无线传感器网络madk

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1、中国农业大学信息与电气工程学院China Agriculture University无 线 传 感 器 网 络马马 道道 坤坤 China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院 无线传感器网络无线传感器网络 美国商业周刊和美国商业周刊和MITMIT技术评论在预测未来技术发展技术评论在预测未来技术发展的报告中，分别将无线传感器网络列为的报告中，分别将无线传感器网络列为2121世纪最有影世纪最有影响的响的2121项技术和改变世界的项技术和改变世界的1010大技术之一。大技术之一。 无线传感器网络、塑料电子学和仿生人体器官又无线传感器网络、塑料电子学和仿生人体

2、器官又被称为全球未来的三大高科技产业。被称为全球未来的三大高科技产业。China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院 主要内容主要内容无线传感器网络的概述无线传感器网络的概述无线传感器网络在农业领域的应用无线传感器网络在农业领域的应用无线传感器网络的支撑技术无线传感器网络的支撑技术无线传感器网络研究设想与进展无线传感器网络研究设想与进展China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院 无线传感器网络的概述无线传感器网络的概述无线传感器网络由来无线传感器网络由来什么是无线传感器网络什么是无线传感器网络无线传感器网络的特

3、点无线传感器网络的特点无线传感器网络的应用领域无线传感器网络的应用领域无线传感器网络的研究进展无线传感器网络的研究进展China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院 无线传感器网络由来无线传感器网络由来无线通信技术革命无线通信技术革命MEMS技术革命技术革命计算机技术革命计算机技术革命China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院Wireless RevolutionBoston central telephone station at 40 Pearl Street after the blizzard of 1

4、881China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院Wireless RevolutionTI REGENCY TR-1, 1955, $450 (today)1st Transistor, 1947Sony TR-610, 1958Integrated Circuit, 19631st Integrated Circuit, 1958Today $5China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院Size reduction of cellular telephonesChina Agriculture Unive

5、rsity中国农业大学信息与电气工程学院Micro-Electro-Mechanical-Systems (MEMS) 1mmChina Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院Small Sensors 5 mmSensor uses electrochemical and photonic properties to perform bioanalysisChina Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院Computer Revolution0.5 oz, 2.25 x 1.25 x 0.25 inch25 lb, 19

6、.5 x 5.5 x 16 inch14 mW 64 W $35 $6K (today)512 KB Flash160 KB Floppies128 KB RAM16-256 KB RAM4 MHz4.77 MHzMICAZ Mote (2005)Original IBM PC (1981)China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院沙粒行动：沙粒行动：巨型机说：巨型机说：“我认为全球大概只需要五台计算机就够了我认为全球大概只需要五台计算机就够了”；PC机说：机说：“每个家庭的桌面上都应该有一台电脑每个家庭的桌面上都应该有一台电脑”;Pocket PC

7、说：说：“太大了，应该每人口袋里放一台太大了，应该每人口袋里放一台”;WSN说：说：“每粒沙子都应该是一台计算机每粒沙子都应该是一台计算机”。摘录：陈贵海 973工作会议报告 南京大学 2007年6月2日Computer RevolutionChina Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院Sensor NetworkGatewayServerInternet+China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院2. 2. 什么是无线传感器网络什么是无线传感器网络（wireless sensor network, WSN）

8、由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成,通过通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统。无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统。 目的是协作感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的目的是协作感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。信息，并发送给观察者。China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院 无线传感器网络结构无线传感器网络结构任务管理节点任务管理节点汇聚节点汇聚节点互联网和卫星互联网和卫星监测区域监测区域EDBCA传感器节点传感器节点China Agricul

9、ture University中国农业大学信息与电气工程学院 Internet 与无线传感器网络与无线传感器网络 如果说如果说Internet构成了逻辑上的信息世界，改变了人与构成了逻辑上的信息世界，改变了人与人的沟通方式，那么，无线传感器网络就是将逻辑上人的沟通方式，那么，无线传感器网络就是将逻辑上的信息世界与客观上的物理世界融合在一起，改变人的信息世界与客观上的物理世界融合在一起，改变人类与自然界的交互方式。类与自然界的交互方式。China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院无线传感器网络节点结构无线传感器网络节点结构能能 量量 供供 应应 模模 块

10、块处理器处理器存储器存储器传感器传感器A/D网络网络MAC收发器收发器传感器模块传感器模块处理器模块处理器模块无线通讯模块无线通讯模块China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院3. 3. 无线传感器网络的特点无线传感器网络的特点大规模网络大规模网络自组织网络自组织网络动态性网络动态性网络可靠的网络可靠的网络与应用相关的网络与应用相关的网络以数据为中心的网络以数据为中心的网络传感器节点低能耗、低成本传感器节点低能耗、低成本China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院无线传感器网络的优点无线传感器网络的优点与传统

11、的有线信息传输方式相比，可以节约成本与传统的有线信息传输方式相比，可以节约成本2080（Sensors Magazine 2004）无线传感器可以应用在各种危险、恶劣的复杂环境下，实无线传感器可以应用在各种危险、恶劣的复杂环境下，实现对各种物理量的监控现对各种物理量的监控无线传感器网络中的具有自组织、动态性的特点，网络拓无线传感器网络中的具有自组织、动态性的特点，网络拓扑结构能够适应变化，动态调节扑结构能够适应变化，动态调节无线传感器网络节点可以跟踪动态目标，具有可移动性无线传感器网络节点可以跟踪动态目标，具有可移动性China Agriculture University中国农业大学信息与电

12、气工程学院工业通信技术的发展面临的问题投资和使用成本过高，2001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。China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院4. 4. 无线传感器网络的研究进展无线传感器网络的研究进展军事领域军事领域开始于20世纪90年代末2001年，美国陆军提出“灵巧传感器网络通讯”计划2002年5月，美国Sandia国家试验室与能源部合作，研究针对地铁和车站的防范生化武器袭击的传感器网络近期，美国陆军又确立“无人值守地面传感器群” 和“战场环境侦察与监视系统”项目China Agr

13、iculture University中国农业大学信息与电气工程学院4. 4. 无线传感器网络的研究进展无线传感器网络的研究进展民用领域民用领域19951995年，美国交通部提出年，美国交通部提出“国家智能交通系统项目规划国家智能交通系统项目规划”，系统采用传，系统采用传感器网络进行交通管理，建立大范围全方位实时高效综合交通运输管理感器网络进行交通管理，建立大范围全方位实时高效综合交通运输管理20022002年，年，IntelIntel发布发布“基于微型传感器网络的新型计算机发展规划基于微型传感器网络的新型计算机发展规划”，宣称将致力于传感器网络在预防医学、环境监测、森林防火及行星探测宣称将致

14、力于传感器网络在预防医学、环境监测、森林防火及行星探测等领域。其微型传感器称为尘粒（等领域。其微型传感器称为尘粒（MoteMote）或智能微尘（或智能微尘（Smart dustSmart dust）日本日本NECNEC公司正在使用该公司研制成功的一个多跳无线传感器网络，公司正在使用该公司研制成功的一个多跳无线传感器网络，用于环境监测用于环境监测China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院Largest Tiny Network Yet800点点China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院4. 4. 无线传感器网

15、络研究进展国内研究状况无线传感器网络研究进展国内研究状况 中科院上海微系统研究所、沈阳自动化所、软件研究所、计算所、中科院上海微系统研究所、沈阳自动化所、软件研究所、计算所、电子所、自动化所等研究机构，哈尔滨工业大学、清华大学、西北工电子所、自动化所等研究机构，哈尔滨工业大学、清华大学、西北工业大学、国防科技大学等院校也正在开展传感器网络的研究业大学、国防科技大学等院校也正在开展传感器网络的研究国家科技部将无线传感器网络列入重大基础研究国家科技部将无线传感器网络列入重大基础研究973计划，目前已经计划，目前已经立项立项国家发改委在国家发改委在2005年下一代互联网示范工程年下一代互联网示范工程

16、CNGI计划中立项资助多计划中立项资助多项基于项基于IPv6的无线传感器网络用于工农业和水利设施检测的无线传感器网络用于工农业和水利设施检测China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院6. 6. 软硬件设计软硬件设计国内传感器节点网络实例国内传感器节点网络实例LPP项目项目 中科院计算所的无线传感器中科院计算所的无线传感器网络项目网络项目 LPP（Low Power Processor，低功耗处理器），低功耗处理器），正在研制具有自主知识产权的低正在研制具有自主知识产权的低功耗微处理器和基于该微处理器功耗微处理器和基于该微处理器的软硬件协同的低功耗无线

17、传感的软硬件协同的低功耗无线传感器网络系统器网络系统 。China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院6. 6. 竞争现状竞争现状 国际竞争激烈：国际竞争激烈：无线传输国际巨头公司（无线传输国际巨头公司（Freescale、Jennic、Intel等）等）著名学府（著名学府（University of California, Berkeley) 国内竞争初露端倪国内竞争初露端倪 大公司介入：大公司介入：中兴、华为等中兴、华为等 高校研究所：高校研究所：绝大多少一流的与电子学科有关的高校与研究所绝大多少一流的与电子学科有关的高校与研究所 （清华、北航、北邮

18、、中农大等）（清华、北航、北邮、中农大等）自身定位：自身定位：解决农业与环境应用问题为出发点，逐步构建研究特色解决农业与环境应用问题为出发点，逐步构建研究特色 China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院5. 5. 无线传感器网络的应用领域无线传感器网络的应用领域军事应用军事应用 实现对敌军兵力和装备的监控、实现对敌军兵力和装备的监控、战场的实时监视、目标定位、战场评战场的实时监视、目标定位、战场评估、核攻击和生物化学攻击的监测与估、核攻击和生物化学攻击的监测与搜索。搜索。 在海湾战争中，美军就使用到了智能灰尘传感器节点，收集光、在海湾战争中，美军就使

19、用到了智能灰尘传感器节点，收集光、声等信息，从而实现快速锁定目标，进行轰炸。声等信息，从而实现快速锁定目标，进行轰炸。China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院5. 5. 无线传感器网络的应用领域无线传感器网络的应用领域 险情预报险情预报 实时监测降雨量、河水水位和土壤水份、预测爆发山洪的可能实时监测降雨量、河水水位和土壤水份、预测爆发山洪的可能性；传感器节点随机分布在森林中，实时监测森林环境，进行火灾性；传感器节点随机分布在森林中，实时监测森林环境，进行火灾报告，使相关部门快速了解火源的具体地点、火势大小。报告，使相关部门快速了解火源的具体地点、火

20、势大小。China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院5. 5. 无线传感器网络的应用领域无线传感器网络的应用领域 环境观测环境观测 监视城市空气噪声情况、环境监视城市空气噪声情况、环境状况、地表监测、气象地理研究、状况、地表监测、气象地理研究、还可用于行星探测等。还可用于行星探测等。China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院5. 5. 无线传感器网络的应用领域无线传感器网络的应用领域 野生动物跟踪野生动物跟踪 利用无线传感器网络跟踪鸟利用无线传感器网络跟踪鸟类、小型动物和昆虫进行，种群、类、小型动物和昆虫进行

21、，种群、迁徙情况的研究。迁徙情况的研究。 美国加州大学伯克利分校美国加州大学伯克利分校IntelIntel实验室和大西洋学院联合在大鸭实验室和大西洋学院联合在大鸭岛（岛（Great Duck IslandGreat Duck Island）部署了一个多层次的传感器网络系统，用部署了一个多层次的传感器网络系统，用来监测岛上海燕的生活习性。来监测岛上海燕的生活习性。China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院5. 5. 无线传感器网络的应用领域无线传感器网络的应用领域医疗护理医疗护理 在医疗系统和健康护理方面，用来监测在医疗系统和健康护理方面，用来监测人体

22、的各种生理数据、跟踪和监控医院内医人体的各种生理数据、跟踪和监控医院内医生和患者的行动，医院的药物管理等。生和患者的行动，医院的药物管理等。 人工视网膜是一项生物医学的应用项目，在人工视网膜是一项生物医学的应用项目，在SSIM(Smart Sensors SSIM(Smart Sensors and Integrated Microsystemsand Integrated Microsystems) )计划中，替代视网膜的芯片由计划中，替代视网膜的芯片由100100个个微型传感器组成，置入人眼，帮助失明患者恢复到一个可以接受的视微型传感器组成，置入人眼，帮助失明患者恢复到一个可以接受的视力水

23、平。力水平。China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院建筑物状态监测建筑物状态监测 利用传感器网络监控建筑物的安全状态。让大楼、桥梁和建筑利用传感器网络监控建筑物的安全状态。让大楼、桥梁和建筑物感觉自身的状况，并将状态信息告诉管理部门，从而进行监控和物感觉自身的状况，并将状态信息告诉管理部门，从而进行监控和修复。修复。5. 5. 无线传感器网络的应用领域无线传感器网络的应用领域China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院5. 5. 无线传感器网络的应用领域无线传感器网络的应用领域 智能家居智能家居 在家电和家

24、具中嵌入传感器节点，通过无线网络与在家电和家具中嵌入传感器节点，通过无线网络与Internet连连接在一起，实现远程监控、远程遥控，为人们提供更舒适、方便和接在一起，实现远程监控、远程遥控，为人们提供更舒适、方便和人性化的智能家居环境。人性化的智能家居环境。 农业领域农业领域 农业领域是无线传感器网络应用的一个农业领域是无线传感器网络应用的一个重要方面重要方面China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院 无线传感器网络在农业中的应用无线传感器网络在农业中的应用China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院研究案例

25、一：无线传感器网络在环境监测中的应用研究案例一：无线传感器网络在环境监测中的应用来源来源 IntelIntel 网站应用案例网站应用案例IntelIntel公司在公司在美国俄勒冈州葡萄园试验基地美国俄勒冈州葡萄园试验基地系统描述系统描述 在葡萄园各处安装上可以自动组在葡萄园各处安装上可以自动组网且能耗很低的个智能尘粒（网且能耗很低的个智能尘粒（MoteMote），），每个每个智能尘粒每隔智能尘粒每隔1 1分钟记录并存储一次当前温度，分钟记录并存储一次当前温度，并记录下一天每个小时的最高和最低温度，并记录下一天每个小时的最高和最低温度，向中心计算机汇总温度的变化情况。向中心计算机汇总温度的变化情

26、况。China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院研究案例一：无线传感器网络在环境监测中的应用研究案例一：无线传感器网络在环境监测中的应用应用效果应用效果 利用无线传感器网络还可利用无线传感器网络还可以监测土壤含水量、太阳光强度、湿以监测土壤含水量、太阳光强度、湿度等信息，使葡萄园主可以实时监控度等信息，使葡萄园主可以实时监控园内各处信息，实现施肥灌溉管理，园内各处信息，实现施肥灌溉管理，合理安排收获进度，避免霜冻等灾害，合理安排收获进度，避免霜冻等灾害，提高葡萄产量和品质。提高葡萄产量和品质。China Agriculture University中国

27、农业大学信息与电气工程学院研究案例二研究案例二：无线传感器网络在温室监控中的应用无线传感器网络在温室监控中的应用来源来源 Raul Morais , A. Valente , and C. Serdio，A Wireless Sensor Network for Smart Irrigation and Environmental Monitoring: A Position Article，EFITA/WCCA 2005系统描述系统描述 无线传感器网络由安装在温室测量土壤湿度的太阳能无线无线传感器网络由安装在温室测量土壤湿度的太阳能无线通信数据采集节点组成。也可用来测量温度、太阳光强度、相对

28、湿度通信数据采集节点组成。也可用来测量温度、太阳光强度、相对湿度等气象参数。采集节点将采集的数据传送给基站等气象参数。采集节点将采集的数据传送给基站，完成数据的存储和完成数据的存储和分析，并进行实时控制。无线网络节点通信协议采用了分析，并进行实时控制。无线网络节点通信协议采用了TDMATDMA和和CSMACSMA的的组合。组合。China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院研究案例二研究案例二：无线传感器网络在温室监控中的应用无线传感器网络在温室监控中的应用 安装在温室内的安装在温室内的 数据采集节点数据采集节点 模拟信号输入：模拟信号输入：1616路路

29、 无线收发器频率：无线收发器频率：433.92433.92MHzMHz 覆盖范围：覆盖范围：150150米米 主供电：太阳能板；主供电：太阳能板； 备用供电：备用供电：600600mAh NiCd mAh NiCd 电池电池China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院研究案例二研究案例二：无线传感器网络在温室监控中的应用无线传感器网络在温室监控中的应用网络结构示意图网络结构示意图China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院研究案例三研究案例三：无线技术在精细农业数据获取中的应用无线技术在精细农业数据获取中的应用

30、来源来源 Jean-Pierre Chanet, Daniel Boffety, Graldine Andr,Wireless Technologies for Field Data Acquisition，EFITA/WCCA 2005系统描述系统描述 将蓝牙、将蓝牙、WiFiWiFi无线通信技术应用在精细农业空间信息获无线通信技术应用在精细农业空间信息获取过程中，装用取过程中，装用GPSGPS的农业机械通过的农业机械通过WiFiWiFi无线通信，替代繁杂交错的无线通信，替代繁杂交错的各种连接线缆，实时将采集的位置数据、属性数据传送给农场数据管各种连接线缆，实时将采集的位置数据、属性数据传送

31、给农场数据管理中心，也可在作业结束后，通过蓝牙方式将作业数据传给理中心，也可在作业结束后，通过蓝牙方式将作业数据传给PDA,PDA,操作操作简单灵活，减少了作业量，改善了作业环境。简单灵活，减少了作业量，改善了作业环境。China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院研究案例三研究案例三：无线技术在精细农业数据获取中的应用无线技术在精细农业数据获取中的应用安装有安装有SatTrace设备的设备的施肥机施肥机农场数据管理中心的农场数据管理中心的数据接收固定天线数据接收固定天线数据接收的流动天线数据接收的流动天线China Agriculture Univer

32、sity中国农业大学信息与电气工程学院研究案例三研究案例三：无线技术在精细农业数据获取中的应用无线技术在精细农业数据获取中的应用China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院研究案例四：研究案例四：RFIDRFID在动物识别跟踪监测中的应用在动物识别跟踪监测中的应用来源来源 RFID世界网应用案例，世界网应用案例，RFID牲畜跟踪系统牲畜跟踪系统系统描述系统描述 RFID标签被用于识别追踪肉类、奶牛和奶羊、贵重的标签被用于识别追踪肉类、奶牛和奶羊、贵重的饲料和用于特殊试验用的动物。农场管理者可以自动的操作包括喂饲料和用于特殊试验用的动物。农场管理者可以自

33、动的操作包括喂食、称重、疾病管理和饲养试验等工作流程。跟踪系统以网络为基食、称重、疾病管理和饲养试验等工作流程。跟踪系统以网络为基础，收集记录数据，利用与互联网可靠的连接及监测牲畜流动检测础，收集记录数据，利用与互联网可靠的连接及监测牲畜流动检测点系统，提供实时追溯跟踪服务，提供动物从饲养到生产所有阶段点系统，提供实时追溯跟踪服务，提供动物从饲养到生产所有阶段整个流动过程的记录。整个流动过程的记录。China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院研究案例四：研究案例四：RFIDRFID在动物识别跟踪监测中的应用在动物识别跟踪监测中的应用标签的种类：耳标或直

34、接将标签的种类：耳标或直接将标签植入到追踪动物的皮下标签植入到追踪动物的皮下 系统收集记录特殊的数据，如动物的系统收集记录特殊的数据，如动物的RFIDRFID号、读号、读取的时间，然后数据以一定的格式通过网络传送，取的时间，然后数据以一定的格式通过网络传送，有关的人员数秒内就可从屏幕上看到结果有关的人员数秒内就可从屏幕上看到结果China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院研究案例四：研究案例四：RFIDRFID在动物识别跟踪监测中的应用在动物识别跟踪监测中的应用RFIDRFID跟踪系统能在动物整个跟踪系统能在动物整个生命周期内，从养殖场到屠生命周期内，

35、从养殖场到屠宰加工厂，必要时甚至可到宰加工厂，必要时甚至可到最终消费者，实时追溯或跟最终消费者，实时追溯或跟踪牲畜的移动和活动。踪牲畜的移动和活动。InternetChina Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院 无线传感器网络的关键技术无线传感器网络的关键技术China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院1. 1. 无线通信标准无线通信标准无线个人区域网络（无线个人区域网络（wireless personal area network,WPAN） WPAN网络为近距离范围内的设备建立无线连接，把几米范围内的多个设备

36、通过无线方式连接在一起，使它们可以互相通信设置接入LAN或Internet。 1998 1998年年3 3月，月，IEEEIEEE标准化协会正式批准建立标准化协会正式批准建立IEEE802.15IEEE802.15工作组，工作组，为个人操作空间内相互通信的无线通信设备提供通信标准。为个人操作空间内相互通信的无线通信设备提供通信标准。China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院IEEE 802.15.3IEEE 802.15.3IEEE 802.15.4IEEE 802.15.4IEEE 802.15.1IEEE 802.15.1IEEE 802.15.

37、2IEEE 802.15.21. 1. 蓝牙无线个人区域网络标准蓝牙无线个人区域网络标准2. 2. 制定制定IEEE 802.15.2IEEE 802.15.2标准标准 4. 4. 低速无线个人区域网络低速无线个人区域网络 标准标准( (ZigBee)ZigBee)考虑无线个人区域网络在多媒体方面的应用，追求更高的传输速率与服务品质3. 3. 高速传输速率高速传输速率 无线个人区域网络标准无线个人区域网络标准将低能量消耗、低速率传输、低成本作为重点目标，旨在为个人或家庭范围内不同设备之间低速互联提供统一标准这是个中等速率、近距离的WPAN网络标准，通常应用在手机、PDA等设备的短距离通信研究I

38、EEE 802.15.1与IEEE 802.11(无线局域网标准，WLAN )的共存问题China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院 在不同的载波频率下实现不同的传输速率；在不同的载波频率下实现不同的传输速率； 868MHz-20kbps ; 915MHz - 40kbps ; 2.4GHz-250kbps868MHz-20kbps ; 915MHz - 40kbps ; 2.4GHz-250kbps 低功耗、实现简单，设备可以在使用电池的驱动下，运行数月低功耗、实现简单，设备可以在使用电池的驱动下，运行数月 甚至几年甚至几年 ； 单个网络中可容纳更高

39、密度的节点单个网络中可容纳更高密度的节点 IEEE 802.15.4 无线通信标准的特点无线通信标准的特点China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院 ZigBee是有是有70多家公司所组成的多家公司所组成的ZigBee联盟研制开发的一组联盟研制开发的一组基于基于IEEE802.15.4无线标准，有关组网、安全和应用软件方面的无线标准，有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。技术标准。IEEE802.15.4仅处理低级仅处理低级MAC层和物理层协议，层和物理层协议，ZigBee联盟对其网络层协议和联盟对其网络层协议和API进行了标准化。每个协调器可连进

40、行了标准化。每个协调器可连接多达接多达255个节点，而几个协调器则可形成一个网络，对路由传输个节点，而几个协调器则可形成一个网络，对路由传输的数目也没有限制。的数目也没有限制。 ZigBee 无线通信标准无线通信标准China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院FeatureWiFi（IEEE 802.11b）Bluetooth（IEEE 802.15.1）ZigBee（IEEE 802.15.4）RadioDSSSFHSSDSSSData rate11Mbps1Mbps250kbpsNodes per master32764000Slave enume

41、ration latencyUp to 3sUp to 10s30msData typeVideo,audio,graphics,pictures,filesAudio,graphics,pictures,filesSmall data packetRange(m)1001070ExpendabilityRoaming possibleNoYesBattery lifeHours1 week1 yearBill of material($)963ComplexityComplexVery complexSimpleChina Agriculture University中国农业大学信息与电气工

42、程学院2. 2. 定位技术定位技术背景：背景：传感器网络中，定位信息是事件位置报告、目标跟踪、地理路由、网络管理等系统功能的前提，所以定位信息是传感器节点不可缺少的部分。GPS定位方式：定位方式：由于能耗大、体积大、成本比较高、需要固定的基础设施，不适用于低成本自组织传感器网络。传感器网络定位方式：传感器网络定位方式：将网络节点分为信标节点和未知节点，信标节点少，可以通过GPS定位获得精确位置，而未知节点以信标节点为参考点，通过三边测量法、三角测量法等方法计算节点位置。China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院3. 3. 时间同步技术时间同步技术背景

43、：背景：时间同步是传感器网络系统协同工作的基础。传统时间同步技术：传统时间同步技术：如Internet采用的网络时间协议（NTP）、GPS、无线测距等技术用来提供网络全局时间同步。但是由于传感器网络的能量、价格、体积等方面约束，使这些技术不适用于传感器网络。传感器网络时间同步技术：传感器网络时间同步技术：目前提出了多个时间同步机制，其中RBS、TINY/MINI-SYNC和TPSN被认为是三个基本的同步机制。China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院4. 4. 数据管理技术数据管理技术 无线传感器网络可看作一种分布式数据库，以数据库方式进行数据管理，

44、但传统的分布式数据库的数据管理技术不适用于传感器网络。美国加州大学伯克利分校的TinyDB系统和Cornell大学的Cougar系统是目前具有代表性的传感器网络数据管理系统。5. 5. 网络安全技术网络安全技术 无线传感器网络最基本的安全机制：机密性、点到点的消息认证、完整性鉴别、认证广播和安全管理。China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院6. 6. 软硬件设计软硬件设计 微型化微型化 硬件：硬件：节点在体积上足够小，对目标系统本身特性不会造成影响节点在体积上足够小，对目标系统本身特性不会造成影响 软件：软件：模块要尽量精简，没有冗余代码模块要尽量

45、精简，没有冗余代码 扩展性和灵活性扩展性和灵活性 硬件：硬件：节点定义统一和完整的外部接口，易于添加新的硬件部件节点定义统一和完整的外部接口，易于添加新的硬件部件 软件：软件：无需额外设备就可自动升级，可通过无线接口直接进行软件无需额外设备就可自动升级，可通过无线接口直接进行软件 下载和升级下载和升级China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院稳定性和安全性稳定性和安全性 硬件：硬件：各部件在给定外部环境范围内正常工作各部件在给定外部环境范围内正常工作 软件：软件：既要保证逻辑上的正确性和完整性，也要在硬件出现问题时既要保证逻辑上的正确性和完整性，也要

46、在硬件出现问题时 能够采取积极的措施。能够采取积极的措施。低成本低成本 低成本是节点大量部署在目标区域的前提，要求供电模块低成本，低成本是节点大量部署在目标区域的前提，要求供电模块低成本，能源有限又要求所有部件必须低功耗。能源有限又要求所有部件必须低功耗。6. 6. 软硬件设计软硬件设计China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院6. 6. 软硬件设计软硬件设计传感器节点实例传感器节点实例Smart dust Smart dust 是美国是美国 DARPA/MTO MEMS 支持的研究项目，支持的研究项目，其目的是结合其目的是结合MEMS技术和集成电路

47、技术，研制的体积不超过技术和集成电路技术，研制的体积不超过1mm3，使用太阳能电池，具有光通信能力的自治传感器节点。由使用太阳能电池，具有光通信能力的自治传感器节点。由于体积小，重量轻，该节点可以附着在其他物体上，甚至是在空气于体积小，重量轻，该节点可以附着在其他物体上，甚至是在空气中浮动。中浮动。China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院6. 6. 软硬件设计软硬件设计传感器节点实例传感器节点实例Mica系列节点系列节点 Mica系列节点是加州大学伯克利分校研制用于传感器网络系列节点是加州大学伯克利分校研制用于传感器网络研究演示平台的试验节点。研究

48、演示平台的试验节点。Mica系列节点包括系列节点包括WeC、Renee、Mica、Mica2、Mica2dot、和和Spec等，其中等，其中Mica2和和Micadot节节点已经由点已经由Crossbow公司（专业从事无线传感器产业的公司）包公司（专业从事无线传感器产业的公司）包装生产。装生产。China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院6. 6. 软硬件设计软硬件设计传感器节点网络的操作系统实例传感器节点网络的操作系统实例TinyOS TinyOS是面向传感器网络的操作系统，由加州大学伯克利是面向传感器网络的操作系统，由加州大学伯克利分校设计。分校设

49、计。TinyOS 操作系统采用了轻量级线程技术、主动消息操作系统采用了轻量级线程技术、主动消息通信技术、事件驱动模式、组件化编程等。这些技术有助于提高通信技术、事件驱动模式、组件化编程等。这些技术有助于提高传感器网络的性能，发挥硬件的特点，降低其功耗，并且简化了传感器网络的性能，发挥硬件的特点，降低其功耗，并且简化了应用开发。应用开发。China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院NetworkingOpen Experimental PlatformSmall microcontroller 8 kB code 512 B data Simple, l

50、ow-power radio 10 kbps ASKEEPROM (32 KB)Simple sensorsWeC 99“Smart Rock”Mica 1/02NEST open exp. Platform128 kB code, 4 kB data40kbps OOK/ASK radio512 kB FlashRene 11/00Designed for experimentation-sensor boards-power boardsTinyOSServicesDot 9/01Demonstrate scaleSpec 6/03“Mote on a chip”Telos 4/04RobustLow Power250kbpsEasy to useMica2 12/0238.4kbps radioFSKCommercial Off The Shelf Components (COTS)China Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院Mote EvolutionChina Agriculture University中国农业大学信息与电气工程学院谢谢 谢谢 ！