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1、 Lecture 01 课程介绍与无线传感器网络简介 课程信息 无线传感器网络简介一、基本信息 课程名称：无线传感器网络概论（Wireless Sensor Network） 性质/作用：限选/了解WSN，学习基于CC2430的ZigBee应用编程 学时/学分：72/4.5 考试方式：平时成绩（30%）+期末上机考试（70%） 教材名称：ZigBee技术与应用-CC2430设计、开发与实践物联网：利用条码、射频识别、传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，实现人与人、人与物、物与物的在任何时间、任何地点的连接（anything、anytime、anywhere），从而进行
2、信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的庞大网络系统。普适计算泛在网络物联网RFID传感器网络二、开课背景1. 产业背景 1999年中国开始传感网研究。2009 年8月7 日 温家宝在无锡视察中科院“物联网”技术研发中心时指出，要尽快突破核心技术，把传感技术和TD的发展结合起来。2009年8月24 日 王建宙访台期间解释了“物联网”概念。2009年9月11 日 “传感器网络标准工作组成立大会暨”感知中国高峰论坛”在北京举行，会议提出传感网发展相关政策。2009年9月14 日 在中国通信业发展高层论坛上，中国移动总裁王建宙高调表示：“物联网”商机无限，中国移动将以开放的姿态，与
3、各方竭诚合作。2009年10月 11工业和信息化部部长李毅中部长在科技日报上发表题为我国工业和信息化发展的现状与展望的署名文章，首次公开提及传感网络，并将 其上升到战略性新兴产业的高度，指出信息技术的广泛渗透和高度应用将催生出一批新增长点。2009年11月3 日温家宝总理在人民大会堂向首都科技界发表了题为“让科技引领中国可持续发展”的讲话，首度提出发展包括新能 源、新材料、生命科学、生命医药、信息网络、海洋工程、地质勘探等七大战略新兴产业的目标，并将”物联网” 并入信息网络发展的重要内容，并强调信息网络产业是世界经济复苏的重要驱动力。 而在国家中长期科学与技术 发展规划(20062020 年)
4、和“新一代宽带移动无线通信网”重大专项中均将传感网列入重点研究领域。-电信09级：嵌入式应用（方向）-电信10级：智能电子（方向）-电信11级：物联网应用技术（方向） 无论是哪个方向，都在物联网的技术链和产业链上，而WSN是物联 网的核心技术之一。2. 人才培养背景 三、本课程与其他课程的关系本门课无 线 传 感 器 网 络 概 论后续课智能 电子 产品 设计 与制 作后续课智能 卡应 用数 据库基础课单 片 机 原 理 及 应 用嵌 入 式 C 程 序 设 计检 测 与 转 换技 术无线传感器网络的 概念、特点、应用课程概述无线传感器 网络概论结构、寄存器、 I/O口应用等CC2430基础信
5、道设置、点对点 通信、功耗控制等无线通信自组网通信、广播 /组播通信、拓扑 监控等Z-STACK协议栈四、主要教学内容五、学习方法借鉴代码，将成熟代码应用于自己的项目编程应用为旨要理清程序思路，分析代码功能分析代码为重首先要了解实验目的，观察实验现象观察现象为先至少完成指导书提供的二十余个实验实验为主几点建议n Hold the line, stay with me!n 保持心态，不要寄希望学懂所有东西n 勤做实验，尽力分析代码，多做改进和应用l无线传感器网络的概念l无线传感器网络的发展历史l无线传感器网络的应用l无线传感器网络的特点关键技术l无线传感器网络与物联网的关系l无线传感器网络的概念
6、l无线传感器网络的发展历史l无线传感器网络的应用l无线传感器网络的特点关键技术l无线传感器网络与物联网的关系一、无线传感器网络的概念传感器：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成 。 传感器网络节点的组成无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)：由大量传感器节点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感知对象的信息，它能够实现数据的采集量化、处理融合、传输应用。WSN体系结构：平面拓扑结构WSN体系结构：逻辑分层结构传感器节点体系结构传感器网络协议栈l无线传
7、感器网络的概念l无线传感器网络的发展历史l无线传感器网络的应用l无线传感器网络的特点关键技术l无线传感器网络与物联网的关系二、无线传感器网络的发展历史第一阶段最早可以追溯二十世纪70年代越战时期使用的传统的传感器系统。胡志明小道胡志明小道热带树热带树轰炸机 传传感器仅产生探测数据流感器仅产生探测数据流 传感器无计算能力传感器无计算能力 传感器之间不能相互通信传感器之间不能相互通信SensorsSensorsObjectObject信号分析信号分析传统感知方法的特征传统感知方法的特征有线/无线连接第二阶段uu感知能力感知能力计算能力计算能力通信能力通信能力时间：二十世纪80年代至90年代之间19
8、99年商业周刊将传感器网络列为二十一世纪最具影响的21项技术之一 。2003200120022006911事件橡树岭实验室提出“网络就是传感器”。我国发布国家中长期科学与技术发展规划纲要。中国“物联网”2009美国技术评论杂志评出深远影响人类未来生活的十 大新兴技术，传感器网络列为第一 。第三阶段21世纪开始至今911历史事件寻找拉登藏身之处应用需求引发研究热潮综观计算机网络技术的发展史，应用需求始终是推动和左右全球网络技术进步的动力与源泉。计算设备的演化历史l无线传感器网络的概念l无线传感器网络的发展历史l无线传感器网络的应用l无线传感器网络的特点关键技术l无线传感器网络与物联网的关系民事民
9、事应用应用大鸭岛海燕监测大鸭岛海燕监测无人干扰监测鸟 巢海 燕大 鸭 岛桥 梁 监 测健 康 监 测海 洋 监 测环 境 监 测电力高压线电力高压线高尔夫球场高尔夫球场葡葡 萄萄 园园道道 路路 交交 通通智能停车场智能停车场物流系统物流系统列车铁轨列车铁轨高速公路系统高速公路系统韩国济州岛智能渔场北京大兴区菊花基地克尔斯博公司浙江温州的奶牛牧场浙江温州的奶牛牧场沈阳玫瑰园讨 论 题请大家思考和组织课堂讨论：传感器网络还可以有哪些用途？二零零八年五月十 二日汶川地区发生 强烈地震汶川特大地震发生机理及后续灾情科学分析军事军事应用应用联合国维和部队伊 拉 克微型感应传感器网络核武器和生化武器美军
10、未来战斗系统的战场警戒示意图传感器节点通行车辆枪声定位反恐系统F-22F-22猛禽战斗机猛禽战斗机美国F-22猛禽战斗机机外传感器网络美军“沙地直线”项目无线链路目标探测、 分类和跟踪传感器节点传感器节点密封形封装罩密封形封装罩节点封装示例（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锥形罩锥形罩特点：底基重量大自正位“悬垂钟摆”式电路板飞机抛撒节点封装示例（二）“狼群”地面传感器网络美军共计完成23项传感器网络项目物联网工程、物联网应用技术 专业l无线传感器网络的概念l无线传感器网络的发展历史l无线传感器网络的应用l无线传感器网络的特点关键技术l无线传感器网络与物联网的关系网关
11、节点众多、网络自组织、多跳路由、网络动态性、网络以数 据为中心、面向应用一、无线传感器网络的特点二、无线传感器网络的关键技术网络协议u通信能力有限节点通信覆盖范围只有几十到几百米u传感器网络没有基站u节点失效、新节点加入，导致网络拓扑结构的动态性，需要自动愈合如何在有限的通信能力条件下, 完成探测数据的传输？多跳自组织的网络路由的优化设计网络协议是第一项关键技术！网络安全u网络攻击无处不在 u传感器节点的物理操纵 u传感信息的窃听 u拒绝服务攻击 u私有信息的泄露 u安全性是传感网络设计的重要问题。如何保护机密数据和防御网络攻击是第二项关键技术！能量管理u电源能量有限通常电池供电，工作环境恶劣
12、，一次部署终生使用，更换电池困难如何节省电源、最大化网络的使用寿命？低功耗设计问题是第三项关键技术！数据融合u传感器网络是以数据为中心的网络用户感兴趣的是数据而不是网络和传感器硬件如何建立以数据为中心的传感器网络？传感器网络的第四项关键技术是数据融合方法！定位技术u无线传感器网络的数据很重要，位置或许更重要如何在低功耗情况下支持完善的定位？是无线传感器网络第五项关键技术代码注入技术u无线节点一旦部署，如何为众多的节点提供快速、便捷的升级方法？空中接口升级是无线传感器网络第六项关键技术l无线传感器网络的概念l无线传感器网络的发展历史l无线传感器网络的应用l无线传感器网络的特点关键技术l无线传感器网络与物联网的关系作 业1. 简述无线传感器网络的特点。2. 简述无线传感器网络的关键技术。3. 简述无线传感器网络与物联网的关系。
