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1、,传感网原理及应用 Wireless Sensor Networks,Based on the course slides of 无线传感器网络，Ian F. Akyildiz 等编，徐平平等译，电子工业出版社,Course Info:传感网原理及应用,物联网专业的核心课程（必修） 了解传感网的产生与发展，掌握传感网的基本原理、体系结构以及协议设计原则，以及目前传感网的主要协议，通过实验熟悉和掌握TinyOS操作系统编程，使学生具有传感网应用系统分析和设计的初步能力。 教材：无线传感器网络（Wireless Sensor Networks）， Ian F. Akyildiz 等编，徐平平等译，
2、电子工业出版社，2013年3月第一次印刷 课堂：1-18周，每周一5-6节（单周），14101-18周， 每周四5-6节，3211 考核方式：出勤率+作业+考试,Ian F. Akyildiz,参考书,1.WSN概述,8. WSN的传输层,2.WSN应用,3.WSN的特性、关键设计因素和限制条件,4.WSN的物理层,5.WSN的MAC协议,16.地下无线传感网WUSN,7.WSN的路由协议技术,9.WSN的跨层设计,10.WSN中的时间同步,11.WSN中的定位技术,12.WSN中的拓扑管理,13.WSN中的协同,14.无线多媒体传感网WMSN,15.水下无线传感网UWSN,17. WSN的挑
3、战,课程内容,6. WSN的差错控制,Chapter 1:无线传感器网络,1.1 无线传感网与物联网的关系 1.2 无线传感网的应用领域 1.3起源与发展 1.4无线传感网的体系结构 1.5无线传感网的基本特点 1.6无线传感网面临的挑战 1.7 前景展望,无线传感器网络：物联网的末梢神经,Chapter 1:无线传感器网络概述,1.1 无线传感网与物联网的关系 1.2 无线传感网的应用领域 1.3起源与发展 1.4无线传感网的体系结构 1.5无线传感网的基本特点 1.6无线传感网面临的挑战 1.7 前景展望,传感网应用示例-人体健康,人身上可以安装不同的传感器，对人的健康参数进行监控，并且实
4、时传送到相关的医疗保健中心，如果有异常，保健中心通过手机，提醒您去医院检查身体。,传感网应用示例-智能家庭,智能家庭是各类消费电子产品、通信产品、信息家电及智能家居等通过传感网进行通信及数据交换,实现家庭网络中各类电子产品之间的“互联互通”,并实现随时随地对智能设备的控制。,在智能家居的应用场景中，用户在下班回家的路上即可用手机启动“下班”业务流程，将热水器和空调调节到预订的温度，并检测冰箱内的食物容量，如不足则通过网络下订单要求超市按照当天的菜谱送货。,传感网应用示例-智慧农业,农业标准化生产监测系统：将农业生产过程中，最关键的温度、湿度、二氧化碳含量、土壤温度、土壤含水率的信息通过农田中的
5、传感器组实时采集，利用M2M运营支撑平台和GPRS/ESGE网络传输，利用短信息、WEB、WAP等手段，让从事农业生产的客户实时掌握这些信息。,农业标准化生产监测系统,精细农业,作战环境侦查,战场监测与指挥,战场监测与指挥,水下传感网,传感器被安装在交通工具上 能够检测交通工具的位置、尺寸、速度和路况 路线推荐，行驶时间估计,智能交通,地震检测,名胜古迹保护,森林火灾监测系统,大东湖生态保护,桥梁健康监测,1.1 无线传感网与物联网的关系 1.2 无线传感网的应用领域 1.3起源与发展 1.4无线传感网的体系结构 1.5无线传感网的基本特点 1.6无线传感网面临的挑战 1.7 前景展望,起源,
6、无线传感器网络的研究起步于20世纪90年代末期，随着无线自组网技术的日趋成熟，无线通信、微电子、传感器技术也得到快速发展，如何在军事领域中将无线自组网与传感器技术结合起来的研究课题被提出，即开始了无线传感器网络的研究。无线传感器网络可以用于对敌方兵力和装备的监控，战场的实时监视，目标的定位、战场评估以及对核攻击和生物化学攻击的监测和搜索。,无线网络是网络技术研究与发展的另一条主线，它的研究、发展与应用将对21世纪信息技术与产业发展产生重要的影响。,传感器无线传感器无线传感器网络（大量微型、低成本、低功耗的传感器节点组成的多跳无线网络）,第一阶段:最早可以追溯至越战时期使用的传统的传感器系统。,
7、第二阶段:二十世纪80年代至90年代之间。主要是美军研制的分布式传感器网络系统、海军协同交战能力系统、远程战场传感器系统等。,第三阶段:21世纪开始至今，也就是911事件之后。这个阶段的传感器网络技术特点在于网络传输自组织、节点设计低功耗。除了应用于反恐活动以外，在其它领域更是获得了很好的应用，所以2002年美国国家重点实验室橡树岭实验室提出了“网络就是传感器”的论断。,发展历史,1.1 无线传感网与物联网的关系 1.2 无线传感网的应用领域 1.3起源与发展 1.4无线传感网的体系结构 1.5无线传感网的基本特点 1.6无线传感网面临的挑战 1.7 前景展望,Chapter 1: 无线传感器
8、网络,无线传感网的体系结构,传输层,应用层,数据链路层,网络层,物理层,物理层负责载波频率产生、信号的调制解调等工作,数据链路层负责错误控制和介质访问协议（MAC）,网络层负责数据融合、路由发现、路由维护和路由选择,传输层负责数据流的传输控制,一系列的应用软件,无线传感网的协议栈,无线传感网的协议栈,传感器平台,低端平台 高端平台 标准化工作ZigBee标准WirelessHART标准6LoWPAN标准,传感器平台的发展时间顺序,1.1 无线传感网与物联网的关系 1.2 无线传感网的应用领域 1.3起源与发展 1.4无线传感网的体系结构 1.5无线传感网的基本特点 1.6无线传感网面临的挑战
9、1.7 前景展望,Chapter 1: 无线传感器网络,以数据为中心的网络,无线传感网的基本特点,1.1 无线传感网与物联网的关系 1.2 无线传感网的应用领域 1.3起源与发展 1.4无线传感网的体系结构 1.5无线传感网的基本特点 1.6无线传感网面临的挑战 1.7 前景展望,Chapter 1: 无线传感器网络,无线传感器网络面临的挑战,无线传感网不同于传统数据网络的特点，对无线传感网的设计与实现提出了新的挑战。无线传感网的发展在基础理论和实现技术两个层面提出了大量富有挑战性的研究课题，主要体现:低能耗、实时性、低成本、安全和抗干扰，协作。,1.低功耗无线传感器网络节点的电源极为有限，又
10、因为它通常工作在危险或人们无法到达的环境中，所以在大多数情况下无法补充能量，网络中的传感器节点会由于电源能量耗尽而失效或废弃，这就要求在无线传感器网络运行的过程中，每个节点都要最小化自身的能量消耗，获得最长的工作时间；因而无线传感器网络中的各项技术和协议的使用一般都以节能为前提。,无线传感器网络面临的挑战,2.实时性无线传感器网络的应用大多要求有较好的实时性。例如，目标在进入监测区域之后，传感器网络需要在一个很短的时问内对这一事件做出响应，若其反应的时间过慢，则可能目标已离开监测区域，从而使得到的数据失效。又如，车载监控系统需要在很短的时间内就读一次加速度仪的测量值，否则无法正确估计速度，导致
11、交通事故，这些应用都对无线传感器网络的实时性设计提出了很大的挑战。,无线传感器网络面临的挑战,3.低成本无线传感器网络是由大量的传感器节点组成的，单个传感器节点的价格会极大程度地影响系统的成本。为了达到降低单个节点成本的目的，需要设计出对计算、通信和存储能力均要求较低的简单网络系统和通信协议。此外，还可以通过减少系统管理与维护的开销来降低系统的成本，这需要无线传感器网络系统具有自配置和自修复的能力。,无线传感器网络面临的挑战,4.安全和抗干扰无线传感器网络系统具有严格的资源限制，需要设计低开销的通信协议，同时也会带来严重的安全问题。由于传感器节点有些会设置在屋内，也有许多会设置在户外，会在各种
12、环境下部署节点，所以节点必须具备良好的抗干扰能力，现场环境可能极寒冷、极炎热、极干或极湿等恶劣条件，这些都不能对节点的感知产生影响，也不能对节点内的电路运作产生影响，同时也不能对节点间的信息传递产生影响。关于这些就相当考验节点的设计，不仅要考虑节点的外壳设计，还要考虑内部电路的设计。因此，如何使用较少的能量完成数据加密、身份认证、入侵检测及在破坏或受干扰的情况下可靠地完成任务，也是无线传感器网络研究与设计面临的一个重要挑战。,无线传感器网络面临的挑战,5.协作由于单个传感器节点的能力有限，往往不能单独完成对目标的测量、跟踪和识别工作，而需要多个传感器节点采用一定的算法通过交换信息，对所获得的数
13、据进行加工、汇总和过滤，并以事件的形式得到最终结果。数据的协作传递过程中涉及网络协议的设计和节点的能量消耗问题，也是目前研究热点之一。,无线传感器网络面临的挑战,1.1 无线传感网与物联网的关系 1.2 无线传感网的应用领域 1.3起源与发展 1.4无线传感网的体系结构 1.5无线传感网的基本特点 1.6无线传感网面临的挑战 1.7 前景展望,Chapter 1: 无线传感器网络,无线传感器网络有着十分广泛的应用前景，它不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域有具有巨大的运用价值，在未来还将在许多新兴领域体现其优越性，如家用、保健、交通等领域。我们可以大胆的预见，将来无线传感器网络将无处不在，将完全融入我们的生活。比如微型传感器网最终可能将家用电器、个人电脑和其他日常用品同互联网相连，实现远距离跟踪，家庭采用无线传感器网络负责安全调控、节电等。无线传感器网络将是未来的一个无孔不入的十分庞大的网络，其应用可以涉及到人类日常生活和社会生产活动的所有领域。,应用展望,1灵活、自适应的网络协议体系 2跨层设计 3寻求系统节能策略 4节点的自动配置 5与其他网络的融合,技术展望,
