無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述

1、參考文獻(xiàn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其應(yīng)用無(wú)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)導(dǎo)論無(wú)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) ，王營(yíng)冠等，電子工業(yè)出版社，王營(yíng)冠等，電子工業(yè)出版社，2012年年無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用無(wú)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(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)和對(duì)等網(wǎng)絡(luò)無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)和對(duì)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議無(wú)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(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)測(cè)量系統(tǒng)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)測(cè)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)無(wú)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(diǎn)基本特點(diǎn)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域概述信息的獲取、存儲(chǔ)、處理、傳輸和利用已逐步深入到信息的獲取、存儲(chǔ)、處理、傳輸和利用已逐步深入到社會(huì)生產(chǎn)生活

3、的各個(gè)層面社會(huì)生產(chǎn)生活的各個(gè)層面無(wú)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(wú)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(duì)人類的生活方式產(chǎn)生巨大的影響。技術(shù)之一，將對(duì)人類的生活方式產(chǎn)生巨大的影響。無(wú)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(wú)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(shí)的物理世界緊密地結(jié)合起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)了無(wú)處不在的計(jì)算模式，最終實(shí)現(xiàn)物理世界、計(jì)算世界及人類社會(huì)三元世界的連通。概述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)地理位置不同的，具有獨(dú)立功能的多臺(tái)計(jì)算機(jī)及其外部設(shè)備通過(guò)通信鏈路連接起來(lái)，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(shí)現(xiàn)資

4、源共享和信息傳遞的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)利用無(wú)線電波作為信息傳輸?shù)拿浇闃?gòu)成的無(wú)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(wú)線電技術(shù)取代網(wǎng)線，可以和有線網(wǎng)絡(luò)互為備份。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念并不統(tǒng)一無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念并不統(tǒng)一國(guó)內(nèi)外比較流行的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的解釋主要包括以國(guó)內(nèi)外比較流行的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的解釋主要包括以下四種。下四種。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念解釋一解釋一:無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由若干具有無(wú)線通信能力的傳感節(jié)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由若干具有無(wú)線通信能力的傳感節(jié)點(diǎn)自組織構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。點(diǎn)自組織構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。它起源于1978年美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)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(xiàng)目，由美國(guó)軍方提出。當(dāng)時(shí)沒(méi)有考慮互聯(lián)網(wǎng)及智能計(jì)算等技術(shù)的支持，強(qiáng)調(diào)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由節(jié)點(diǎn)組成的小規(guī)模自組織網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念解釋二解釋二:泛在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)泛在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Ubiquitous Sensor Network, USN)是由智能傳感器節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)，可以以是由智能傳感器節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)，可以以“任何地點(diǎn)，任任何地點(diǎn)，任何時(shí)間，任何人，任何物何時(shí)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?dòng)新的應(yīng)用和服務(wù)，涉及安全保衛(wèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)到推動(dòng)個(gè)人生產(chǎn)力和增強(qiáng)國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力等領(lǐng)域。此定義由ITU-T于20

6、08年2月的研究報(bào)告Ubiquitous Sensor Network中提出，該解釋強(qiáng)調(diào)任何時(shí)間，任何地點(diǎn)，任何人，任何物的互聯(lián)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念解釋三解釋三 :無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)以對(duì)物理世界的數(shù)據(jù)采集和信息處理為主無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)以對(duì)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(shí)現(xiàn)物與物、物與人之以網(wǎng)絡(luò)為信息傳遞載體，實(shí)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(guó)信息技術(shù)委員會(huì)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(hào)處理、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)和嵌入式計(jì)

7、算等多種先進(jìn)信息技術(shù)，能對(duì)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(diǎn)強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念國(guó)內(nèi)國(guó)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的最新定義為：最新定義為：利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，及其他網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，及其他網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)物理世界進(jìn)行信息采集，并對(duì)采集的信息進(jìn)行傳輸和物理世界進(jìn)行信息采集，并對(duì)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念解釋四解釋四 :無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一感知為目的，實(shí)現(xiàn)人

8、與人、人與物、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一感知為目的，實(shí)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(guò)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(guò)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(dòng)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(dòng)通信網(wǎng)站進(jìn)行信息的傳送與交互，采用智能技術(shù)對(duì)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(duì)信息進(jìn)行分析處理，從而提升對(duì)物質(zhì)世界的感知能力，實(shí)現(xiàn)智能化的決策和控從而提升對(duì)物質(zhì)世界的感知能力，實(shí)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(guó)務(wù)院上報(bào)的關(guān)于支持無(wú)錫建設(shè)國(guó)家傳感網(wǎng)創(chuàng)新示范區(qū)（國(guó)家傳感信息中心）情況的報(bào)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)基本要素傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)基本要素傳感器感知對(duì)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)無(wú)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(wú)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(wú)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(duì)象傳感器僅產(chǎn)生數(shù)據(jù)流傳感器沒(méi)有計(jì)算能力傳感器之間沒(méi)有通信能力傳統(tǒng)的感知方法無(wú)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(duì)象區(qū)域每個(gè)傳感器完成其臨近感知對(duì)象的觀測(cè)多傳感器協(xié)同完成感知區(qū)域的大觀測(cè)任務(wù)使用多跳路由下載向用戶報(bào)告觀測(cè)結(jié)果什么叫多跳？無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)單跳單跳無(wú)限單跳網(wǎng)絡(luò)中所有源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)報(bào)文只能發(fā)送給在其通信范圍內(nèi)的一個(gè)集中式（如基站），由該節(jié)點(diǎn)通過(guò)有線方式轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點(diǎn)。如蜂窩網(wǎng)絡(luò)、WiFi無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)均屬于無(wú)線單跳網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)多跳多跳在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，任何無(wú)線設(shè)備節(jié)點(diǎn)都可以同時(shí)作為AP和路由器，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送和接收信號(hào)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以與一個(gè)或者多個(gè)對(duì)等節(jié)點(diǎn)進(jìn)行直接通信。無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)中源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)報(bào)文通過(guò)

11、多個(gè)相繼的無(wú)線鏈路，以無(wú)線多跳的方式發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)。無(wú)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(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)中，源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)之間的典型路徑是由多跳組成的，該路徑上的中間節(jié)點(diǎn)充當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)節(jié)點(diǎn)具有兩種功能：首先節(jié)點(diǎn)可以充當(dāng)端節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生或接受數(shù)據(jù)分組其次節(jié)點(diǎn)可以充當(dāng)路由器，對(duì)來(lái)自其它節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分組進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。如無(wú)線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)均屬于無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)。無(wú)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(diǎn)（Sensor Node）匯聚節(jié)點(diǎn)（Sink, 網(wǎng)關(guān)）互聯(lián)網(wǎng)或通信衛(wèi)星管理節(jié)點(diǎn)典型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無(wú)

12、線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)傳感器節(jié)點(diǎn)傳感器節(jié)點(diǎn)傳感器節(jié)點(diǎn)通常是一個(gè)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(jì)算和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力通信能力兼顧節(jié)點(diǎn)和路由器功能無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)傳感器節(jié)點(diǎn)傳感器節(jié)點(diǎn)每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)既具有傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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(duì)其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理和融合等處理，同時(shí)與其他節(jié)點(diǎn)協(xié)作完成一些特定任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)裝傳感器節(jié)點(diǎn)的地位相同各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間可獨(dú)立采集相關(guān)信息，并可通過(guò)傳感器節(jié)點(diǎn)間的相互通信共享彼此之間的信息。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)傳感器節(jié)點(diǎn)傳感器節(jié)點(diǎn)資源受限計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力和通信能力都相對(duì)較弱。目

13、前常見的傳感器節(jié)點(diǎn)一般通過(guò)能量有限的電池供電，所以通常傳感器節(jié)點(diǎn)的電源能量有限。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)傳感器節(jié)點(diǎn)的組成傳感器節(jié)點(diǎn)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(wú)線通信模塊：無(wú)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)匯聚節(jié)點(diǎn)匯聚節(jié)點(diǎn)功能：連接傳感器網(wǎng)絡(luò)，與Internet等外部網(wǎng)絡(luò)實(shí)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(diǎn)的監(jiān)測(cè)任務(wù)，轉(zhuǎn)發(fā)收集到的數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)是傳感器網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其處理能力、存儲(chǔ)能力和通信能力比傳感器節(jié)點(diǎn)強(qiáng)，沒(méi)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(diǎn)：連續(xù)供電、功能強(qiáng)、數(shù)量少

14、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)匯聚節(jié)點(diǎn)匯聚節(jié)點(diǎn)匯聚節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線方式連接傳感器網(wǎng)絡(luò)通過(guò)有線或具有可靠通信質(zhì)量的無(wú)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(shí)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(cè)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)管理節(jié)點(diǎn)管理節(jié)點(diǎn)管理節(jié)點(diǎn)一般即為普通的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)充當(dāng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的角色通過(guò)與傳感器匯聚節(jié)點(diǎn)的信息傳遞來(lái)監(jiān)控整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)無(wú)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(tái)能量管理平臺(tái)移動(dòng)管理平臺(tái)移動(dòng)管理平臺(tái)任務(wù)管理

15、平臺(tái)任務(wù)管理平臺(tái)無(wú)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(shí)現(xiàn)以下基礎(chǔ)的無(wú)線通信技術(shù)，保證為網(wǎng)絡(luò)提供基礎(chǔ)的良好的無(wú)線電收發(fā)技術(shù)：載波頻率選擇信號(hào)的調(diào)制解調(diào)發(fā)射、傳輸、信號(hào)檢測(cè)與接收等物理層直接決定著無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的體積大小，成本及功耗傳輸媒介主要有無(wú)線電波、紅外光波等無(wú)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(diǎn)密度變化，具有對(duì)干擾的適應(yīng)性和魯棒性；大多數(shù)傳感節(jié)點(diǎn)都受能源限制，對(duì)頻率準(zhǔn)確性的要求不高，節(jié)能和較長(zhǎng)的使用壽命，滿足低功耗，低成本要求。無(wú)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(bào)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(wú)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(wú)線個(gè)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(wú)線射頻識(shí)別)802.11 b/g/n/ac (WIFI)ISO/IEC無(wú)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(wèn)控制層(MAC)負(fù)責(zé)網(wǎng)格內(nèi)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)鏈

17、路的建立、維持和釋放實(shí)現(xiàn)傳感節(jié)點(diǎn)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(cè)，媒體訪問(wèn)控制和差錯(cuò)控制，控制介質(zhì)訪問(wèn)，控制節(jié)點(diǎn)通信過(guò)程和工作模式。無(wú)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(diǎn)間的相互通信，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)點(diǎn)到點(diǎn)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(gè)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟铄e(cuò)控制。差錯(cuò)控制前向糾錯(cuò)（FEC, Forward Error Correction)自動(dòng)重復(fù)請(qǐng)求（ARQ, Automatic Repeat Quest)無(wú)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(shí)

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(diǎn)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(diǎn)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，能量損耗越小；控制性數(shù)據(jù)越多，能量損耗越大。從而影響到整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間；可見，路由算法是網(wǎng)絡(luò)層的最核心內(nèi)容。無(wú)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(cuò)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(shí)時(shí)的高質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在通信可靠性方面的弱點(diǎn)和其本身的特點(diǎn)，使得傳輸層的設(shè)計(jì)面臨極大的困難與挑戰(zhàn)。無(wú)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(guò)協(xié)

19、調(diào)控制整個(gè)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(gè)任務(wù)的最少消耗量同時(shí)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(shí)現(xiàn)時(shí)間同步功能實(shí)現(xiàn)定位功能無(wú)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系(1)能量管理平臺(tái)能量管理平臺(tái)管理傳感器節(jié)點(diǎn)如何使用能源，在各個(gè)協(xié)議層都需要考慮節(jié)省能量移動(dòng)管理平臺(tái)移動(dòng)管理平臺(tái)檢測(cè)并注冊(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)，維護(hù)到匯聚節(jié)點(diǎn)的路由，使得傳感器節(jié)點(diǎn)能夠動(dòng)態(tài)跟蹤其鄰居的位置任務(wù)管理平臺(tái)任務(wù)管理平臺(tái)在一個(gè)給定的區(qū)域內(nèi)平衡和調(diào)動(dòng)監(jiān)測(cè)任務(wù)無(wú)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(wú)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(shí)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(shí)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(shí)分復(fù)用的MAC協(xié)議基于地理位置的路由協(xié)議無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)面向任務(wù)面向任務(wù)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是任務(wù)驅(qū)動(dòng)的自組織系統(tǒng)，其關(guān)注的是對(duì)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(diǎn)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)傳感器節(jié)點(diǎn)體積小，能量有限傳感器節(jié)點(diǎn)體積小，能量有限傳感器節(jié)點(diǎn)各部分集成度很高，具

21、有體積小的優(yōu)點(diǎn)通常攜帶能量十分有限的電池由于傳感器節(jié)點(diǎn)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(wú)法通過(guò)更換電池的方式來(lái)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(jì)時(shí)，節(jié)能是設(shè)計(jì)的主要考慮目標(biāo)之一。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)傳感器節(jié)點(diǎn)計(jì)算和存儲(chǔ)能力有限傳感器節(jié)點(diǎn)計(jì)算和存儲(chǔ)能力有限由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的特殊性，要求傳感器節(jié)點(diǎn)的價(jià)格低、功耗小，必然導(dǎo)致其攜帶的處理器能力比較弱，存儲(chǔ)器容量比較小；因此，如何利用有限的計(jì)算和存儲(chǔ)資源，完成諸多協(xié)同任務(wù)，也是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)之一。事實(shí)上，隨著低功耗電路和系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)

22、，一般傳感器節(jié)點(diǎn)還會(huì)配上一些外部存儲(chǔ)器，目前的Flash存儲(chǔ)器是一種可以低電壓操作、多次寫、無(wú)限次讀的非易失存儲(chǔ)介質(zhì)。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)通信半徑小，帶寬低通信半徑小，帶寬低無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是利用“多跳”來(lái)實(shí)現(xiàn)低功耗下的數(shù)據(jù)傳輸，因此其設(shè)計(jì)的通信覆蓋范圍只有幾十米。和傳統(tǒng)無(wú)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(guò)節(jié)點(diǎn)處理過(guò)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(lái)看，傳感數(shù)據(jù)所需的帶寬很低 (1-100 kbit/s)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)大規(guī)模組網(wǎng)大規(guī)模組網(wǎng)由于單個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)的功能限制，需要布設(shè)大量節(jié)點(diǎn)以獲得較大的覆蓋范圍，通過(guò)分布式處理采集大量的信息以提高監(jiān)測(cè)的精確度，同時(shí)利用大

23、量節(jié)點(diǎn)的群集效應(yīng)完成少數(shù)節(jié)點(diǎn)無(wú)法負(fù)擔(dān)的任務(wù)。大規(guī)模特性給網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾怼⒕S護(hù)與數(shù)據(jù)的QoS服務(wù)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)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(diǎn)的布設(shè)往往具有隨機(jī)性存在節(jié)點(diǎn)故障、無(wú)線鏈路不穩(wěn)定等因素個(gè)別節(jié)點(diǎn)的損壞并不會(huì)影響整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)加入或離開網(wǎng)絡(luò)，這要求節(jié)點(diǎn)具有自組織能力，能夠自動(dòng)進(jìn)行配置和管理，通過(guò)拓?fù)淇刂茩C(jī)制和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議自動(dòng)形成多跳無(wú)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(diǎn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)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(wú)

24、線傳感器網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模部署，且采用無(wú)線信道、分布式控制等技術(shù)，使得它更容易受到被動(dòng)竊聽，主動(dòng)入侵等攻擊。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)高冗余高冗余節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多、分布密集大量冗余節(jié)點(diǎn)的存在可以有效提高信息采集的精確度，降低對(duì)單個(gè)節(jié)點(diǎn)功能的要求，同時(shí)提高網(wǎng)絡(luò)連通性和可靠性無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)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(diǎn)要求傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)必須以感知數(shù)據(jù)管理和處理為中心，把數(shù)據(jù)庫(kù)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(gè)方面實(shí)現(xiàn)一個(gè)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(kù)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)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(diǎn)發(fā)布監(jiān)測(cè)、事件驅(qū)動(dòng)上報(bào)等信息，是從分布在監(jiān)測(cè)區(qū)內(nèi)的傳感節(jié)點(diǎn)向匯聚節(jié)點(diǎn)傳送，進(jìn)而到達(dá)用戶。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性強(qiáng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器、感知對(duì)象和觀察者這三要素都可能具有一定的移動(dòng)性，并且經(jīng)常有新節(jié)點(diǎn)加入或已有節(jié)點(diǎn)失效。網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化，傳感器、感知對(duì)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的動(dòng)態(tài)性。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)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(wú)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(guò)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(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)