現(xiàn)代傳感與技術第15章

1、第第1515章章 無線傳感器網(wǎng)絡無線傳感器網(wǎng)絡v15.1 15.1 網(wǎng)絡組成網(wǎng)絡組成v15.3 15.3 硬件平臺硬件平臺v15.4 15.4 無線傳感器網(wǎng)絡應用實例無線傳感器網(wǎng)絡應用實例vWSN（wireless sensor network）利用集成化）利用集成化的微型傳感器協(xié)作地實時感知、采集和監(jiān)測的微型傳感器協(xié)作地實時感知、采集和監(jiān)測對象或環(huán)境的信息，用微處理器對信息進行對象或環(huán)境的信息，用微處理器對信息進行處理，并通過自組織無線通信網(wǎng)絡以多跳中處理，并通過自組織無線通信網(wǎng)絡以多跳中繼方式傳送，將網(wǎng)絡化信息獲取和信息融合繼方式傳送，將網(wǎng)絡化信息獲取和信息融合技術相結合，使終端用戶得到需

2、要的信息。技術相結合，使終端用戶得到需要的信息。15.1 15.1 網(wǎng)絡組成網(wǎng)絡組成15.1.1 15.1.1 無線傳感器網(wǎng)絡的網(wǎng)絡結構無線傳感器網(wǎng)絡的網(wǎng)絡結構傳感器節(jié)點通常是一個微型的嵌入式系統(tǒng)，它的處理能傳感器節(jié)點通常是一個微型的嵌入式系統(tǒng)，它的處理能力、存儲能力和通信能力相對較弱，通常用電池供電。力、存儲能力和通信能力相對較弱，通常用電池供電。匯聚節(jié)點的處理能力、存儲能力和通信能力相對較強，匯聚節(jié)點的處理能力、存儲能力和通信能力相對較強，它連接傳感器網(wǎng)絡與它連接傳感器網(wǎng)絡與Internet等外部網(wǎng)絡，實現(xiàn)兩種協(xié)議等外部網(wǎng)絡，實現(xiàn)兩種協(xié)議棧之間的通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，同時發(fā)布管理節(jié)點的監(jiān)測任務，棧

3、之間的通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，同時發(fā)布管理節(jié)點的監(jiān)測任務，把收集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到外部網(wǎng)絡。把收集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到外部網(wǎng)絡。15.1.2 15.1.2 傳感器節(jié)點傳感器節(jié)點v傳感器模塊傳感器模塊用于感知、獲取外界的信息，被監(jiān)測的物理信用于感知、獲取外界的信息，被監(jiān)測的物理信號決定了傳感器的類型；號決定了傳感器的類型；處理器模塊處理器模塊負責協(xié)調(diào)節(jié)點各部分負責協(xié)調(diào)節(jié)點各部分的工作，對感知部件獲取的信息進行必要的處理和保存，的工作，對感知部件獲取的信息進行必要的處理和保存，控制感知部件和電源的工作模式等；控制感知部件和電源的工作模式等；無線收發(fā)模塊無線收發(fā)模塊負責與負責與其它傳感器節(jié)點進行無線通信，交換控制消息和收發(fā)

4、采集其它傳感器節(jié)點進行無線通信，交換控制消息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)；能量供應模塊能量供應模塊為傳感器節(jié)點提供運行所需的能量。為傳感器節(jié)點提供運行所需的能量。15.1.3 15.1.3 無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)議棧無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)議棧管理平臺使得傳感器節(jié)點能夠以高效的方式協(xié)同工作，在節(jié)點管理平臺使得傳感器節(jié)點能夠以高效的方式協(xié)同工作，在節(jié)點移動的傳感器網(wǎng)絡中轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，并支持多任務和資源共享。移動的傳感器網(wǎng)絡中轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，并支持多任務和資源共享。應用層包括一系列基于監(jiān)測任務的應用層軟件。應用層包括一系列基于監(jiān)測任務的應用層軟件。網(wǎng)絡層的主要功能包括分組路由、網(wǎng)絡互聯(lián)、擁塞控制等。網(wǎng)絡層的主要功能包括分組路由、

5、網(wǎng)絡互聯(lián)、擁塞控制等。數(shù)據(jù)鏈路層負責媒體接入控制和建立網(wǎng)絡節(jié)點之間可靠通信數(shù)據(jù)鏈路層負責媒體接入控制和建立網(wǎng)絡節(jié)點之間可靠通信鏈路，為鄰居節(jié)點提供可靠的通信通道；鏈路，為鄰居節(jié)點提供可靠的通信通道；物理層負責感知數(shù)據(jù)的收集，并對收集的數(shù)據(jù)進行采樣、信物理層負責感知數(shù)據(jù)的收集，并對收集的數(shù)據(jù)進行采樣、信號的發(fā)送和接收、信號的調(diào)制解調(diào)等任務。號的發(fā)送和接收、信號的調(diào)制解調(diào)等任務。傳輸層負責數(shù)據(jù)流的傳輸控制，是保證通信服務質(zhì)量的重要部分。傳輸層負責數(shù)據(jù)流的傳輸控制，是保證通信服務質(zhì)量的重要部分。服務質(zhì)量為應用程序提供足夠的資源使它們按用戶可以接受服務質(zhì)量為應用程序提供足夠的資源使它們按用戶可以接受的

6、性能指標工作。的性能指標工作。15.1.3 15.1.3 無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)議棧無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)議棧能量管理負責控制節(jié)點對能量的使用，為延長網(wǎng)絡存活時能量管理負責控制節(jié)點對能量的使用，為延長網(wǎng)絡存活時間有效的利用能源。間有效的利用能源。拓撲管理負責保持網(wǎng)絡的連通和數(shù)據(jù)有效傳輸。拓撲管理負責保持網(wǎng)絡的連通和數(shù)據(jù)有效傳輸。網(wǎng)絡管理負責網(wǎng)絡維護、診斷，并向用戶提供網(wǎng)絡管理服務網(wǎng)絡管理負責網(wǎng)絡維護、診斷，并向用戶提供網(wǎng)絡管理服務接口，通常包括數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析和故障處理接口，通常包括數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析和故障處理等功能。等功能。服務質(zhì)量為應用程序提供足夠的資源使它們按用戶可以服務質(zhì)量為

7、應用程序提供足夠的資源使它們按用戶可以接受的性能指標工作。接受的性能指標工作。時間同步為傳感器節(jié)點提供全局同步的時鐘支持。時間同步為傳感器節(jié)點提供全局同步的時鐘支持。節(jié)點定位確定每個傳感器節(jié)點的相對位置或絕對的地理坐標。節(jié)點定位確定每個傳感器節(jié)點的相對位置或絕對的地理坐標。 15.1.4 15.1.4 無線傳感器網(wǎng)絡的特點無線傳感器網(wǎng)絡的特點v能量資源有限能量資源有限：網(wǎng)絡節(jié)點由電池供電，其特殊的應用領域：網(wǎng)絡節(jié)點由電池供電，其特殊的應用領域決定了在使用過程中，通過更換電池的方式來補充能量是不決定了在使用過程中，通過更換電池的方式來補充能量是不現(xiàn)實的?，F(xiàn)實的?！案咝褂媚芰縼碜畲蠡W(wǎng)絡生命周期

8、高效使用能量來最大化網(wǎng)絡生命周期”。v硬件資源有限硬件資源有限：傳感器節(jié)點是一種微型嵌入式設備，大量：傳感器節(jié)點是一種微型嵌入式設備，大量的節(jié)點數(shù)量要求其低成本、低功耗，所攜帶的處理器能力較的節(jié)點數(shù)量要求其低成本、低功耗，所攜帶的處理器能力較弱，計算能力和存儲能力有限。在成本、硬件體積、功耗等弱，計算能力和存儲能力有限。在成本、硬件體積、功耗等受到限制的條件下，傳感器節(jié)點需要完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、受到限制的條件下，傳感器節(jié)點需要完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換、管理、處理、應答匯聚節(jié)點的任務請求和節(jié)點控制等轉(zhuǎn)換、管理、處理、應答匯聚節(jié)點的任務請求和節(jié)點控制等工作。通過優(yōu)化設計實現(xiàn)硬件的協(xié)調(diào)工作。工作。通

9、過優(yōu)化設計實現(xiàn)硬件的協(xié)調(diào)工作。15.1.4 15.1.4 無線傳感器網(wǎng)絡的特點無線傳感器網(wǎng)絡的特點v無中心無中心：WSN是一個對等式網(wǎng)絡，所有節(jié)點地位平等，沒是一個對等式網(wǎng)絡，所有節(jié)點地位平等，沒有嚴格的中心節(jié)點。節(jié)點僅知道與自己彼鄰節(jié)點的位置及相有嚴格的中心節(jié)點。節(jié)點僅知道與自己彼鄰節(jié)點的位置及相應標識，通過與鄰居節(jié)點的協(xié)作完成信號處理和通信。應標識，通過與鄰居節(jié)點的協(xié)作完成信號處理和通信。v自組織自組織：無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點往往通過飛機播撒到未知區(qū)：無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點往往通過飛機播撒到未知區(qū)域，通常情況下沒有基礎設施支持，其位置不能預先設定，域，通常情況下沒有基礎設施支持，其位置不能預先設定

10、，節(jié)點之間的相鄰關系預先也不明確。網(wǎng)絡節(jié)點布撒后，無線節(jié)點之間的相鄰關系預先也不明確。網(wǎng)絡節(jié)點布撒后，無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點通過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調(diào)各自的監(jiān)控傳感器網(wǎng)絡節(jié)點通過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調(diào)各自的監(jiān)控行為，自動進行配置和管理，利用拓撲控制機制和網(wǎng)絡協(xié)議行為，自動進行配置和管理，利用拓撲控制機制和網(wǎng)絡協(xié)議形成轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)測數(shù)據(jù)的多跳無線網(wǎng)絡系統(tǒng)。形成轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)測數(shù)據(jù)的多跳無線網(wǎng)絡系統(tǒng)。15.1.4 15.1.4 無線傳感器網(wǎng)絡的特點無線傳感器網(wǎng)絡的特點v多跳路由多跳路由：無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的通信距離有限，一般在：無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的通信距離有限，一般在幾十到幾百米范圍內(nèi)，節(jié)點只能與它的鄰居直接通

11、信，對于幾十到幾百米范圍內(nèi)，節(jié)點只能與它的鄰居直接通信，對于面積覆蓋較大的區(qū)域，傳感器網(wǎng)絡需要采用多跳路由的傳輸面積覆蓋較大的區(qū)域，傳感器網(wǎng)絡需要采用多跳路由的傳輸機制。無線傳感器網(wǎng)絡中沒有專門的路由設備，多跳路由由機制。無線傳感器網(wǎng)絡中沒有專門的路由設備，多跳路由由普通網(wǎng)絡節(jié)點完成。同時，因為受節(jié)點能量、節(jié)點分布、建普通網(wǎng)絡節(jié)點完成。同時，因為受節(jié)點能量、節(jié)點分布、建筑物、障礙物和自然環(huán)境等因素的影響，路由可能經(jīng)常變化，筑物、障礙物和自然環(huán)境等因素的影響，路由可能經(jīng)常變化，頻繁出現(xiàn)通信中斷。針對通信環(huán)境和有限通信能力，設計網(wǎng)頻繁出現(xiàn)通信中斷。針對通信環(huán)境和有限通信能力，設計網(wǎng)絡多跳路由機制以

12、滿足傳感器網(wǎng)絡的通信需求。絡多跳路由機制以滿足傳感器網(wǎng)絡的通信需求。v動態(tài)拓撲動態(tài)拓撲：在：在WSN使用過程中，部分節(jié)點附著于物體表面使用過程中，部分節(jié)點附著于物體表面隨處移動，部分節(jié)點由于能量耗盡或環(huán)境因素造成故障或失隨處移動，部分節(jié)點由于能量耗盡或環(huán)境因素造成故障或失效而退出網(wǎng)絡，部分節(jié)點因彌補失效節(jié)點、增加監(jiān)測精度而效而退出網(wǎng)絡，部分節(jié)點因彌補失效節(jié)點、增加監(jiān)測精度而補充到網(wǎng)絡中，節(jié)點數(shù)量動態(tài)變化，使網(wǎng)絡的拓撲結構動態(tài)補充到網(wǎng)絡中，節(jié)點數(shù)量動態(tài)變化，使網(wǎng)絡的拓撲結構動態(tài)變化。動態(tài)拓撲組織功能和動態(tài)系統(tǒng)的可重構性。變化。動態(tài)拓撲組織功能和動態(tài)系統(tǒng)的可重構性。v可靠性可靠性：由于傳感器節(jié)點的

13、大量部署不僅增大了監(jiān)測區(qū)域：由于傳感器節(jié)點的大量部署不僅增大了監(jiān)測區(qū)域的覆蓋，減少盲區(qū)，而且可以利用分布式算法處理大量信息，的覆蓋，減少盲區(qū)，而且可以利用分布式算法處理大量信息，降低了對單個節(jié)點傳感器的精度要求，大量冗余節(jié)點的存在降低了對單個節(jié)點傳感器的精度要求，大量冗余節(jié)點的存在使得系統(tǒng)具有很強的容錯性能。使得系統(tǒng)具有很強的容錯性能。15.1.4 無線傳感器網(wǎng)絡的特點無線傳感器網(wǎng)絡的特點15.1.4 15.1.4 無線傳感器網(wǎng)絡的特點無線傳感器網(wǎng)絡的特點v節(jié)點數(shù)量多節(jié)點數(shù)量多：為了獲取精確的信息，在監(jiān)測區(qū)域通常部署大：為了獲取精確的信息，在監(jiān)測區(qū)域通常部署大量的傳感器節(jié)點。傳感器節(jié)點被密集的

14、隨機部署在一個面積量的傳感器節(jié)點。傳感器節(jié)點被密集的隨機部署在一個面積不大的空間內(nèi)，需要利用節(jié)點之間的高度連接性來保證系統(tǒng)不大的空間內(nèi)，需要利用節(jié)點之間的高度連接性來保證系統(tǒng)的抗毀性和容錯性。這種情況下，需要依靠節(jié)點的自組織性的抗毀性和容錯性。這種情況下，需要依靠節(jié)點的自組織性處理各種突發(fā)事件，節(jié)點設計時軟硬件都必須具有魯棒性和處理各種突發(fā)事件，節(jié)點設計時軟硬件都必須具有魯棒性和容錯性。容錯性。 15.3 15.3 硬件平臺硬件平臺v傳感器節(jié)點傳感器節(jié)點應具有的功能：一方面實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理；應具有的功能：一方面實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理；另一方面實現(xiàn)數(shù)據(jù)的融合和路由，對本身采集的數(shù)據(jù)和收到另一方

15、面實現(xiàn)數(shù)據(jù)的融合和路由，對本身采集的數(shù)據(jù)和收到的其它節(jié)點數(shù)據(jù)進行綜合，轉(zhuǎn)發(fā)路由到網(wǎng)關節(jié)點。傳感器節(jié)的其它節(jié)點數(shù)據(jù)進行綜合，轉(zhuǎn)發(fā)路由到網(wǎng)關節(jié)點。傳感器節(jié)點數(shù)目龐大，通常采用電池供電，傳感器節(jié)點的能量一旦耗點數(shù)目龐大，通常采用電池供電，傳感器節(jié)點的能量一旦耗盡，該節(jié)點就不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和路由功能，直接影響整個盡，該節(jié)點就不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和路由功能，直接影響整個傳感器網(wǎng)絡的健壯性和生命周期。傳感器網(wǎng)絡的健壯性和生命周期。v網(wǎng)關節(jié)點網(wǎng)關節(jié)點往往個數(shù)有限，而且能量常常能夠得到補充。網(wǎng)關往往個數(shù)有限，而且能量常常能夠得到補充。網(wǎng)關節(jié)點通常使用多種方式與外界通信。節(jié)點通常使用多種方式與外界通信。 v數(shù)據(jù)管理

16、中心數(shù)據(jù)管理中心主要由數(shù)據(jù)庫、管理軟件以及主要由數(shù)據(jù)庫、管理軟件以及PC機（服務器）機（服務器）構成。構成。 15.3.1 15.3.1 傳感器節(jié)點傳感器節(jié)點v傳感器網(wǎng)絡節(jié)點作為一種微型化的嵌入式系統(tǒng)，構成了無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點作為一種微型化的嵌入式系統(tǒng)，構成了無線傳感器網(wǎng)絡的基礎層支撐平臺。大部分節(jié)點采用電池供電，傳感器網(wǎng)絡的基礎層支撐平臺。大部分節(jié)點采用電池供電，工作環(huán)境通常比較惡劣，而且數(shù)量大，更換困難，所以工作環(huán)境通常比較惡劣，而且數(shù)量大，更換困難，所以低功低功耗耗是無線傳感器網(wǎng)絡重要的設計準則之一，從無線傳感器網(wǎng)是無線傳感器網(wǎng)絡重要的設計準則之一，從無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的硬件設計到整個網(wǎng)

17、絡各層的協(xié)議設計都把節(jié)能作為絡節(jié)點的硬件設計到整個網(wǎng)絡各層的協(xié)議設計都把節(jié)能作為設計目標，以最大限度地延長無線傳感器網(wǎng)絡的壽命。設計目標，以最大限度地延長無線傳感器網(wǎng)絡的壽命。v模塊化模塊化設計是提高節(jié)點通用性、擴展性和靈活性的有效途徑。設計是提高節(jié)點通用性、擴展性和靈活性的有效途徑。集成化集成化以滿足節(jié)點集數(shù)據(jù)采集、處理和轉(zhuǎn)發(fā)等功能于一身的以滿足節(jié)點集數(shù)據(jù)采集、處理和轉(zhuǎn)發(fā)等功能于一身的需求。需求。微型化微型化可以滿足大規(guī)模布撒、提高隱蔽性的應用需求?？梢詽M足大規(guī)模布撒、提高隱蔽性的應用需求。網(wǎng)關系統(tǒng)結構示意圖網(wǎng)關系統(tǒng)結構示意圖 15.3.2 15.3.2 網(wǎng)關節(jié)點設計網(wǎng)關節(jié)點設計v網(wǎng)關節(jié)點接

18、收傳感器節(jié)點發(fā)送來的采集數(shù)據(jù)，通過有線網(wǎng)關節(jié)點接收傳感器節(jié)點發(fā)送來的采集數(shù)據(jù)，通過有線 ( (串串口或口或USBUSB電纜電纜) )或無線方式與或無線方式與PCPC或服務器相連?；蚍掌飨噙B。v網(wǎng)關節(jié)點的功能：一是通過匯聚節(jié)點獲取無線傳感網(wǎng)絡的信網(wǎng)關節(jié)點的功能：一是通過匯聚節(jié)點獲取無線傳感網(wǎng)絡的信息并進行轉(zhuǎn)換，二是利用外部網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。息并進行轉(zhuǎn)換，二是利用外部網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。v一種是基于以太網(wǎng)的有線通信網(wǎng)關節(jié)點，雖然以太網(wǎng)通信穩(wěn)一種是基于以太網(wǎng)的有線通信網(wǎng)關節(jié)點，雖然以太網(wǎng)通信穩(wěn)定可靠，但需要具備相應的接入條件，這在許多應用情況下定可靠，但需要具備相應的接入條件，這在許多應用情況下難以

19、實現(xiàn)；另一類是基于無線通信方式（難以實現(xiàn)；另一類是基于無線通信方式（GPRSGPRS、GSMGSM和和CDMACDMA等）的網(wǎng)關節(jié)點，無線通信移動性好，但易受到網(wǎng)絡覆蓋面等）的網(wǎng)關節(jié)點，無線通信移動性好，但易受到網(wǎng)絡覆蓋面的約束。的約束。15.3.3 15.3.3 WSN測試平臺測試平臺v理論分析推導理論分析推導：雖然可以進行多個同類協(xié)議的比較，模型的：雖然可以進行多個同類協(xié)議的比較，模型的簡化也降低了理論分析的可信度。簡化也降低了理論分析的可信度。v仿真分析仿真分析：并不能考慮實際應用環(huán)境中節(jié)點狀態(tài)、無線通信：并不能考慮實際應用環(huán)境中節(jié)點狀態(tài)、無線通信環(huán)境及網(wǎng)絡的不穩(wěn)定性等問題，單純仿真存在

20、性能缺陷，甚環(huán)境及網(wǎng)絡的不穩(wěn)定性等問題，單純仿真存在性能缺陷，甚至是設計錯誤。至是設計錯誤。 v測試平臺測試平臺：用來驗證真實環(huán)境下無線傳感器網(wǎng)絡的各種協(xié)議：用來驗證真實環(huán)境下無線傳感器網(wǎng)絡的各種協(xié)議和算法的綜合性能（通信質(zhì)量、能耗分布以及誤碼率等），和算法的綜合性能（通信質(zhì)量、能耗分布以及誤碼率等），分析和測試節(jié)點狀態(tài)、通信環(huán)境和網(wǎng)絡性能等因素可能給網(wǎng)分析和測試節(jié)點狀態(tài)、通信環(huán)境和網(wǎng)絡性能等因素可能給網(wǎng)絡質(zhì)量帶來的各種影響，避免因建模假設帶來的理論誤差，絡質(zhì)量帶來的各種影響，避免因建模假設帶來的理論誤差，最大限度的保證通信協(xié)議和傳感網(wǎng)絡的可靠性。最大限度的保證通信協(xié)議和傳感網(wǎng)絡的可靠性。 1

21、5.3.3 15.3.3 WSN測試平臺測試平臺v測試平臺測試平臺通過部署一定規(guī)模的專用節(jié)點，模擬監(jiān)測通過部署一定規(guī)模的專用節(jié)點，模擬監(jiān)測環(huán)境，綜合評測無線傳感器網(wǎng)絡在未來應用中可能環(huán)境，綜合評測無線傳感器網(wǎng)絡在未來應用中可能出現(xiàn)的錯誤或故障，并加以分析和調(diào)試。出現(xiàn)的錯誤或故障，并加以分析和調(diào)試。v為進一步量化評估網(wǎng)絡綜合性能，研究網(wǎng)絡行為和為進一步量化評估網(wǎng)絡綜合性能，研究網(wǎng)絡行為和監(jiān)控技術等提供重要的軟硬件基礎。監(jiān)控技術等提供重要的軟硬件基礎。v為無線傳感器網(wǎng)絡從理論設計到大規(guī)模應用提供了為無線傳感器網(wǎng)絡從理論設計到大規(guī)模應用提供了重要的開發(fā)和測試手段。重要的開發(fā)和測試手段。15.3.3

22、15.3.3 WSNWSN測試平臺測試平臺v用戶訪問用戶訪問網(wǎng)絡服務器網(wǎng)絡服務器、測測試仿真服務器試仿真服務器和和數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)存儲服務器服務器構成了構成了上層服務器上層服務器平臺平臺。v具有多網(wǎng)通信功能的高速具有多網(wǎng)通信功能的高速數(shù)據(jù)處理終端數(shù)據(jù)處理終端和和網(wǎng)關網(wǎng)關是連是連接上層服務與底層節(jié)點的接上層服務與底層節(jié)點的關鍵設備。關鍵設備。v對于測試平臺中使用的對于測試平臺中使用的節(jié)節(jié)點點，在常規(guī)節(jié)點基礎上增，在常規(guī)節(jié)點基礎上增加了有線通信接口和復位加了有線通信接口和復位調(diào)試等功能。調(diào)試等功能。 15.3.3 15.3.3 WSN測試平臺測試平臺v測試平臺的重要作用就是監(jiān)測并發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡設計時的測試平

23、臺的重要作用就是監(jiān)測并發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡設計時的錯誤和故障，并指導分析和調(diào)試工作。錯誤和故障，并指導分析和調(diào)試工作。 15.4 15.4 無線傳感器網(wǎng)絡應用實例無線傳感器網(wǎng)絡應用實例v無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點微小，價格低廉，部署方便、隱蔽性無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點微小，價格低廉，部署方便、隱蔽性高、可自主組網(wǎng)等特點，在軍事、農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)控、健康高、可自主組網(wǎng)等特點，在軍事、農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)控、健康監(jiān)測、工業(yè)控制、智能交通和倉儲物流等領域具有廣闊的監(jiān)測、工業(yè)控制、智能交通和倉儲物流等領域具有廣闊的應用前景。應用前景。v隨著傳感網(wǎng)絡研究的深入，無線傳感網(wǎng)絡逐漸滲透到人類隨著傳感網(wǎng)絡研究的深入，無線傳感網(wǎng)絡逐漸滲透到人類生活

24、的各個領域。地震監(jiān)測、生活習性監(jiān)測、船只監(jiān)控、生活的各個領域。地震監(jiān)測、生活習性監(jiān)測、船只監(jiān)控、深海監(jiān)控、戰(zhàn)場評估、目標跟蹤和檢測、森林火災監(jiān)控、深海監(jiān)控、戰(zhàn)場評估、目標跟蹤和檢測、森林火災監(jiān)控、小區(qū)安全監(jiān)控、精細農(nóng)業(yè)。小區(qū)安全監(jiān)控、精細農(nóng)業(yè)。 15.4.1 15.4.1 軍事應用軍事應用 v利用飛機拋撒或火炮發(fā)射等裝置，將大量廉利用飛機拋撒或火炮發(fā)射等裝置，將大量廉價傳感器節(jié)點按照一定的密度部署在待測區(qū)價傳感器節(jié)點按照一定的密度部署在待測區(qū)域內(nèi)，對周邊的各種參數(shù)，如震動、氣體、域內(nèi)，對周邊的各種參數(shù)，如震動、氣體、溫度、濕度、聲音、磁場、紅外線等各種信溫度、濕度、聲音、磁場、紅外線等各種信息

25、進行采集，然后由傳感器自身構建的網(wǎng)絡，息進行采集，然后由傳感器自身構建的網(wǎng)絡，通過網(wǎng)關、互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星等信道，傳回監(jiān)控通過網(wǎng)關、互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星等信道，傳回監(jiān)控中心。中心。v可以將無線傳感網(wǎng)絡用作武器自動防護裝置，可以將無線傳感網(wǎng)絡用作武器自動防護裝置，在友軍人員、裝備上加裝傳感器節(jié)點以供識在友軍人員、裝備上加裝傳感器節(jié)點以供識別，隨時掌控情況避免誤傷。通過在敵方陣別，隨時掌控情況避免誤傷。通過在敵方陣地部署各種傳感器，做到知己知彼，先發(fā)制地部署各種傳感器，做到知己知彼，先發(fā)制人。另外，該項技術利用自身接近環(huán)境的特人。另外，該項技術利用自身接近環(huán)境的特點，可用于智能型武器的引導器，與雷達和點，可用于

26、智能型武器的引導器，與雷達和衛(wèi)星等相互配合，可避免攻擊盲區(qū)，大幅度衛(wèi)星等相互配合，可避免攻擊盲區(qū)，大幅度提升武器的殺傷力。提升武器的殺傷力。15.4.2 15.4.2 城市生命線城市生命線v被稱為城市生命線的水、電、煤氣和石油等網(wǎng)絡，縱橫交錯，被稱為城市生命線的水、電、煤氣和石油等網(wǎng)絡，縱橫交錯，埋在地下，出現(xiàn)問題很難發(fā)現(xiàn)，維護極其困難，泄露、爆炸埋在地下，出現(xiàn)問題很難發(fā)現(xiàn)，維護極其困難，泄露、爆炸等事故造的社會和經(jīng)濟損失巨大。等事故造的社會和經(jīng)濟損失巨大。v采用無線傳感器網(wǎng)絡對城市水管網(wǎng)進行監(jiān)測，獲取水壓、水采用無線傳感器網(wǎng)絡對城市水管網(wǎng)進行監(jiān)測，獲取水壓、水位以及水的質(zhì)量等信息，判斷水位、

27、泄漏和污染情況。位以及水的質(zhì)量等信息，判斷水位、泄漏和污染情況。v采用壓力和超聲傳感器網(wǎng)絡監(jiān)測城市天然氣管網(wǎng)。采用壓力和超聲傳感器網(wǎng)絡監(jiān)測城市天然氣管網(wǎng)。v無線傳感器網(wǎng)絡的應用將大幅提高城市生命線的安全性。無線傳感器網(wǎng)絡的應用將大幅提高城市生命線的安全性。15.4.3 15.4.3 健康監(jiān)測：人體健康監(jiān)測健康監(jiān)測：人體健康監(jiān)測v為更好的對冠心病、腦溢血等高危病人進行為更好的對冠心病、腦溢血等高危病人進行2424小時健康監(jiān)測，小時健康監(jiān)測，不妨礙病人的日常起居和生活質(zhì)量，無線傳感器網(wǎng)絡有廣闊不妨礙病人的日常起居和生活質(zhì)量，無線傳感器網(wǎng)絡有廣闊的應用前景。的應用前景。v通過在老年人身上佩戴血壓、脈

28、搏、體溫等微型無線傳感器，通過在老年人身上佩戴血壓、脈搏、體溫等微型無線傳感器，經(jīng)過住宅內(nèi)的傳感器網(wǎng)關，將數(shù)據(jù)發(fā)送給醫(yī)院，醫(yī)生可以遠經(jīng)過住宅內(nèi)的傳感器網(wǎng)關，將數(shù)據(jù)發(fā)送給醫(yī)院，醫(yī)生可以遠程了解老年人的健康狀況。程了解老年人的健康狀況。 v在公寓內(nèi)安裝包括溫度、濕度、光、紅外、聲音和超聲等多在公寓內(nèi)安裝包括溫度、濕度、光、紅外、聲音和超聲等多個傳感節(jié)點，根據(jù)這些節(jié)點收集的信息，實時了解人員的活個傳感節(jié)點，根據(jù)這些節(jié)點收集的信息，實時了解人員的活動情況。采用多傳感器信息融合技術，可以準確地判斷出被動情況。采用多傳感器信息融合技術，可以準確地判斷出被監(jiān)測人的行為，如：做飯、睡覺、看電視、淋浴等等，監(jiān)測

29、人的行為，如：做飯、睡覺、看電視、淋浴等等， 15.4.3 15.4.3 健康監(jiān)測：建筑物健康監(jiān)測健康監(jiān)測：建筑物健康監(jiān)測 v在建筑物上安裝聯(lián)網(wǎng)的地震傳感器，為處于地震帶的民居提在建筑物上安裝聯(lián)網(wǎng)的地震傳感器，為處于地震帶的民居提供更好的監(jiān)測預警機制。供更好的監(jiān)測預警機制。v把無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點綁定在鳥巢鋼架結構上，對施工過程把無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點綁定在鳥巢鋼架結構上，對施工過程中鋼結構進行應力、壓力分析等。中鋼結構進行應力、壓力分析等。v將具有溫度、濕度、壓力、加速度、光照等傳感器的節(jié)點布將具有溫度、濕度、壓力、加速度、光照等傳感器的節(jié)點布放在重點保護對象當中，無需拉線鉆孔，便可有效地對建筑放

30、在重點保護對象當中，無需拉線鉆孔，便可有效地對建筑物進行長期監(jiān)測。此外，對于珍貴文物，在保存地點的墻角、物進行長期監(jiān)測。此外，對于珍貴文物，在保存地點的墻角、天花板等位置，監(jiān)測環(huán)境的溫度、濕度是否超過安全值，可天花板等位置，監(jiān)測環(huán)境的溫度、濕度是否超過安全值，可以更妥善地保護展品的品質(zhì)。以更妥善地保護展品的品質(zhì)。 15.4.3 15.4.3 健康監(jiān)測：建筑物健康監(jiān)測健康監(jiān)測：建筑物健康監(jiān)測v在橋梁監(jiān)測中，利用適當?shù)膫鞲衅?，例如壓電傳感在橋梁監(jiān)測中，利用適當?shù)膫鞲衅?，例如壓電傳感器、加速度傳感器、超聲傳感器、濕度傳感器等，器、加速度傳感器、超聲傳感器、濕度傳感器等，可以有效地構建一個三維立體的防

31、護監(jiān)測網(wǎng)絡。用可以有效地構建一個三維立體的防護監(jiān)測網(wǎng)絡。用于監(jiān)測橋梁、高架橋、高速公路等環(huán)境。于監(jiān)測橋梁、高架橋、高速公路等環(huán)境。v對許多老舊的橋梁，橋墩長期受到水流的沖刷，傳對許多老舊的橋梁，橋墩長期受到水流的沖刷，傳感器能夠放置在橋墩底部、用以感測橋墩結構；也感器能夠放置在橋墩底部、用以感測橋墩結構；也可放置在橋梁兩側(cè)或底部，搜集橋梁的溫度、濕度、可放置在橋梁兩側(cè)或底部，搜集橋梁的溫度、濕度、震動幅度、橋墩被侵蝕程度等，能減少事故造成的震動幅度、橋墩被侵蝕程度等，能減少事故造成的生命財產(chǎn)損失。生命財產(chǎn)損失。15.4.4 15.4.4 環(huán)境監(jiān)測環(huán)境監(jiān)測v監(jiān)視大鴨島海燕的棲息情況。位于緬因州海

32、岸大鴨島上的海監(jiān)視大鴨島海燕的棲息情況。位于緬因州海岸大鴨島上的海燕由于環(huán)境惡劣，海燕又十分機警，研究人員無法采用常規(guī)燕由于環(huán)境惡劣，海燕又十分機警，研究人員無法采用常規(guī)方法進行跟蹤觀察。方法進行跟蹤觀察。v為此使用了包括光、濕度、氣壓計、紅外傳感器、攝像頭在為此使用了包括光、濕度、氣壓計、紅外傳感器、攝像頭在內(nèi)的近內(nèi)的近1010種傳感器類型數(shù)百個節(jié)點，系統(tǒng)通過自組織無線網(wǎng)種傳感器類型數(shù)百個節(jié)點，系統(tǒng)通過自組織無線網(wǎng)絡，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇j，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?00300英尺外的基站計算機內(nèi)，再由此經(jīng)衛(wèi)英尺外的基站計算機內(nèi)，再由此經(jīng)衛(wèi)星傳輸至加州的服務器。全球的研究人員都可以通過互聯(lián)網(wǎng)星傳輸至加州的服務器

33、。全球的研究人員都可以通過互聯(lián)網(wǎng)察看該地區(qū)各個節(jié)點的數(shù)據(jù)，掌握第一手的環(huán)境資料，為生察看該地區(qū)各個節(jié)點的數(shù)據(jù)，掌握第一手的環(huán)境資料，為生態(tài)環(huán)境研究者提供了一個極為便利的平臺。態(tài)環(huán)境研究者提供了一個極為便利的平臺。15.4.4 15.4.4 環(huán)境監(jiān)測環(huán)境監(jiān)測v20052005年，澳洲的科學家利用無線傳感器網(wǎng)絡探測北澳大利亞年，澳洲的科學家利用無線傳感器網(wǎng)絡探測北澳大利亞蟾蜍的分布情況。利用蟾蜍叫聲響亮而獨特特點，選用聲音蟾蜍的分布情況。利用蟾蜍叫聲響亮而獨特特點，選用聲音傳感器作為監(jiān)測手段，將采集到的信息發(fā)回給控制中心，通傳感器作為監(jiān)測手段，將采集到的信息發(fā)回給控制中心，通過處理，了解蟾蜍的分布、棲息情況。過處理，了解蟾蜍的分布、棲息情況。v20082008年年1 1月新加坡政府與哈佛大學、麻省理工學院合作，成月新加坡政