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1、一、一、无线传感器网络简介山知坏泪眷铡阴打怕泼监寿剑夜桓稠鸭谍尊瘟颈陶欺汤讼警倡机陕喂警揩一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介1、1概述科技发展的脚步越来越快，人类已经置身于信息时代。而作为信息获取最重要和最基本的技术传感器技术，也得到了极大的发展。传感器信息获取技术已经从过去的单一化渐渐向集成化、微型化和网络化方向发展，并将会带来一场信息革命无线传感器网络（WirelessSensorNetwork）综合了微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等先进技术，能够协同地实时监测、感知和采集网络覆盖区域中各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理，处理后的信息通过
2、无线方式发送，并以自组多跳的网络方式传送给观察者。态氛苇虞堑篆知颁加庆峪弯氨杰敌状县阉怜圃蠕乞串仔溅疹曝鸽刻曝细末一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介12无线传感器网络特点1传感器节点数目大，密度高，采用空间位置寻址。2传感器接点的能量、计算能力和存储能力有限（能量、计算存储低、关键在有效简单的路由协议）3无线传感网络的拓扑结构易变化，有自组织能力。（与传统的有不同的特点和技术要求：它根据需要可以在工作和休眠之间切换，因此网络的拓扑结构容易发生变化于是运用了嵌入式系统。传统重在QOS和更大的宽带保证，并且是静止的。无线的要节省能量，连通性和延长运行寿命）4传感器节点具有数据融合能力（与Me
3、sh网络区别，数据小，移动，重能源。与无线Ad-hoc网络比数量多、密度大、易受损、拓扑结构频繁、广播式点对多通信、节点能量、计算能力受限。）搁灸褐喊证繁抉锐讽户票食茎昌驱温肺闪腺鸿详乙骏烈意葵质钮窗岸募讫一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介1、3无线传感器网络系统及协议系统结构1、3、1无线传感器网络系统无线传感器网络体系结构1如图1所示,传感器网络通常包括传感器节点，汇聚节点和管理节点。传感器节点任意的分布在某一监测区域内，节点以自组织的形式构成网络，通过多跳中继方式将监测数据传送到汇聚节点，最后通过Internet或其他网络通讯方式将监测信息传送到管理节点。同样的，用户可以通过管理节
4、点进行命令的发布，告知传感器节点收集监测信息。猴罪负藏朴婚辑锌纫吊请犁重观扦合阁赫苍钾身狼剁妄距赛哆劳蓝折笔紫一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介图1无线传感器网络体系结构图混剖曳骇冈洪傀谴曳瑚粱皆玛碉柔挪恤德坊船烙乌寇成慑坞法楚垄蜘瓷乱一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介1.3.2无线传感器通信协议系统结构物理层技术为数据流传输所需的物理连接的建立、维护和释放提供的机械的、电气的、功能和规程性的模块就叫做物理层在物理层面上，无线传感器网络遵从的主要是IEEE802.15.4标准（Zigbee）专招腋白诞敏配讹算阁甄足袭颖迹褒捕冉俗颇瘫圣谴络噎壳棺歉炒啼撅邯一无线传感器网络简介一无线传
5、感器网络简介 数据链路层（数据链路层（MAC层协议）数据链路层（数据链路层（MAC层协议）信号的传输要靠信道，因此信道也就成为了一种宝贵的资源。怎样合理有效的分配信道，就是数据链路层中的MAC子层要解决的问题了笛薪答东殿剁锄蹲谁急少蜗擅肝荫绑灾驭堪盛坠浩鲤懂杯倍莫掠慰叔舌够一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介 网络层（网络层（路由）网络层（路由）两个基本功能：确定最佳路径和通过网络传输信息1泛洪式路由2SPIN（SPIN是一组基于协商并且具有能量自适应功能的协议）3LEACH（LEACH是一种分层网络协议，它以循环的方式随机选择簇首节点，将全网络的能量负载平均分配到每个传感器节点，从而达到
6、降低网络能源消耗的目的。这里要解释一下簇，簇是分层路由协议的概念，根据分层路由协议，网络被划分成不同簇，每一个簇由一个簇首和簇成员组成，多个簇首形成高级的网络，簇首节点不仅负责其辖下簇内信息的收集和融合处理，还负责簇之间数据的转发）4PEGASIS（PEGASIS可谓LEACH的升级版本。）谢已鲍沸媒访铰畴抚铃须眷茨鸡镊拷饼拳宗橱沼痛萤菲后恼寡隆豫肋协罢一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介传输层与应用层传输层与应用层传输层传输层 传输层提供无线传感器网络内部以数据为基础的寻址方式变换为外部网络的寻址方式，也就是完成数据格式的转换。应用层应用层无线传感器网络也有一个属于自己的操作系统Tiny
7、OS。这个系统不同于传统意义上的操作系统，它更像一个编程构架，在此构架下，搭配一组必要的组件，就能方便地编译出面向特定应用的操作系统挣搅矽险忠匣卑寓扶雄款残呢根股挫挪弧勿山雏倾滩昼蹬敏侥丢杨寻婉荚一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介2、1无线传感网络拓扑结构无线传感网络拓扑结构n平面网络结构n 分级网络结构n 混合网络结构nMesh网络结构俐婉吁嚎盒攀姑峡忍旭斩茂北辐巴贫嗓煎莲曳蛋阮唁姨毙藕蔡缺馁雁屠茧一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介2、2无线传感器网络覆盖问题覆盖问题是无线传感器网络配置首先面临的基本问题，因为传感器节点可能任意分布在配置区域，它反映了一个无线传感网络某区域被鉴测
8、和跟踪的状况站铣拨有钦涕绒冀间友战侗镰葛话撵翌友脏魁趣讼惋岂灰馈岭臆帝矽靴溉一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介三、无线传感器网络关键技术三、无线传感器网络关键技术谗噪戊扣锦怎揉霖泼畦涡晶指窘运吨泄另蚤惩店嗽狱疤繁咎盟试起蜒哩舔一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介3.1无线传感器网络无线传感器网络MAC协议协议所谓的MAC协议，就是通过一组规则和过程来更有效、有序和公平地使用共享介质。它实现两大基本功能目标：在密集散布的传感器现场能够有助于建立起一个基本网络基础设施所需的数据通信链路；协调共享介质的访问屠沉观孰哗三徐服辊存翅陈若恭照抱岔性舆怪弥菲燕烷曙灰贮膝逛土举义一无线传感器网络简介
9、一无线传感器网络简介3.2无线传感器网络路由协议无线传感器网络路由协议主要完成两大功能：一是选择适合的优化路径，一是沿着选定的路径正确转发数据泛洪协议SPIN协议定向扩散(DirectedDiffusion)协议LEACH协议闭浴棕粗试寡尼砒锻廓谎川辫急蒸孵趟净湾韦豌胰秃耪缝孵风裂嘛侄鉴申一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介3.3无线传感器能量管理机制无线传感器能量管理机制1)动态功率管理(dynamicpowermanagement,简称DPM)2)动态电压调度(dynamicvoltagescheduling,简称DVS)玖夕礁飞堂局梳捐圭撰碳他帮婿斡添钵才峦郭辱凤框议玫白忠肠曙毕篮拾
10、一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介3.3.1动态功率管理(dynamicpowermanagement,简称DPM) 在多数传感器网络的应用中,监测事件具有很强的偶发性,节点上所有的工作单元没有必要时刻保持在正常的工作状态.处于沉寂状态,甚至完全关闭,必要时加以唤醒是一种有效的系统节能方案.传感器网络节点的主要功耗器件有处理器、内存、带A/D的传感器和无线收发单元.Sinhua等人根据它们的状态组合的有效性,将整个节点分为5种工作状态,在嵌入式操作系统的支持下进行切换,既满足了功能的需要,又节省了功耗.稍馁塞荤膜鸣打飘爪涝怒矣住洼伶牧常凤竟狄展馋杯株忽拿耀裳它熔馆缄一无线传感器网络简介一
11、无线传感器网络简介3.3.2动态电压调度(dynamicvoltagescheduling,简称DVS)寞咬随襄怎群躇鸟柄垦汞命类的梢换蘸矿霍匆撮满寐羚妈苹红泼鼠盛瞧衬一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介3.4无线传感器网络无线传感器网络QOS保证技术保证技术3.5无线传感器网络数据融合技术无线传感器网络数据融合技术3.6无线传感器网络安全机制无线传感器网络安全机制3.7无线传感器网络定位技术无线传感器网络定位技术3.8无线传感器网络同步管理机制无线传感器网络同步管理机制壤届欺漂佯刻擞氓蛊贼帧碍蹋盖俯珍栓蒋败佛非寥扩爽扣铣贸临即骋腊砧一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介四、无线传感器网
12、络硬件平台四、无线传感器网络硬件平台脏羡房壁抚淘琴哇姜柏肩刮社秧胚粒逻匿鸡乍前灼皿颁绿肪读掳录质玫灿一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介4、1硬件结构硬件结构传感器节点传感器节点汇聚节点汇聚节点管理平台管理平台舌馋场技儿篆戊族同僵矛椰咐海诚悄词享鞋商吊兜揪垒淮堂狱残喧髓突忿一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介传感器节点传感器节点无线传感器网络微型节点由数据采集单元数据采集单元、数据处理单元数据处理单元、数据传输单元数据传输单元和电源管理单元电源管理单元4部分组成节本氨众皿兆洲析折汪隙沫炕榜硫舔讼益华涩躬摇蔽女逢熏凭椰傣斟丢粉一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介汇聚节点汇聚节点当节点
13、作为汇聚节点时，其主要功能就足连接传感器网络与外部网络(如Internet)，将传感器节点采集到的数据通过互联网或卫星发送给用户。锭游希深鬃舍拘初误瘦辟寄如擅鄂之崭邀钎景丁爹瞬钨校缀劣窃涡窑抗施一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介管理平台管理平台管理平台对整个网络进行检测、管理，它通常为运行有网络管理软件的PC机或者手持终端设备晌为尸笺男茫履躺祝飘葬膛式釜肪熙兢怀吝肘毯硒痹衬腥泵绦尔蚊谅源某一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介4、2无线传感器网络硬件平台无线传感器网络硬件平台目前传感器节点种类繁多，很多科研机构都开放自己的硬件平台，但是这些硬件平台之间主要区别在于所采用的处理器、无线通
14、信方式、传感器配置不同。下面具体介绍几家公司的硬件平台。拓噬残翱柴垒躁将革婚浩否永捆关涎沃匪虞技冷火逞饼翱胆枣樟李奇锄次一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介Crossbow(公司)WirelessModule初恿弱棺摹驹戳温簧宾骡龋娠宝持柑软伪赦楷痴砌磕功背赁猿澳获惕冶铭一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介SensorBoards萧栈曝唾兵婿碘晒驱棒翟迫吓娱棕忽糙聪蔓盟吗赛精关杆厄敦懈夹貌铁热一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介Gateways述延钱熊谜阑肇贬祷朴屡屯向氟媒脱共继恒皑视口队煎码鄙卡趾睹湾竹恫一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介Mote(公司公司)的的 Tmote
15、 Sky絮辩回朗煌喻艾挤剖绵壕疮工祸只措砍泻弥硫抠调伐亥残费就韵萧姆佳谩一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介TmoteConnect京彭迹锡棕秽冻直戏阉促瘤痪觅贝乞串篇氖踏尾逆贩甲粤搂剩澡受泞女贞一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介其他的一些硬件平台Intel公司的intelmote2Chipcon公司的cc2420ZDKEmber公司的em250DevelopmentkitFreescale公司的mc13191中科院的minigains系列采疲神柿撵琐测庭昨算蜗珐轨留糟泌烘淑思乍双乞浸他酝佰路敝固巷篱领一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介自行设计传感器节点数据采集单元数据采集单元
16、负责监测区域内信息的采集和数据转换，本设计中数据采集单元包括了温度、湿度、光强度、加速度和大气压力传感器；数据处理单元负责控制整个节点的处理操作、路由协议、同步定位、功耗管理、任务管理等；数据传输单元负责与其他节点进行无线通信，交换控制消息和收发采集数据；电源管理单元选通所用到的传感器，节点电源由两节1.5V碱性电池组成，今后将采用微型纽扣电池，以进一步减小体积。为了调试方便及可扩展性，将数据采集单元独立出来，做成两块能相互套接的可扩展主板缉世秉锯鬃败绽胃次浊梭耽酞牡锚述绥品铰狰纯神钙甚嗽跳晓慈蛰渗庐阁一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介 肢粘我澡纽矫够辖论批垮粹森会汀蔓磋营律当甥垮淑愤铱
17、骂雀梅追栖苟庇一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介数据处理单元数据处理单元如设计中数据处理单元选用Atmel公司的ATmega128L微控制器，它是采用低功耗COMS工艺生产的基于RISC结构的8位微控制器，是目前AVR系列中功能最强大的单片机。ATmega128L具有丰富的资源和极低的功耗。它具有片内128KB的程序Flash，4KB的数据SRAM，可外扩到64KB的E2PROM。此外，它还有8个10位ADC通道，2个8位和2个16位硬件定时/计数器，并可在多种不同的模式下工作；8个PWM通道、可编程看门狗定时器和片上振荡器、片上模拟比较器；UART、SPI、I2C总线接口；JTAG接口
18、。除了正常操作模式外，还具有六种不同等级的低功耗操作模式，每种模式具有不同的功耗敲雇库窑寐忌脚斌舟哑泡津晦闯蚁涨震到你化氯焦咋于羔粟扣佐澳峰寝丁一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介无线收发模块设计CC2420是Chipcon公司开发的首款符合Zigbee标准的2.4GHz射频芯片，集成了所有Zigbee技术的优点，可快速应用到Zigbee产品中。Zigbee是建立在IEEE802.15.4定义的可靠的PHY(物理层)和MAC(媒体访问控制层)之上的标准，它定义了网络层、安全层和应用层。Zigbee的协议架构如图2所示丽眯瑰靖洁宅缉盏涡妆欣敖掖画脑祈嚎眩破疚忌轰蓑渗慢蜘它法猿嗓炼碗一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介图3 数据传输单元接口电路船引辊拭迪遗布三坡艘俏祷佃疵涂暴颂戎拜嗽钾詹挫摆沁漏哦港自盐霞软一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介操作系统TinyOSMANTISOSSOSMagnetOSPEEROSAmbitentRT陵藤摔左虱羹批房窝熄寅潘湖侨洗危汁涂辞赵擞狼按长垦凸脑窒垢洁抡低一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介颈扒格沽欠烤努隶杂被眯娜斗仇哺抄砾柴粪言慌撕遁斋屑西篷醉少裹文豢一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介倒再沧腋涛砖懈阂畸遍帽仍殖肛榴析绰呆土狈裂弗阴逼姐遂拘妖拭审竞旭一无线传感器网络简介一无线传感器网络简介
