第7章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)20111218課件

1、第7章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 2本章內(nèi)容簡介無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究進展無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的仿真無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 3無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述l無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的背景通信技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)和傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展和日漸成熟各種具備感知、計算和通信能力的微型傳

2、感器的出現(xiàn)由許多微型傳感器共同構(gòu)成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)備受關(guān)注WSN可使人們在任何時間、任何地點和任何環(huán)境條件下獲得大量詳實可靠的物理世界的真實信息。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 4WSN綜合了傳感器、嵌入式計算、分布式信息處理、無線通信等技術(shù)，能協(xié)作地實時監(jiān)測、感知、采集網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或被監(jiān)測對象的信息，并處理信息，進一步獲取更詳盡準確的數(shù)據(jù)，傳送給需要這些數(shù)據(jù)信息的用戶。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghu

3、a University Press 5l無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特性WSN是集成了監(jiān)測、控制以及無線通信的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，節(jié)點數(shù)目龐大、分布密集。無線傳感器節(jié)點的處理能力、存儲能力、通信能力和電池能量等都十分有限。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 6lWSN的特點網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大低速率低功耗低成本短距離高可靠動態(tài)性無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 7lWSN面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)通信能力有限電源能量有限

4、傳感器計算能力有限傳感器數(shù)量大、分布范圍廣網(wǎng)絡(luò)動態(tài)性大規(guī)模的分布式觸發(fā)器感知數(shù)據(jù)流巨大以數(shù)據(jù)為中心無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 8l無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究熱點能量跨層設(shè)計安全詳細內(nèi)容見教材141-142頁無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 9無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)l無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)WSN涉及數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸三種功能，對應(yīng)現(xiàn)代信息技術(shù)中的傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)和

5、通信技術(shù)傳感器、感知對象和用戶是WSN的三個基本要素協(xié)作式的感知、采集、處理和發(fā)布感知信息是WSN的基本功能無線網(wǎng)絡(luò)是傳感器之間、傳感器與用戶之間的通信路徑無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 10傳感器技術(shù)傳感器技術(shù)計算機技術(shù)通信技術(shù)現(xiàn)代信息技術(shù)傳感器技術(shù)感官大腦神經(jīng)信息系統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN技術(shù)與信息系統(tǒng)的對應(yīng)關(guān)系 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 11l無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包含傳

6、感器節(jié)點(Sensor Node)、匯聚節(jié)點(Sink Node)和管理節(jié)點(Manager Node) WSN的宏觀系統(tǒng)架構(gòu) 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 12傳感器節(jié)點通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點初步處理所感知到的信息后，以多跳中繼的方式將其傳送給匯聚節(jié)點，再通過衛(wèi)星網(wǎng)、因特網(wǎng)或移動通信網(wǎng)等途徑，傳送到最終用戶所在的管理節(jié)點終端用戶即可通過管理節(jié)點對所需信息進行相應(yīng)處理和操作每個傳感器節(jié)點都有信息采集和路由雙重功能 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)

7、技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 13l無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點組成 傳感器節(jié)點包含傳感模塊、計算模塊、通信模塊、存儲模塊、電源模塊和嵌入式軟件組成傳感模塊負責探測目標的物理特征和現(xiàn)象計算模塊負責處理數(shù)據(jù)和系統(tǒng)管理存儲模塊負責存放程序和數(shù)據(jù)通信模塊負責發(fā)送和接收網(wǎng)絡(luò)管理和探測數(shù)據(jù)電源模塊負責節(jié)點供電嵌入式軟件系統(tǒng)運行網(wǎng)絡(luò)的五層協(xié)議無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 14傳感模塊傳感器數(shù)模轉(zhuǎn)換計算模塊通信模塊電源模塊存儲模塊嵌入式軟件WSN的

8、節(jié)點功能模塊組成 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 15傳感器AC/DC轉(zhuǎn)換器傳感模塊內(nèi)存處理器應(yīng)用程序計算與存儲模塊MAC網(wǎng)絡(luò)層物理層通信模塊電源WSN終端節(jié)點的組成 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 16典型的無線傳感器節(jié)點 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 17l

9、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點體系結(jié)構(gòu)分層網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層組成 網(wǎng)絡(luò)管理平臺能量管理、拓撲控制、網(wǎng)絡(luò)管理、QoS支持與安全機制應(yīng)用支撐平臺應(yīng)用層軟件，通過應(yīng)用服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)管理接口提供支持 WSN節(jié)點體系結(jié)構(gòu)見教材圖7.6無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 18l無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)WSN的節(jié)點往往被任意部署，主要通過飛行器播撒、人工埋置和火箭彈射等方式完成WSN的結(jié)構(gòu)可分為平面結(jié)構(gòu)和分級結(jié)構(gòu)WSN中小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)采用平面結(jié)構(gòu)，較大網(wǎng)絡(luò)應(yīng)采用分級結(jié)構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

10、教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 19WSN的平面結(jié)構(gòu)示意圖 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 20WSN分級結(jié)構(gòu)示意圖 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 21無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議l無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議棧應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層能量管理平臺移動管理平臺任務(wù)管理平臺WS

11、N協(xié)議棧 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 22物理層，負責數(shù)據(jù)調(diào)制、發(fā)送與接收數(shù)據(jù)鏈路層，負責數(shù)據(jù)幀封裝、幀檢測、介質(zhì)訪問和差錯控制等網(wǎng)絡(luò)層，負責數(shù)據(jù)的路由轉(zhuǎn)發(fā)、節(jié)點間通信、支持多傳感器協(xié)作完成大型感知任務(wù)傳輸層，負責維護數(shù)據(jù)流，保證通信質(zhì)量應(yīng)用層，提供各種實際應(yīng)用，解決各種安全問題無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 23l無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議研究介質(zhì)訪問控制基于競爭無競爭混合

12、協(xié)議S-MAC,T-MAC, Siff周期性偵聽/休眠緩沖溢出帶來抖動時延為代價減小能耗單信道多信道CSMA/CA和CDMA相結(jié)合，SMACS/EAR, CAME, CUMPE信道利用率低，CDMA設(shè)備復雜，以延時為代價減小能耗TDMAMIMO技術(shù)STE,EDD避免競爭沖突同步要求嚴格STEM, CMAC帶寬利用率高，硬件設(shè)施復雜，信道切換帶來延遲無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC技術(shù) 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 24分類標準分類標準協(xié)議類型協(xié)議類型網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)平面路由協(xié)議；層次路由協(xié)議數(shù)

13、據(jù)傳輸?shù)穆窂綏l數(shù)單路徑路由協(xié)議；多路徑路由協(xié)議路由是否由源節(jié)點指定基于源路由協(xié)議；非基于源路由協(xié)議路由建立是否與查詢有關(guān)查詢驅(qū)動路由協(xié)議；非查詢驅(qū)動路由協(xié)議節(jié)點是否編址，是否以地址標志目標基于地址路由協(xié)議；非基于地址路由協(xié)議是否以地理位置來標志目的地基于地理路由協(xié)議；非基于地理路由協(xié)議路由建立時機與數(shù)據(jù)發(fā)送的先后關(guān)系主動路由協(xié)議；按需路由協(xié)議；混合路由協(xié)議路由選擇是否考慮QoS約束保證QoS路由協(xié)議；非保證QoS路由協(xié)議是否以數(shù)據(jù)類型來尋找路徑基于數(shù)據(jù)路由協(xié)議；非基于數(shù)據(jù)路由協(xié)議WSN的路由協(xié)議分類 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, T

14、singhua University Press 25l傳輸層協(xié)議WSN傳輸協(xié)議的研究側(cè)重于擁塞控制和QoS前者包括流量控制、多路分流、數(shù)據(jù)聚合和虛擬網(wǎng)關(guān)等后者包括數(shù)據(jù)重傳、冗余發(fā)送等流量控制中，ERST、PORT和IFRC等協(xié)議側(cè)重報告速率調(diào)節(jié)，F(xiàn)usion、CCF等協(xié)議側(cè)重轉(zhuǎn)發(fā)速率調(diào)節(jié)，Buffer-based、PCCP、CODA等協(xié)議側(cè)重于綜合速率調(diào)節(jié)各種路由協(xié)議性能比較見教材表7.2無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 26定向擴散路由協(xié)議l定向擴散(Directed Diffus

15、ion，DD)是以數(shù)據(jù)為中心、查詢驅(qū)動的經(jīng)典路由協(xié)議匯聚節(jié)點業(yè)務(wù)查詢時將興趣注入到網(wǎng)絡(luò)中，并在網(wǎng)絡(luò)中擴散，計算數(shù)據(jù)通路的代價擴散過程中建立了若干梯度，用來提取具體所關(guān)心的事件結(jié)果數(shù)據(jù)根據(jù)已有梯度，沿不同路徑返回到匯聚節(jié)點節(jié)點根據(jù)一定標準，從若干返回路徑中選出代價較低者進行數(shù)據(jù)傳輸無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 27梯度Internet源源源事件事件事件SinkSinkSink(a)查詢擴散(b)梯度建立(c)路徑加強興趣擴散、梯度建立和路徑加強的各個階段的示意圖 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理

16、、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 28l定向擴散路由協(xié)議的工作過程數(shù)據(jù)命名為保證源節(jié)點的數(shù)據(jù)能正確傳輸?shù)讲樵児?jié)點，DD協(xié)議采用了基于興趣和數(shù)據(jù)的命名模式，即屬性/值對type = soldier /檢測對象：士兵interval = 100s /每隔100s發(fā)送一次事件start = 15:10:30 /興趣起始時間duration = 10m /興趣持續(xù)時間rect = 100, 300, 200, 400 /區(qū)域無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗,

17、 Tsinghua University Press 29興趣擴散匯聚節(jié)點周期性向鄰居節(jié)點廣播興趣消息type = soldier /檢測對象：士兵interval = 0.5s / 每秒2個事件rect = 100, 300, 200, 400 / 節(jié)點的范圍timestamp = 15:11:00 / 任務(wù)開始時間expires at = 15:11:30 / 任務(wù)結(jié)束時間無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 30節(jié)點S收到節(jié)點A的興趣是否存在指向節(jié)點A的梯度創(chuàng)建新的指向節(jié)點A的梯度結(jié)

18、束是開始是否存在對應(yīng)興趣記錄否創(chuàng)建新的興趣記錄是否更新該梯度的時間戳節(jié)點S收到節(jié)點A的興趣的處理流程圖 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 31梯度建立定向擴散協(xié)議在興趣擴散時建立梯度，明確指定了數(shù)據(jù)率和發(fā)送數(shù)據(jù)的方向，能在源節(jié)點和匯聚節(jié)點間建立梯度，可靠傳輸數(shù)據(jù)路徑加強假定以數(shù)據(jù)傳輸時延作為路由加強的標準，匯聚節(jié)點就選擇首先發(fā)來最新數(shù)據(jù)的鄰節(jié)點作為加強路徑的下一跳，并向鄰節(jié)點發(fā)送路徑加強信息無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Ts

19、inghua University Press 32l定向擴散協(xié)議的問題負加強負加強指當一條路徑未被明顯加強時，就終止相應(yīng)梯度，即降低鏈路的傳輸速率，除非這些鏈路被顯式加強環(huán)路消除BDSCA源節(jié)點匯聚節(jié)點無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 33多源和多接收節(jié)點CSinkBD梯度源事件A梯度源事件Sink YSink X多個源節(jié)點時梯度的建立 多個Sink節(jié)點時梯度的建立 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua Univ

20、ersity Press 34路徑修復路徑修復有助于失敗或降級路徑的局部修復，通過一定的加強機制，能改善由于能量耗盡和環(huán)境因素等影響等導致的路徑故障或降級C梯度源事件Sink無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 35l定向擴散協(xié)議的特點以數(shù)據(jù)為中心數(shù)據(jù)傳輸是相鄰節(jié)點間進行擴散算法中節(jié)點遵循本地交互原則網(wǎng)絡(luò)梯度使得整個網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性比較強無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 36Sensor

21、 MAC協(xié)議lSensor MAC協(xié)議概述是一種基于競爭的MAC層協(xié)議主要適用于節(jié)點空閑時間較長、可容忍較大時延的場合以802.11為基礎(chǔ)，但又不像802.11那樣復雜采用RTS/CTS/DATA/ACK作為基本傳輸機制無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 37lSensor MAC協(xié)議的機制周期性監(jiān)聽和休眠節(jié)點空閑時自動轉(zhuǎn)入休眠模式來減少偵聽，并依據(jù)下列步驟建立調(diào)度表節(jié)點首先偵聽一段時間，如未聽到其它節(jié)點的調(diào)度，隨機選擇一個時間休眠，并立即廣播其調(diào)度如果一個節(jié)點在選擇自己調(diào)度前，從一個鄰

22、居節(jié)點收到調(diào)度，就遵循該鄰居節(jié)點的調(diào)度，將自身調(diào)度設(shè)置為與之相同的追隨節(jié)點，等待一個隨機延遲(沖突避免)并廣播其調(diào)度無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 38如果一個節(jié)點在選擇自身調(diào)度后，收到鄰居節(jié)點的調(diào)度，就采用這兩種調(diào)度，并在休眠前廣播自己的調(diào)度接收者發(fā)送者1發(fā)送者2發(fā)送者3For SYNCFor RTS監(jiān)聽休眠休眠SYNCCS如果收到CTS則發(fā)送數(shù)據(jù)CSCSCSRTSRTSSYNC如果收到CTS則發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送者到接收者的三種可能情況的定時選擇 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金

23、光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 39虛擬簇機制擁有相同調(diào)度信息的節(jié)點形成了一個虛擬簇具有調(diào)度1具有調(diào)度1,2具有調(diào)度2虛擬簇機制示意圖 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 40沖突減少和串音避免機制多個節(jié)點同時向一個接收節(jié)點發(fā)送信息時，則需爭用介質(zhì)來減少沖突RTS/CTS機制考慮到數(shù)據(jù)分組常比控制分組長很多，則讓干擾節(jié)點收到RTS/CTS分組后進入休眠來避免串音消息傳遞機制無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,

24、江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 41lSensor MAC協(xié)議的不足節(jié)點活動時間無法適應(yīng)負載的動態(tài)變化節(jié)點休眠帶來的時延邊界節(jié)點能量消耗過快lSensor MAC協(xié)議的特點S-MAC協(xié)議擴展性良好，且不要求嚴格時間同步，一般僅考慮發(fā)送節(jié)點的問題，較少顧及接收節(jié)點詳細內(nèi)容見教材155-156頁無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 42無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用l無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域WSN具有快速部署、自組織、隱蔽性強和高容錯的

25、特點，正逐步得以廣泛使用。應(yīng)用領(lǐng)域主要包括：軍事、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、建筑、醫(yī)療、工業(yè)制造、智能家居、空間、海洋等。軍事領(lǐng)域DARPA資助了大量的WSN研究，不少即是以戰(zhàn)場需求為背景。2005年美國軍方成功測試了“槍聲定位系統(tǒng)”無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 43(a) 檢測區(qū)域俯瞰圖 (b) 模型圖(A為狙擊手位置，B為節(jié)點位置)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 44農(nóng)業(yè)領(lǐng)域WSN

26、在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域技術(shù)優(yōu)勢顯著，可用于監(jiān)視農(nóng)作物灌溉、土壤空氣變更、畜禽環(huán)境、地表檢測等 農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測實例結(jié)構(gòu)圖 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 45環(huán)境監(jiān)測 WSN可廣泛應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、生物種群研究、氣象和地理研究、洪水、火災檢測等。具體如下。進行瀕危種群研究監(jiān)測水位及相關(guān)水資源的污染信息提前預警山區(qū)泥石流、滑坡等自然災害，防止惡性事故發(fā)生監(jiān)控林區(qū)內(nèi)部火險情況，一旦有危險立刻報警，并確定具體方位及當前火勢布設(shè)在地震、水災、風暴災害地區(qū)、邊遠或偏僻野外地區(qū)，用于應(yīng)急通信。 無線網(wǎng)絡(luò)技

27、術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 46建筑領(lǐng)域我國正處在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高峰期，各類大型工程的安全施工及監(jiān)控是建筑領(lǐng)域長期關(guān)注的問題。如摩天大樓、大型場館、跨海大橋、地下隧道、海洋石油平臺、海底管線等。WSN可幫助管理者有效獲取這些建筑物的狀態(tài)信息，優(yōu)化管理，及時維修保養(yǎng)。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 47基于WSN的橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)示意圖 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,

28、江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 48醫(yī)療監(jiān)護WSN在檢測人體生理數(shù)據(jù)、老年人健康狀況、醫(yī)院藥品管理及遠程醫(yī)療等方面可發(fā)揮作用。如在病人身上安置體溫、呼吸、血壓等測量傳感器，醫(yī)生可遠程了解病人情況?；赪SN的人體行為監(jiān)測系統(tǒng) 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 49工業(yè)領(lǐng)域WSN可用于危險工作環(huán)境，在煤礦、石油鉆井、核電廠和組裝線工作的員工可得到隨時監(jiān)控，以提供及時的安全保障信息。WSN還可對工廠廢水、廢氣污染源等進行監(jiān)

29、測、采集樣本、分析和測定流量。智能家居WSN可將住宅內(nèi)的各種家居設(shè)備聯(lián)系起來，使之能自動運行、相互協(xié)作，為住戶提供盡可能多的便利和舒適。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 50空間和海洋探索探索宇宙和外部星球一直是人類的夢想，借助于航天器布撒的傳感器節(jié)點可實現(xiàn)對星球表面大范圍、長時期、近距離的監(jiān)測和探索，是一種經(jīng)濟可行的方案。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 51l無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

30、的應(yīng)用實例近年來，我國在林業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用WSN技術(shù)較有代表性的是“綠野千傳”項目，其可概括為3個一：一個野外真實環(huán)境，超過一千個節(jié)點，連續(xù)運轉(zhuǎn)一年以上。綠野千傳項目始于2008年下半年，參與單位有香港科技大學、浙江農(nóng)林大學等國內(nèi)十余所高校。到2009年5月，成功部署了120個節(jié)點。到2009年10月，原型系統(tǒng)擴充至330個點。加上等其它幾個實驗點部署的小型系統(tǒng)，總節(jié)點數(shù)已超過1000個，通過匯聚節(jié)點和因特網(wǎng)，節(jié)點間的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 52無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究進展數(shù)據(jù)管理和查詢定位拓撲控制功耗控制中間件協(xié)作技術(shù)詳細內(nèi)容見教材160-162頁無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程原理、應(yīng)用與仿真實驗 金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press 53無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的仿真l仿真模塊無線信道模塊：Channel/WirelessChannel；無線傳輸模塊：Propagation/TwoRayGround；無線物理接口模塊：Phy/WirelessPhy；無線局域網(wǎng)MAC層模塊：S-MAC；無線天線模塊：Antenna/OmniAnt