化網(wǎng)絡(luò)生命周期？建立能源復(fù)雜性和能源均衡理論是我們面臨的第四個(gè)挑戰(zhàn)性問(wèn)題！計(jì)算能力有限傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器通常都具有嵌入式處理器和存儲(chǔ)器，具有計(jì)算能力但是，處理器性能、存儲(chǔ)器容量和能源都很有限，導(dǎo)致傳感器的計(jì)算能力十分有限挑戰(zhàn)之五如何使用大量具有有限計(jì)算能力的傳感器設(shè)計(jì)能源有效的高性能分布式算法?

設(shè)計(jì)同時(shí)最小化能源、時(shí)間、空間和通信復(fù)雜性的分布式算法是我們面臨的第五個(gè)挑戰(zhàn)性問(wèn)題！傳感器數(shù)量大、分布范圍廣傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)密集，數(shù)量巨大，可能達(dá)到幾百、幾千萬(wàn)，甚至更多傳感器網(wǎng)絡(luò)可以分布在很大區(qū)域，也可以分布在險(xiǎn)惡環(huán)境下傳感器數(shù)量大、分布廣的特點(diǎn)使得網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)十分困難甚至不可維護(hù)挑戰(zhàn)之六如何使傳感器網(wǎng)絡(luò)軟硬件具有高強(qiáng)壯性和容錯(cuò)性是我們面臨的第六個(gè)挑戰(zhàn)性問(wèn)題！大規(guī)模分布式觸發(fā)器很多傳感器網(wǎng)絡(luò)需要對(duì)感知對(duì)象進(jìn)行控制（如溫度控制）傳感器需要配備回控裝置和控制軟件我們稱回控裝置和控制軟件為觸發(fā)器挑戰(zhàn)之七如何管理成千上萬(wàn)分布式觸發(fā)器是我們面臨的第七個(gè)挑戰(zhàn)性問(wèn)題？感知數(shù)據(jù)流無(wú)限傳感器網(wǎng)絡(luò)每個(gè)傳感器都產(chǎn)生無(wú)限的流式數(shù)據(jù)，并具有實(shí)時(shí)性每個(gè)傳感器僅具有有限的存儲(chǔ)器和計(jì)算資源，難以處理巨大的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流挑戰(zhàn)之八如何設(shè)計(jì)高效率、能源有效、實(shí)時(shí)的海量感知數(shù)據(jù)流的查詢、分析和挖掘的分布式算法？傳感器網(wǎng)絡(luò)是以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)把傳感器視為感知數(shù)據(jù)流或感知數(shù)據(jù)源把傳感器網(wǎng)絡(luò)視為感知數(shù)據(jù)空間或數(shù)據(jù)庫(kù)把數(shù)據(jù)管理和處理作為網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用目標(biāo)挑戰(zhàn)之九如何建立以數(shù)據(jù)為中心的傳感器網(wǎng)絡(luò)？傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的理論和技術(shù)是我們面臨的第九個(gè)挑戰(zhàn)性問(wèn)題！需要多種多樣的感知器物理傳感器生物傳感器化學(xué)傳感器……挑戰(zhàn)之十如何建立新感知器概念、理論、技術(shù)和各種新型感知器是我們面臨的第十個(gè)挑戰(zhàn)性問(wèn)題？其他挑戰(zhàn)性問(wèn)題傳感器的投放或撒播理論與技術(shù)傳感器的定位問(wèn)題時(shí)鐘同步問(wèn)題組網(wǎng)連通可靠性研究和探測(cè)覆蓋率研究傳感器網(wǎng)絡(luò)安全性問(wèn)題和抗干擾問(wèn)題信號(hào)的協(xié)作處理傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議棧物理層：頻段的選擇，信號(hào)的調(diào)制，數(shù)據(jù)的加密數(shù)據(jù)鏈路層：數(shù)據(jù)幀的監(jiān)測(cè)，媒體訪問(wèn)控制和錯(cuò)誤控制網(wǎng)絡(luò)層：對(duì)傳輸層提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行路由傳輸層:維護(hù)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流，保證通信服務(wù)質(zhì)量應(yīng)用層：根據(jù)具體應(yīng)用需求添加不同的應(yīng)用程序MAC協(xié)議分類按照信道使用方式分為：分配型MAC協(xié)議FDMA，TDMA，CDMA，SDMA各子信道之間無(wú)沖突，互不干擾，易于休眠，能量效率高。但不能靈活適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓?，協(xié)議算法復(fù)雜較高。競(jìng)爭(zhēng)型MAC協(xié)議802.11，802.15.4混合型MAC協(xié)議ZMAC

能很好地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓⑻峁┚獾木W(wǎng)絡(luò)性能。時(shí)隙分配DRAND算法復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)比較困難，限制了ZMAC的應(yīng)用。按照網(wǎng)絡(luò)類型采用分布式控制還是集中控制分類按照MAC協(xié)議使用的信道數(shù)目分類基于單一信道基于雙信道基于多信道無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展軍事領(lǐng)域美國(guó)陸軍的研究計(jì)劃“靈巧傳感器網(wǎng)絡(luò)通信”（2001－2005，通用通信基礎(chǔ)設(shè)施）“無(wú)人值守地面?zhèn)鞲衅魅骸保ㄖС株戃姼鼜V闊視野）“戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境偵察與監(jiān)視系統(tǒng)”（偵察和情報(bào)）美國(guó)海軍的研究計(jì)劃“傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)”（戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略級(jí)的傳感器信息管理）“網(wǎng)狀傳感器系統(tǒng)CEC（Cooperativeengagementcapability)(裝載在艦艇和戰(zhàn)斗機(jī)群上，進(jìn)行高精度偵察）美國(guó)國(guó)防部SmartSensorWeb，5個(gè)尖端研究領(lǐng)域之一（以Web為中心的傳感器信息分發(fā)和融合網(wǎng)絡(luò)）無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展民用領(lǐng)域美國(guó)交通部國(guó)家智能交通系統(tǒng)項(xiàng)目規(guī)劃，1995開(kāi)始，2025投入使用（用傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行地面交通管理）Intel公司基于微型傳感器網(wǎng)絡(luò)的新型計(jì)算發(fā)展項(xiàng)目，2002發(fā)布開(kāi)發(fā)超微型傳感器

MOTE（塵粒）

Smartdust(智能灰塵）無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展學(xué)術(shù)和科技界美國(guó)自然科學(xué)基金委（NSF）推動(dòng)下，很多高校開(kāi)展研究英國(guó)、意大利、日本等國(guó)的大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)學(xué)術(shù)科技界的研究集中在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信協(xié)議、感知數(shù)據(jù)查詢處理技術(shù)和應(yīng)用試驗(yàn)等方面?zhèn)鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)的影響傳感器網(wǎng)絡(luò)將物理世界和信息技術(shù)連接起來(lái)傳感器網(wǎng)絡(luò)具有改造社會(huì)的潛力，將來(lái)廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域使得傳感器網(wǎng)絡(luò)成為我們生活中不可缺少的部分傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)引起國(guó)內(nèi)外科技界和工業(yè)界高度重視傳感器網(wǎng)絡(luò)的影響美國(guó)的移動(dòng)計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)國(guó)際會(huì)議（1999）：“無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是下一個(gè)世紀(jì)面臨的重大發(fā)展機(jī)遇?！泵绹?guó)國(guó)防部（2000）：將傳感器網(wǎng)絡(luò)定為五個(gè)國(guó)防尖端領(lǐng)域之一。美國(guó)《M