《高级无线移动通信-无线传感器网络研究进展》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高级无线移动通信-无线传感器网络研究进展（58页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1State Key Lab of Networking and Switching BUPT 无线传感器网络的研究内容与进展无线传感器网络的研究内容与进展 宽带网研究中心 网络与交换技术国家重点实验室 北京邮电大学 2State Key Lab of Networking and Switching BUPT 前言前言 计算技术发展过程计算技术发展过程 无线技术概要无线技术概要 WSN技术的融合WSN技术的融合 WSN典型应用结构WSN典型应用结构 3State Key Lab of Networking and Switching BUPT 发展过程发展过程 YearYear Log pe
2、ople per computer Log people per computer Number Crunching Data Storage Productivity Interactive Mainframe Minicomputer Workstation PC Laptop PDA Courtesy of Prof David Culler Univ of California Berkeley Streaming information to and from physical world Cellular phone 4State Key Lab of Networking and
3、 Switching BUPT 无线技术无线技术 GSM CDMAGPRS 3GLDMSWAN LAN PAN 802 15 4 Zigbee Bluetooth1 802 11b Long Range Low Data RateHigh Data Rate 315 433 900 ISM band frequencies Text Short Range 802 11a HL2 Bluetooth2 GraphicsInternet Hi Fi audio Streaming video Digital video Multi channel video From Wireless Sens
4、or Networks by Feng Zhao and Leo Gubias 2004 5State Key Lab of Networking and Switching BUPT 技术的融合技术的融合 Embedded Computing Ubiquitous Wireless Embedded Computing Ubiquitous Wireless 传感技术传感技术 小型化 低成本 显 微加工 低电压 Smarter Smaller Sensors Smarter Smaller Sensors 无线通信技术无线通信技术 蓝 牙 无线局域网 蜂窝网 卫星网 计算计算 网络技术网络技
5、术 小型设备的计算能力 增加 成本降低 网 络化协作能力的加强 使得资源共享成为可 能 WSN 6State Key Lab of Networking and Switching BUPT 典型结构典型结构 7State Key Lab of Networking and Switching BUPT 无线传感器网络研究内容及进展无线传感器网络研究内容及进展 8State Key Lab of Networking and Switching BUPT 内容内容 什么是传感器网络什么是传感器网络 传感器网络的应用传感器网络的应用 传感器网络的体系结构传感器网络的体系结构 传感器网络的协议传感
6、器网络的协议 传感器网络的研究进展传感器网络的研究进展 结论结论 9State Key Lab of Networking and Switching BUPT 什么是传感器网络什么是传感器网络 WSN的目的 WSN的目的 协作地感知 采集 处理和发布感知信息协作地感知 采集 处理和发布感知信息 WSN三个基本要素 WSN三个基本要素 感知对象 感知对象 EVENTEVENT 感知节点 感知节点 既有感知功能 也有路由及转发功能 检测周围事件的发生或环 境的变化 既有感知功能 也有路由及转发功能 检测周围事件的发生或环 境的变化 SINK SINK 从传感器节点采集并处理最终的检测数据 从传感
7、器节点采集并处理最终的检测数据 传感器网络的基本功能传感器网络的基本功能 传感器网络是由一组传感器以特定方式构成的有线或无线网络 其目的 是协作地感知 采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息 并 发布给观察者 传感器网络是由一组传感器以特定方式构成的有线或无线网络 其目的 是协作地感知 采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息 并 发布给观察者 传感器部署传感器部署 随机性部署 以撒布方式部署 节点随机分布 以Ad Hoc方式工作 确定性部署 预先确定部署方案和节点位置 路由预先选定 传感器网络结构传感器网络结构 同构 节点具有同样的运算 存贮能力和能量 异构 节点具有不同的能力和重
8、要性 10State Key Lab of Networking and Switching BUPT WSN概述 网络基础架构WSN概述 网络基础架构 电源单元电源单元 传感单元传感单元 CPU 存储器 通信模块 处理单元处理单元 电源 管理 系统 通信单元通信单元 定位系统 移动系统 传感器ADC 接收发送器 Sink 因特网 用户 网络节点 传感器分布区域 A BC DE 嵌入式处理器板 无线通信板 传感器板 11State Key Lab of Networking and Switching BUPT 传感器网络的特点传感器网络的特点 设计目的 设计目的 建立一个可以快速部署的并且具
9、有自组织能 力和容错能力的低成本 低功耗 多功能的传感器网络 建立一个可以快速部署的并且具有自组织能 力和容错能力的低成本 低功耗 多功能的传感器网络 一个传感器网络由大量的传感器节点组成一个传感器网络由大量的传感器节点组成 这些传感器节点被密集地配置在一个环境中 功能有限的传感器功能有限的传感器协作协作地完成大的感知任务地完成大的感知任务 传感器节点以自组织的方式通信传感器节点以自组织的方式通信 每个节点既是终端 又是路由器每个节点既是终端 又是路由器 由应用 事件 驱动 以数据为核心 资源受限 能量 存储 计算 带宽等 由应用 事件 驱动 以数据为核心 资源受限 能量 存储 计算 带宽等
10、算法以节能为主要考虑目的 someone算法以节能为主要考虑目的 someone s opinion s opinion 12State Key Lab of Networking and Switching BUPT 传感器网络和Ad hoc网络的比较传感器网络和Ad hoc网络的比较 传统观点 二者相同 起码类似 传统观点 二者相同 起码类似 事实上 事实上 WSN中的节点数量 节点密度远大于Ad hoc网 络 WSN中的节点数量 节点密度远大于Ad hoc网 络 WSN节点没有统一 固定 的节点标识WSN节点没有统一 固定 的节点标识 WSN节点容易失效WSN节点容易失效 WSN网络拓扑
11、的变化十分频繁WSN网络拓扑的变化十分频繁 13State Key Lab of Networking and Switching BUPT 传感器网络和Ad hoc网络的比较 续 传感器网络和Ad hoc网络的比较 续 WSN主要用广播方式通信 而大部分Ad hoc网络是 基于点到点通信方式的 WSN主要用广播方式通信 而大部分Ad hoc网络是 基于点到点通信方式的 WSN节点的电能 计算能力及存储器容量都很有限WSN节点的电能 计算能力及存储器容量都很有限 WSN并不十分关心单节点上的信息 而中间节点上 与具体应用相关的数据处理 融合和缓存则显得 很有必要 WSN并不十分关心单节点上的信
12、息 而中间节点上 与具体应用相关的数据处理 融合和缓存则显得 很有必要 14State Key Lab of Networking and Switching BUPT 军事应用军事应用 监视 侦察 定位 通信 计算 指挥 环境科学环境科学 大气 土壤 森林 海洋 气候 动植物 自然灾害 医疗健康医疗健康 病人监护 药物管理 新药品试验 远程医疗 空间探索空间探索 借助航天器撒布传感器网络进行星球探测 工业和交通管理工业和交通管理 生产过程监测 控制 仓库管理 交通管理 车辆监测跟踪 商业应用商业应用 智能家居环境 体育比赛裁判 交互式博物馆 交互式玩具 传感器网络的应用 15State Ke
13、y Lab of Networking and Switching BUPT 传感器网络的应用举例 Intel Presentation 16State Key Lab of Networking and Switching BUPT 无线传感器网络的体系结构无线传感器网络的体系结构 17State Key Lab of Networking and Switching BUPT 节点的组成节点的组成 传感器节点的4个基本部件传感器节点的4个基本部件 传感单元 sensing unit 通常包括传感器和模数变换2个子模块 数据处理单元 processing unit 处理数据 使本节点和其它传
14、感器协作完成监 测任务 接收发送单元 transceiver unit 使本节点和网络相连 电源 Power units 这是最重要的单元 18State Key Lab of Networking and Switching BUPT 节点的组成 4个基本部件节点的组成 4个基本部件 19State Key Lab of Networking and Switching BUPT 节点的组成 3个附加组件节点的组成 3个附加组件 定位系统 Location finding system 定位系统 Location finding system 大部分传感器网络的路由算法和感知任务需要了解节点
15、的精确位置 移动器 mobilizer 移动器 mobilizer 当需要执行特定任务时用来移动传感器节点 能源发生器 Power generator 能源发生器 Power generator 补充能量 根据应用 可选配其它部件根据应用 可选配其它部件 20State Key Lab of Networking and Switching BUPT 传感器网络节点实例传感器网络节点实例 嵌入式处理通信板 系列传感器板 网络节点 21State Key Lab of Networking and Switching BUPT 传感器网络的设计要求传感器网络的设计要求 容错能力 故障率低容错能力
16、 故障率低 可扩展性 节点密度可以调整可扩展性 节点密度可以调整 生产成本 1 生产成本 1 工作环境 适应各种恶劣的环境工作环境 适应各种恶劣的环境 网络拓扑 网络拓扑改变后可以重新配置新增 节点 网络拓扑 网络拓扑改变后可以重新配置新增 节点 硬件要求 小型化 超低功耗 低成本 自主 工作 无人维护 硬件要求 小型化 超低功耗 低成本 自主 工作 无人维护 传输媒体 无线 红外 光传输媒体 无线 红外 光 耗电 0 5 Ah 1 2V 耗电 0 5 Ah 1 2V 22State Key Lab of Networking and Switching BUPT 传感器网络的协议传感器网络的协议 23State Key Lab of Networking and Switching BUPT 传感器网络协议栈传感器网络协议栈 sink 和传感器节点 之间的协议 24State Key Lab of Networking and Switching BUPT 管理平面管理平面 三个管理平面使传感器节点协同工作时达 到省电 节点能移动和共享资源的要求 三个管理平面使传感器节点协同工作时达
