无线传感器网络课件.ppt

1、9.49.4无线传感器网络无线传感器网络n理解无线传感器网络相关概念、协议与算理解无线传感器网络相关概念、协议与算法法n了解无线传感器网络的各种应用了解无线传感器网络的各种应用n学习无线传感器网络设计与实现中的一些学习无线传感器网络设计与实现中的一些关键技术关键技术n了解无线传感器网络领域最新的研究进展了解无线传感器网络领域最新的研究进展教学目标(1)(1)智能无线传感器网络系统，于海斌，曾鹏，科学出智能无线传感器网络系统，于海斌，曾鹏，科学出版社版社(2)(2)无线传感器网络，孙利民，李建中，陈渝，朱红松，无线传感器网络，孙利民，李建中，陈渝，朱红松，清华大学出版社清华大学出版社(3)(3)

2、无线传感器网络，王营冠，王智，电子工业出版社无线传感器网络，王营冠，王智，电子工业出版社(4)Wireless Sensor Networks: A Systems(4)Wireless Sensor Networks: A SystemsPerspective, Nirupama Bulusu, Sanjay Jha, Perspective, Nirupama Bulusu, Sanjay Jha, Artech House, Hardcover, Published July 2005, Artech House, Hardcover, Published July 2005, ISBN

3、 1580538673ISBN 1580538673推荐书目推荐书目无线传感器网络无线传感器网络一一什么是无线传感器网络什么是无线传感器网络二二传感器网络的发展历史传感器网络的发展历史三三传感器网络的应用情况传感器网络的应用情况四四传感器网络的关键技术传感器网络的关键技术911历史事件历史事件寻找拉登藏身之处寻找拉登藏身之处应用需求引发研究热潮应用需求引发研究热潮为何需要无线？为何需要无线？n2001年全球工业用传感器的市场份额是110亿美元，而安装和使用成本（主要是布线成本）超过1000亿美元无线传感器网络的优势无线传感器网络的优势n降低投资成本（最高降低90）；n降低使用成本；n灵活，易于

4、改造；n覆盖有线不可达的区域。无无 线线 网网 络络有基础设施网有基础设施网无基础设施网无基础设施网移动移动Ad hocAd hoc网络网络无线传感器网络无线传感器网络无线传感器网络(WSN)是大量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、处理和传输网络覆盖地域内感知对象的监测信息，并报告给用户。传感器技术传感器技术计算机技术计算机技术通通 信信 技技 术术感感 官官大大 脑脑神神 经经现代信息技术现代信息技术信息系统信息系统无线传感器网络无线传感器网络物物 理理 层层数据链路层数据链路层网网 络络 层层传传 输输 层层应应 用用 层层能能 量量 分分 配配移移

5、 动动 管管 理理应应 用用 优优 化化网络通信协议网络通信协议传感器网络的常用逻辑结构图传感器网络的常用逻辑结构图传感器传感器1 1传感器传感器2 2传感器传感器N N无线链路无线链路无线接口无线接口模块模块监控主机监控主机无线传感器网络的特点无线传感器网络的特点n1.1.无中心和自组织性无中心和自组织性n2.2.动态变化的网络拓扑动态变化的网络拓扑n3.3.受限的无线传输带宽受限的无线传输带宽n4.4.移动终端的能力有限移动终端的能力有限n5.5.多跳路由多跳路由n6.6.安全性较差安全性较差n7.7.网络的可扩展性不强网络的可扩展性不强n8.8.节点硬件资源有限节点硬件资源有限n9.9.

6、节点数量众多，分布密集节点数量众多，分布密集与现有网络的区别与现有网络的区别 与其他网络如移动通信网、与其他网络如移动通信网、Ad hocAd hoc网络、因特网等相网络、因特网等相比有着如下区别：比有着如下区别： n无线传感器网络中的节点数目更为巨大，密度更高，且节无线传感器网络中的节点数目更为巨大，密度更高，且节点不一定具有全球唯一的地址标识；点不一定具有全球唯一的地址标识； n无线传感器网络中的节点一般不进行快速移动，但节点可无线传感器网络中的节点一般不进行快速移动，但节点可能会随时加入或离开，因而网络的拓扑变化很快；能会随时加入或离开，因而网络的拓扑变化很快； n高度自适应的自治能力。

7、由于应用的特殊性（节点能量较高度自适应的自治能力。由于应用的特殊性（节点能量较低或节点的移动、增加、消亡），低或节点的移动、增加、消亡），WSNWSN必须是能够自我配必须是能够自我配置的，需要很强的自适应能力和健壮性。置的，需要很强的自适应能力和健壮性。 n无线传感器网络中节点的电池能量、计算能力和存储能力无线传感器网络中节点的电池能量、计算能力和存储能力相当有限。相当有限。 第一阶段第一阶段最早可以追溯二十世纪最早可以追溯二十世纪7070年代越战时期使用的年代越战时期使用的传统的传感器系统。传统的传感器系统。胡志明小道胡志明小道胡志明小道胡志明小道热带树热带树热带树热带树轰炸机轰炸机有线有线

8、/ /无线连接无线连接第二阶段第二阶段19991999年商业周刊将传感器网络年商业周刊将传感器网络列为二十一世纪最具影响的列为二十一世纪最具影响的2121项技术之一项技术之一 。二十世纪二十世纪8080年代年代至至9090年代之间年代之间第三阶段第三阶段2121世纪开始至今世纪开始至今20012001911911事件事件20022002橡树岭实验室提出橡树岭实验室提出“网络就是传网络就是传感器感器”。2003200320062006美国美国技术评论技术评论杂志评出深远杂志评出深远影响人类未来生活的十大新兴技影响人类未来生活的十大新兴技术，传感器网络列为第一术，传感器网络列为第一 。我国发布我国

9、发布国家中长期科学与技国家中长期科学与技术发展规划纲要术发展规划纲要。巨型机巨型机 小型机小型机 工作站工作站 PC PDA WSNWSN 节点等节点等 生物芯片生物芯片 计算设备的演化历史计算设备的演化历史无人干扰监测无人干扰监测鸟鸟 巢巢海海 燕燕大大 鸭鸭 岛岛桥桥 梁梁 监监 测测健健 康康 监监 测测海海 洋洋 监监 测测环环 境境 监监 测测韩国济州岛智能渔场韩国济州岛智能渔场北京大兴区菊花基地北京大兴区菊花基地克尔斯博公司克尔斯博公司沈阳玫瑰园沈阳玫瑰园智能交通智能交通智能停车场智能停车场智能围界智能围界讨讨 论论 请大家思考和组织课堂讨论：请大家思考和组织课堂讨论：传感器网络还

10、可以有哪些用途？传感器网络还可以有哪些用途？二零零八年五月十二二零零八年五月十二日汶川地区发生强烈日汶川地区发生强烈地震地震nWSN应用监测火山 Active volcano in central Ecuador 5018mActive volcano in central Ecuador 5018m唐古拉瓦火山（唐古拉瓦火山（Volcn TungurahuaVolcn Tungurahua）在）在19991999年进行了一次年进行了一次猛烈爆发猛烈爆发nWSN应用监测火山nInfrasonic MicrophonenWSN应用监测火山nExample of eruption data联合国维

11、和部队联合国维和部队伊伊 拉拉 克克微型感应传感器网络微型感应传感器网络核武器和生化武器核武器和生化武器美军未来战斗系统的战场警戒示意图传感器节点传感器节点通行车辆通行车辆枪声定位反恐系统 美军美军“沙地直线沙地直线”项目项目无线链路无线链路目标探测、目标探测、分类和跟踪分类和跟踪传感器节点传感器节点传感器节点传感器节点节点封装示例（一）特点：表面光滑可以滚动自动调整姿态位置万向节固定架设计节点封装示例（二）特点：底基重量大自正位“悬垂钟摆”式电路板飞机抛撒“狼群狼群”地面传感器网络地面传感器网络美军共计完成美军共计完成2323项传感器网络项目项传感器网络项目智能尘埃智能尘埃Smart DustSmart Dust 光信号传输 很微小，微米级的包含传感和通信的平台 具有计算能力，双向无线通信能力，自带电源 成本比较低，适合大规模生产和部署 有特定的用途与功能：空间探测远距离交通流量探测建筑物情况监控战场，自然资源监视n智能尘埃智能尘埃Smart DustSmart DustMoteMote无线电波传输无线电波传输元件齐全，选择性高元件齐全，选择性高功能较完善功能较完善Mote