無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述

1、參考文獻(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其應(yīng)用 ，王汝傳等，人民郵電出版社，王汝傳等，人民郵電出版社，2011年年無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)導(dǎo)論無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)導(dǎo)論 ，王汝傳等，清華大學(xué)出版社，王汝傳等，清華大學(xué)出版社，2012年年無線傳感器網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò) ，王營冠等，電子工業(yè)出版社，王營冠等，電子工業(yè)出版社，2012年年無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用 ，熊茂華等，西安電子科技大學(xué)出版社，熊茂華等，西安電子科技大學(xué)出版社，2014年年無線自組織網(wǎng)絡(luò)和對等網(wǎng)絡(luò)無線自組織網(wǎng)絡(luò)和對等網(wǎng)絡(luò)原理與安全原理與安全，易平等，清華大學(xué)出版社，易平等，清華大學(xué)出版社，2009年年1

2、0月月無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，尚鳳軍，電子工業(yè)出版社，尚鳳軍，電子工業(yè)出版社，2011年年6月第月第1版。版。無線傳感網(wǎng)絡(luò)測量系統(tǒng)無線傳感網(wǎng)絡(luò)測量系統(tǒng)，王雪，機(jī)械工業(yè)出版社，王雪，機(jī)械工業(yè)出版社，2008年年3月月無線傳感器網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，孫利民、李建中、陳渝開等，清華大學(xué)出版社，孫利民、李建中、陳渝開等，清華大學(xué)出版社，2011年年7月月Agenda概況概況網(wǎng)絡(luò)概念網(wǎng)絡(luò)概念體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)協(xié)議棧協(xié)議棧基本特點基本特點發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域概述信息的獲取、存儲、處理、傳輸和利用已逐步深入到信息的獲取、存儲、處理、傳輸和利用已逐步深入到社會生產(chǎn)生活

3、的各個層面社會生產(chǎn)生活的各個層面無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，被認(rèn)為是二十一世紀(jì)最重要的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，被認(rèn)為是二十一世紀(jì)最重要的技術(shù)之一，將對人類的生活方式產(chǎn)生巨大的影響。技術(shù)之一，將對人類的生活方式產(chǎn)生巨大的影響。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)集成了傳感器技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)、無線通信技術(shù)和分布式信息處理技術(shù)等前沿科技。它將邏輯上的信息世界和真實的物理世界緊密地結(jié)合起來，從而實現(xiàn)了無處不在的計算模式，最終實現(xiàn)物理世界、計算世界及人類社會三元世界的連通。概述計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)地理位置不同的，具有獨(dú)立功能的多臺計算機(jī)及其外部設(shè)備通過通信鏈路連接起來，在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)管理軟件以及網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的管理和協(xié)調(diào)下實現(xiàn)資

4、源共享和信息傳遞的計算機(jī)系統(tǒng)。無線網(wǎng)絡(luò)無線網(wǎng)絡(luò)利用無線電波作為信息傳輸?shù)拿浇闃?gòu)成的無線局域網(wǎng)（WLAN），與有線網(wǎng)絡(luò)的用途十分類似。最大的不同在于傳輸媒介的不同。利用無線電技術(shù)取代網(wǎng)線，可以和有線網(wǎng)絡(luò)互為備份。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念并不統(tǒng)一無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念并不統(tǒng)一國內(nèi)外比較流行的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的解釋主要包括以國內(nèi)外比較流行的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的解釋主要包括以下四種。下四種。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念解釋一解釋一:無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由若干具有無線通信能力的傳感節(jié)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由若干具有無線通信能力的傳感節(jié)點自組織構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。點自組織構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。它起源于1978年美國國防部高級研究計劃

5、局資助卡耐基梅隆大學(xué)進(jìn)行分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究項目，由美國軍方提出。當(dāng)時沒有考慮互聯(lián)網(wǎng)及智能計算等技術(shù)的支持，強(qiáng)調(diào)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由節(jié)點組成的小規(guī)模自組織網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念解釋二解釋二:泛在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)泛在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Ubiquitous Sensor Network, USN)是由智能傳感器節(jié)點組成的網(wǎng)絡(luò)，可以以是由智能傳感器節(jié)點組成的網(wǎng)絡(luò)，可以以“任何地點，任任何地點，任何時間，任何人，任何物何時間，任何人，任何物”的形式被部署。的形式被部署。該技術(shù)具有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ軌蛲苿有碌膽?yīng)用和服務(wù)，涉及安全保衛(wèi)環(huán)境監(jiān)測到推動個人生產(chǎn)力和增強(qiáng)國家競爭力等領(lǐng)域。此定義由ITU-T于20

6、08年2月的研究報告Ubiquitous Sensor Network中提出，該解釋強(qiáng)調(diào)任何時間，任何地點，任何人，任何物的互聯(lián)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念解釋三解釋三 :無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以對物理世界的數(shù)據(jù)采集和信息處理為主無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以對物理世界的數(shù)據(jù)采集和信息處理為主要任務(wù)，要任務(wù)， 以網(wǎng)絡(luò)為信息傳遞載體，實現(xiàn)物與物、物與人之以網(wǎng)絡(luò)為信息傳遞載體，實現(xiàn)物與物、物與人之間的信息交互，提供信息服務(wù)的智能網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)。間的信息交互，提供信息服務(wù)的智能網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)。此定義由我國信息技術(shù)委員會所屬傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工作組于2009年9月的工作文件中提出；它綜合了微傳感器、分布式信號處理、無線通信網(wǎng)絡(luò)和嵌入式計

7、算等多種先進(jìn)信息技術(shù)，能對物理世界進(jìn)行信息采集、傳輸和處理，并將處理結(jié)果以服務(wù)形式發(fā)布給用戶；此解釋重點強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念國內(nèi)國內(nèi)傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化工作組傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化工作組關(guān)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的最新定義為：最新定義為：利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，及其他網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，對利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，及其他網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，對物理世界進(jìn)行信息采集，并對采集的信息進(jìn)行傳輸和物理世界進(jìn)行信息采集，并對采集的信息進(jìn)行傳輸和處理，以及為用戶提供服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)。處理，以及為用戶提供服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念解釋四解釋四 :無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一感知為目的，實現(xiàn)人

8、與人、人與物、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一感知為目的，實現(xiàn)人與人、人與物、物與物全面互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。其突出特征是通過傳感器等方式，物與物全面互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。其突出特征是通過傳感器等方式，獲取物理世界的各種信息，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)站進(jìn)獲取物理世界的各種信息，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)站進(jìn)行信息的傳送與交互，采用智能技術(shù)對信息進(jìn)行分析處理，行信息的傳送與交互，采用智能技術(shù)對信息進(jìn)行分析處理，從而提升對物質(zhì)世界的感知能力，實現(xiàn)智能化的決策和控從而提升對物質(zhì)世界的感知能力，實現(xiàn)智能化的決策和控制。制。自定義出自工業(yè)和信息化部、江蘇省聯(lián)合向國務(wù)院上報的關(guān)于支持無錫建設(shè)國家傳感網(wǎng)創(chuàng)新示范區(qū)（國家傳感信息中心）情況的報告此解

9、釋突出感知地位，強(qiáng)調(diào)智能化的決策和控制。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個基本要素傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個基本要素傳感器感知對象觀察者傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本功能傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本功能協(xié)作地感知、采集、處理和發(fā)布感知信息無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是集如下功能于一體的有機(jī)自知整體：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是集如下功能于一體的有機(jī)自知整體：信息感知(Sensing)信息處理(Processing)信息傳送(Transmitting)信息提供(Provisioning)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的感知方法傳統(tǒng)的感知方法傳感器接近感知對象傳感器僅產(chǎn)生數(shù)據(jù)流傳感器沒有計算能力傳感器之間沒有通信能力傳統(tǒng)的感知方法無線

10、傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)代感知方法現(xiàn)代感知方法傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋感知對象區(qū)域每個傳感器完成其臨近感知對象的觀測多傳感器協(xié)同完成感知區(qū)域的大觀測任務(wù)使用多跳路由下載向用戶報告觀測結(jié)果什么叫多跳？無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)單跳單跳無限單跳網(wǎng)絡(luò)中所有源節(jié)點的數(shù)據(jù)報文只能發(fā)送給在其通信范圍內(nèi)的一個集中式（如基站），由該節(jié)點通過有線方式轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點。如蜂窩網(wǎng)絡(luò)、WiFi無線局域網(wǎng)絡(luò)均屬于無線單跳網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)多跳多跳在無線網(wǎng)絡(luò)中，任何無線設(shè)備節(jié)點都可以同時作為AP和路由器，網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點都可以發(fā)送和接收信號，每個節(jié)點都可以與一個或者多個對等節(jié)點進(jìn)行直接通信。無線多跳網(wǎng)絡(luò)中源節(jié)點的數(shù)據(jù)報文通過

11、多個相繼的無線鏈路，以無線多跳的方式發(fā)送到目的節(jié)點。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)多跳網(wǎng)絡(luò)多跳網(wǎng)絡(luò) （Multi-hop Network）在無線多跳網(wǎng)絡(luò)中，源節(jié)點到目的節(jié)點之間的典型路徑是由多跳組成的，該路徑上的中間節(jié)點充當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點。無線多跳網(wǎng)絡(luò)中一個節(jié)點具有兩種功能：首先節(jié)點可以充當(dāng)端節(jié)點產(chǎn)生或接受數(shù)據(jù)分組其次節(jié)點可以充當(dāng)路由器，對來自其它節(jié)點的數(shù)據(jù)分組進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。如無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、無線Mesh網(wǎng)絡(luò)均屬于無線多跳網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)通常包括：通常包括：傳感(器)節(jié)點（Sensor Node）匯聚節(jié)點（Sink, 網(wǎng)關(guān)）互聯(lián)網(wǎng)或通信衛(wèi)星管理節(jié)點典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無

12、線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)傳感器節(jié)點傳感器節(jié)點傳感器節(jié)點通常是一個微型的嵌入式系統(tǒng)，具有：感知、采集物理環(huán)境數(shù)據(jù)的能力計算和存儲數(shù)據(jù)的能力通信能力兼顧節(jié)點和路由器功能無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)傳感器節(jié)點傳感器節(jié)點每個傳感器節(jié)點既具有傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的終端功能，也具有路由器功能（多跳）除了進(jìn)行本地信息收集和數(shù)據(jù)處理外，還要對其他節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、管理和融合等處理，同時與其他節(jié)點協(xié)作完成一些特定任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)裝傳感器節(jié)點的地位相同各個節(jié)點之間可獨(dú)立采集相關(guān)信息，并可通過傳感器節(jié)點間的相互通信共享彼此之間的信息。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)傳感器節(jié)點傳感器節(jié)點資源受限計算能力、存儲能力和通信能力都相對較弱。目

13、前常見的傳感器節(jié)點一般通過能量有限的電池供電，所以通常傳感器節(jié)點的電源能量有限。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)傳感器節(jié)點的組成傳感器節(jié)點的組成傳感器模塊：信息采集，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理器模塊：控制、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議無線通信模塊：無線通信、交換控制信息、收發(fā)采集數(shù)據(jù)能量供應(yīng)模塊：提供能量無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)匯聚節(jié)點匯聚節(jié)點功能：連接傳感器網(wǎng)絡(luò)，與Internet等外部網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)兩種協(xié)議棧之間的通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，發(fā)布管理節(jié)點的監(jiān)測任務(wù)，轉(zhuǎn)發(fā)收集到的數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點是傳感器網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其處理能力、存儲能力和通信能力比傳感器節(jié)點強(qiáng)，沒有感知能力，但一般有充足、穩(wěn)定的固定電源為其供電。特點：連續(xù)供電、功能強(qiáng)、數(shù)量少

14、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)匯聚節(jié)點匯聚節(jié)點匯聚節(jié)點通過無線方式連接傳感器網(wǎng)絡(luò)通過有線或具有可靠通信質(zhì)量的無線接入網(wǎng)絡(luò)連接internet等外部網(wǎng)絡(luò)充當(dāng)基站管理設(shè)備和傳感器網(wǎng)絡(luò)之間的通信員可以實現(xiàn)兩種通信協(xié)議棧之間的通信協(xié)議轉(zhuǎn)換可以發(fā)布基站管理設(shè)備的檢測任務(wù)并把收集的傳感數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到外部網(wǎng)絡(luò)中。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)管理節(jié)點管理節(jié)點管理節(jié)點一般即為普通的計算機(jī)系統(tǒng)充當(dāng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的角色通過與傳感器匯聚節(jié)點的信息傳遞來監(jiān)控整個網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系(1)物理層物理層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層傳輸層應(yīng)用層應(yīng)用層能量管理平臺能量管理平臺移動管理平臺移動管理平臺任務(wù)管理

15、平臺任務(wù)管理平臺無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系(1)物理層物理層物理層主要實現(xiàn)以下基礎(chǔ)的無線通信技術(shù)，保證為網(wǎng)絡(luò)提供基礎(chǔ)的良好的無線電收發(fā)技術(shù)：載波頻率選擇信號的調(diào)制解調(diào)發(fā)射、傳輸、信號檢測與接收等物理層直接決定著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的體積大小，成本及功耗傳輸媒介主要有無線電波、紅外光波等無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系(1)物理層的要求：物理層的要求：需在多樣、復(fù)雜的環(huán)境中工作，適應(yīng)信道選擇，適應(yīng)節(jié)點密度變化，具有對干擾的適應(yīng)性和魯棒性；大多數(shù)傳感節(jié)點都受能源限制，對頻率準(zhǔn)確性的要求不高，節(jié)能和較長的使用壽命，滿足低功耗，低成本要求。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系(1)物理層的要求：物理層的要求：支持連續(xù)數(shù)據(jù)流(高速率

16、)，短報文(低速率)和混合(可變速率)數(shù)據(jù)傳輸模式支持短距離(1200m)和遠(yuǎn)距離(200m)傳輸，具有較大的覆蓋范圍無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系(1)物理層的要求：物理層的要求：與現(xiàn)存標(biāo)準(zhǔn)兼容IEEE802.15.4描述了低速率無線個人局域網(wǎng)的物理層和媒體接入控制協(xié)議是ZigBee, WirelessHART, MiWi規(guī)范的基礎(chǔ)RFID (Radio Frequency Identification技術(shù)，又稱無線射頻識別)802.11 b/g/n/ac (WIFI)ISO/IEC無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系(1)數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層包括邏輯鏈路層和媒體訪問控制層(MAC)負(fù)責(zé)網(wǎng)格內(nèi)兩個節(jié)點之間的數(shù)據(jù)鏈

17、路的建立、維持和釋放實現(xiàn)傳感節(jié)點間公平、高效的通信資源共享主要用于數(shù)據(jù)流的多路復(fù)用、數(shù)據(jù)幀的檢測，媒體訪問控制和差錯控制，控制介質(zhì)訪問，控制節(jié)點通信過程和工作模式。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系(1)數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層維護(hù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使網(wǎng)內(nèi)相鄰節(jié)點間的相互通信，實現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)點到點的傳輸，為網(wǎng)絡(luò)的多跳傳輸和自組特性提供底層支撐；為每一個傳感器合理有效的分配信道資源；數(shù)據(jù)鏈路層在一定程度上實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟铄e控制。差錯控制前向糾錯（FEC, Forward Error Correction)自動重復(fù)請求（ARQ, Automatic Repeat Quest)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系(1)網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層主要實

18、現(xiàn)數(shù)據(jù)融合，負(fù)責(zé)路由發(fā)現(xiàn)、路由維護(hù)和路由選擇，使得傳感器節(jié)點可以進(jìn)行有效的相互通信；路由算法執(zhí)行效率的高低直接決定了傳感器節(jié)點收發(fā)控制性數(shù)據(jù)與有效采集數(shù)據(jù)的比率；控制性數(shù)據(jù)越少，能量損耗越?。豢刂菩詳?shù)據(jù)越多，能量損耗越大。從而影響到整個傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存時間；可見，路由算法是網(wǎng)絡(luò)層的最核心內(nèi)容。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系(1)傳輸層傳輸層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流的傳輸控制，提供端到端的錯誤恢復(fù)和流量控制，在網(wǎng)絡(luò)層的基礎(chǔ)上為應(yīng)用層提供節(jié)能、可靠和實時的高質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在通信可靠性方面的弱點和其本身的特點，使得傳輸層的設(shè)計面臨極大的困難與挑戰(zhàn)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系(1)應(yīng)用層應(yīng)用層應(yīng)用層通過協(xié)

19、調(diào)控制整個網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源，以獲得：網(wǎng)絡(luò)資源的最大利用率單個任務(wù)的最少消耗量同時提供可操作的“人網(wǎng)交互”界面，主要功能是：提供面向用戶的各種應(yīng)用服務(wù)實現(xiàn)時間同步功能實現(xiàn)定位功能無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系(1)應(yīng)用層應(yīng)用層管理協(xié)議管理協(xié)議任務(wù)分配和數(shù)據(jù)公告協(xié)議傳感器管理協(xié)議傳感器查詢和數(shù)據(jù)分發(fā)協(xié)議無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系(1)能量管理平臺能量管理平臺管理傳感器節(jié)點如何使用能源，在各個協(xié)議層都需要考慮節(jié)省能量移動管理平臺移動管理平臺檢測并注冊傳感器節(jié)點的移動，維護(hù)到匯聚節(jié)點的路由，使得傳感器節(jié)點能夠動態(tài)跟蹤其鄰居的位置任務(wù)管理平臺任務(wù)管理平臺在一個給定的區(qū)域內(nèi)平衡和調(diào)動監(jiān)測任務(wù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

20、體系(2)改進(jìn)后的協(xié)議棧改進(jìn)后的協(xié)議棧無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系(2)改進(jìn)后的協(xié)議棧改進(jìn)后的協(xié)議棧定位子層和時間同步子層在協(xié)議棧中的位置比較特殊依賴于數(shù)據(jù)傳輸通道進(jìn)行協(xié)作定位和時間同步協(xié)商為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議各層提供定位和同步信息支持基于時分復(fù)用的MAC協(xié)議基于地理位置的路由協(xié)議無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點面向任務(wù)面向任務(wù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是任務(wù)驅(qū)動的自組織系統(tǒng)，其關(guān)注的是對用戶的任務(wù)需求的執(zhí)行與反饋，其網(wǎng)絡(luò)資源分配、節(jié)點組織方式與信息交互方式需要與任務(wù)需求相適應(yīng)，而不是單純關(guān)注網(wǎng)絡(luò)連通性與通信服務(wù)質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點傳感器節(jié)點體積小，能量有限傳感器節(jié)點體積小，能量有限傳感器節(jié)點各部分集成度很高，具

21、有體積小的優(yōu)點通常攜帶能量十分有限的電池由于傳感器節(jié)點數(shù)目龐大、分布區(qū)域廣、而且部署環(huán)境復(fù)雜，有些區(qū)域甚至人員不能到達(dá)，無法通過更換電池的方式來補(bǔ)充能量，所以在考慮傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)以及各層協(xié)議設(shè)計時，節(jié)能是設(shè)計的主要考慮目標(biāo)之一。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點傳感器節(jié)點計算和存儲能力有限傳感器節(jié)點計算和存儲能力有限由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的特殊性，要求傳感器節(jié)點的價格低、功耗小，必然導(dǎo)致其攜帶的處理器能力比較弱，存儲器容量比較??；因此，如何利用有限的計算和存儲資源，完成諸多協(xié)同任務(wù)，也是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)之一。事實上，隨著低功耗電路和系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)的提高，目前已經(jīng)開發(fā)出很多超低功耗微處理器，同時

22、，一般傳感器節(jié)點還會配上一些外部存儲器，目前的Flash存儲器是一種可以低電壓操作、多次寫、無限次讀的非易失存儲介質(zhì)。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點通信半徑小，帶寬低通信半徑小，帶寬低無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是利用“多跳”來實現(xiàn)低功耗下的數(shù)據(jù)傳輸，因此其設(shè)計的通信覆蓋范圍只有幾十米。和傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)不同，傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)大部分是經(jīng)過節(jié)點處理過的數(shù)據(jù)，因此流量較小。根據(jù)目前觀察到的現(xiàn)象特性來看，傳感數(shù)據(jù)所需的帶寬很低 (1-100 kbit/s)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點大規(guī)模組網(wǎng)大規(guī)模組網(wǎng)由于單個傳感節(jié)點的功能限制，需要布設(shè)大量節(jié)點以獲得較大的覆蓋范圍，通過分布式處理采集大量的信息以提高監(jiān)測的精確度，同時利用大

23、量節(jié)點的群集效應(yīng)完成少數(shù)節(jié)點無法負(fù)擔(dān)的任務(wù)。大規(guī)模特性給網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾?、維護(hù)與數(shù)據(jù)的QoS服務(wù)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點自組織，網(wǎng)絡(luò)安全性較差自組織，網(wǎng)絡(luò)安全性較差在大部分網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，傳感節(jié)點的布設(shè)往往具有隨機(jī)性存在節(jié)點故障、無線鏈路不穩(wěn)定等因素個別節(jié)點的損壞并不會影響整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，節(jié)點可以隨時加入或離開網(wǎng)絡(luò)，這要求節(jié)點具有自組織能力，能夠自動進(jìn)行配置和管理，通過拓?fù)淇刂茩C(jī)制和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議自動形成多跳無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。不需要固定網(wǎng)絡(luò)的支持，具有快速展開、抗毀性強(qiáng)等特點無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點自組織，網(wǎng)絡(luò)安全性較差自組織，網(wǎng)絡(luò)安全性較差需要特別考慮信道加密，抗干擾等安全管理措施原因：無

24、線傳感器網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模部署，且采用無線信道、分布式控制等技術(shù)，使得它更容易受到被動竊聽，主動入侵等攻擊。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點高冗余高冗余節(jié)點數(shù)量眾多、分布密集大量冗余節(jié)點的存在可以有效提高信息采集的精確度，降低對單個節(jié)點功能的要求，同時提高網(wǎng)絡(luò)連通性和可靠性無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點以數(shù)據(jù)為中心，數(shù)據(jù)傳輸方向性強(qiáng)以數(shù)據(jù)為中心，數(shù)據(jù)傳輸方向性強(qiáng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心是感知數(shù)據(jù)，而不是網(wǎng)絡(luò)硬件以數(shù)據(jù)為中心的特點要求傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計必須以感知數(shù)據(jù)管理和處理為中心，把數(shù)據(jù)庫技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)緊密結(jié)合，從邏輯概念和軟、硬件技術(shù)兩個方面實現(xiàn)一個高性能的、以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使用戶如同使用通常的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

25、一樣，自如地在傳感器網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行感知數(shù)據(jù)的管理和處理。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點以數(shù)據(jù)為中心，數(shù)據(jù)傳輸方向性強(qiáng)以數(shù)據(jù)為中心，數(shù)據(jù)傳輸方向性強(qiáng)數(shù)據(jù)的傳輸具有很強(qiáng)的方向性。一般情況下：查詢、管理及配置等信息，是從用戶向網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點發(fā)布監(jiān)測、事件驅(qū)動上報等信息，是從分布在監(jiān)測區(qū)內(nèi)的傳感節(jié)點向匯聚節(jié)點傳送，進(jìn)而到達(dá)用戶。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點網(wǎng)絡(luò)動態(tài)性強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)動態(tài)性強(qiáng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器、感知對象和觀察者這三要素都可能具有一定的移動性，并且經(jīng)常有新節(jié)點加入或已有節(jié)點失效。網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動態(tài)變化，傳感器、感知對象和觀察者三者之間的路徑也隨之變化，網(wǎng)絡(luò)必須具有可重構(gòu)和自調(diào)整性。因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的動態(tài)性。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點在網(wǎng)信息處理在網(wǎng)信息處理由于用戶關(guān)心的是最終數(shù)據(jù)，而且無線傳感器網(wǎng)絡(luò)高冗余的特性，決定了其需要進(jìn)行在網(wǎng)處理（In-network Processing),包括數(shù)據(jù)聚合(Data Aggregation)與協(xié)同處理等。通過網(wǎng)絡(luò)處理可以降低數(shù)據(jù)冗余，提取有效數(shù)據(jù)，最小化數(shù)據(jù)傳輸以降低網(wǎng)絡(luò)能耗，延長網(wǎng)絡(luò)生存時間。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)