《物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論》課件第3章 傳感技術(shù)

內(nèi)容回顧第2章介紹了常見的自動(dòng)識(shí)別方法和技術(shù)，重點(diǎn)介紹了RFID技術(shù)IC卡系統(tǒng)構(gòu)成，一維和二維條形碼RFID的概念和系統(tǒng)組成，標(biāo)簽的存儲(chǔ)方式、分類以及常用頻率RFID標(biāo)簽防沖突方法（基于ALOHA協(xié)議/基于二進(jìn)制樹協(xié)議）本章重點(diǎn)介紹傳感器技術(shù)，涉及傳感器的基本概念和典型應(yīng)用，以及常用的硬件平臺(tái)和操作系統(tǒng)等內(nèi)容。物聯(lián)網(wǎng)感知層之范東琦傳感器技術(shù)1、傳感器概述

2、傳感器的設(shè)計(jì)部署 3、WSN4、WSN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 胡志明小道第一種是震動(dòng)傳感器。它設(shè)在地表層，能將目標(biāo)引起的地面震動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，放大后發(fā)給監(jiān)控中心。它的探測(cè)距離比很多傳感器都遠(yuǎn)，但這一距離很受土質(zhì)的影響：土質(zhì)硬，探測(cè)距離就遠(yuǎn)；土質(zhì)軟，探測(cè)距離則近。此外，洼地、溝壕、水溪幾乎可以完全阻止它的探測(cè)。而對(duì)目標(biāo)進(jìn)行更準(zhǔn)確的鑒別，如判斷是徒手人員還是武裝人員，判斷是履帶車輛還是輪式車輛，當(dāng)時(shí)也還做不到。所以當(dāng)越南人趕出大批的牛羊以假隱真，震動(dòng)傳感器的探頭難免上當(dāng)受騙。第二種是聲響傳感器。這種傳感器就像常見的“話筒”，可以把目標(biāo)發(fā)出的聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)發(fā)給監(jiān)控中心，再還原為聲音信號(hào)以進(jìn)行識(shí)別。聲響傳感器分辨力強(qiáng)，探測(cè)范圍大，但同時(shí)耗電量也較大，通常只能受人工指令信號(hào)控制探測(cè)，或者與耗電少的震動(dòng)傳感器聯(lián)用。平時(shí)震動(dòng)傳感器工作時(shí)，聲響傳感器則關(guān)機(jī)，等震動(dòng)傳感器探測(cè)到目標(biāo)后再啟動(dòng)聲響傳感器。這樣雖能取長(zhǎng)補(bǔ)短，但兩種傳感器只要被破壞一種，探測(cè)能力就會(huì)大大降低。因此，當(dāng)越南人的猩猩、猴子在樹上躥上跳下時(shí)，聲響傳感器起到的警示作用實(shí)在有限。第三種是磁性傳感器。它能連續(xù)發(fā)出無(wú)線電信號(hào)形成一個(gè)靜磁場(chǎng)。當(dāng)鐵磁金屬制成的物體進(jìn)入其中，會(huì)感應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)新磁場(chǎng)，擾動(dòng)原來(lái)的靜磁場(chǎng)并產(chǎn)生電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)攜帶武器的人和車輛的探測(cè)。磁性傳感器鑒別目標(biāo)性質(zhì)的能力較強(qiáng)，反應(yīng)速度也較快。但是它受到設(shè)備體積和重量的限制，使得探測(cè)距離較近。此外如果敵方采用磁屏障，也能有效限制其探測(cè)功能的發(fā)揮。傳感器→無(wú)線傳感器→無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)第一階段:最早可以追溯至越戰(zhàn)時(shí)期使用的傳統(tǒng)的傳感器系統(tǒng)。第二階段:二十世紀(jì)80年代至90年代之間。主要是美軍研制的分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、海軍協(xié)同交戰(zhàn)能力系統(tǒng)、遠(yuǎn)程戰(zhàn)場(chǎng)傳感器系統(tǒng)等。這種現(xiàn)代微型化的傳感器具備感知能力、計(jì)算能力和通信能力。因此在1999年，商業(yè)周刊將傳感器網(wǎng)絡(luò)列為21世紀(jì)最具影響的21項(xiàng)技術(shù)之一。第三階段:21世紀(jì)開始至今，也就是9·11事件之后。這個(gè)階段的傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點(diǎn)在于網(wǎng)絡(luò)傳輸自組織、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)低功耗。除了應(yīng)用于反恐活動(dòng)以外，在其它領(lǐng)域更是獲得了很好的應(yīng)用，所以2002年美國(guó)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室－－橡樹嶺實(shí)驗(yàn)室提出了“網(wǎng)絡(luò)就是傳感器”的論斷。發(fā)展史：兩條主線加州伯克萊分校SmartDust項(xiàng)目微型化傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)無(wú)線傳感器的研究始于20世紀(jì)90年代加州洛杉磯分校LWIN項(xiàng)目低功耗無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)1996年，LWIM團(tuán)隊(duì)將多種傳感器、控制和通信芯片集成在一個(gè)設(shè)備上，開發(fā)了LWIM節(jié)點(diǎn)1998年，LWIM團(tuán)隊(duì)和Rockwell科學(xué)中心合作開發(fā)了WINS節(jié)點(diǎn)1999年，該校發(fā)布了WeC節(jié)點(diǎn)之后，該校又發(fā)布了一系列節(jié)點(diǎn)，包括Mica、Mica2、Mica2Dot，MicaZ

計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展通常遵循摩爾定律：集成電路上可容納的晶體管數(shù)量，約每隔18個(gè)月增加一倍，性能也將提升一倍。

無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的發(fā)展并沒(méi)有像摩爾定律預(yù)測(cè)的速度發(fā)展！時(shí)間硬件能力摩爾定律

預(yù)測(cè)的曲線傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)展曲線2004制約傳感器性能提升的因素？功耗的制約：無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)一般被部署在野外，不能通過(guò)有線供電。其硬件設(shè)計(jì)必須以節(jié)能為重要設(shè)計(jì)目標(biāo)。價(jià)格的制約：無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)一般需要大量組網(wǎng)，以完成特定的功能。其硬件設(shè)計(jì)必須以廉價(jià)為重要設(shè)計(jì)目標(biāo)。體積的制約：無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)一般需要容易攜帶，易于部署。其硬件設(shè)計(jì)必須以微型化為重要設(shè)計(jì)目標(biāo)。人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺器官。而單靠人們自身的感覺器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動(dòng)中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為適應(yīng)這種情況，就需要傳感器。因此可以說(shuō)，傳感器是人類五官的延長(zhǎng)，又稱之為電五官。傳感器作為信息獲取的重要手段，與通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)共同構(gòu)成信息技術(shù)的三大支柱。中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)校企聯(lián)盟認(rèn)為，傳感器的存在和發(fā)展，讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官，讓物體慢慢變得活了起來(lái)?！薄皞鞲衅鳌痹谛马f式大詞典中定義為：“從一個(gè)系統(tǒng)接受功率，通常以另一種形式將功率送到第二個(gè)系統(tǒng)中的器件”。無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)的組成：電池、傳感器、微處理器、無(wú)線通信芯片；相比于傳統(tǒng)傳感器，無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)不僅包括傳感器部件（左上圖），還集成了微型處理器和無(wú)線通信芯片等，能夠?qū)Ω兄畔⑦M(jìn)行分析處理和網(wǎng)絡(luò)傳輸。分類按用途分類壓力敏和力敏傳感器、位置傳感器、液位傳感器、能耗傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、射線輻射傳感器、熱敏傳感器。按原理分類振動(dòng)傳感器、濕敏傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器、真空度傳感器、生物傳感器等。按輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)分類模擬傳感器：將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)。數(shù)字傳感器：將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(hào)（包括直接和間接轉(zhuǎn)換）。膺數(shù)字傳感器：將被測(cè)量的信號(hào)量轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)或短周期信號(hào)的輸出（包括直接或間接轉(zhuǎn)換）。開關(guān)傳感器：當(dāng)一個(gè)被測(cè)量的信號(hào)達(dá)到某個(gè)特定的閾值時(shí)，傳感器相應(yīng)地輸出一個(gè)設(shè)定的低電平或高電平信號(hào)。按其制造工藝分類集成傳感器是用標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)硅基半導(dǎo)體集成電路的工藝技術(shù)制造的。通常還將用于初步處理被測(cè)信號(hào)的部分電路也集成在同一芯片上。薄膜傳感器則是通過(guò)沉積在介質(zhì)襯底（基板）上的，相應(yīng)敏感材料的薄膜形成的。使用混合工藝時(shí)，同樣可將部分電路制造在此基板上。厚膜傳感器是利用相應(yīng)材料的漿料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3制成的，然后進(jìn)行熱處理，使厚膜成形。按測(cè)量目分類物理型傳感器是利用被測(cè)量物質(zhì)的某些物理性質(zhì)發(fā)生明顯變化的特性制成的?；瘜W(xué)型傳感器是利用能把化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等化學(xué)量轉(zhuǎn)化成電學(xué)量的敏感元件制成的。生物型傳感器是利用各種生物或生物物質(zhì)的特性做成的，用以檢測(cè)與識(shí)別生物體內(nèi)化學(xué)成分的傳感器。按其構(gòu)成分類基本型傳感器：是一種最基本的單個(gè)變換裝置。組合型傳感器：是由不同單個(gè)變換裝置組合而構(gòu)成的傳感器。應(yīng)用型傳感器：是基本型傳感器或組合型傳感器與其他機(jī)構(gòu)組合而構(gòu)成的傳感器。按作用形式分類按作用形式可分為主動(dòng)型和被動(dòng)型傳感器。主動(dòng)型傳感器又有作用型和反作用型，此種傳感器對(duì)被測(cè)對(duì)象能發(fā)出一定探測(cè)信號(hào)，能檢測(cè)探測(cè)信號(hào)在被測(cè)對(duì)象中所產(chǎn)生的變化，或者由探測(cè)信號(hào)在被測(cè)對(duì)象中產(chǎn)生某種效應(yīng)而形成信號(hào)。檢測(cè)探測(cè)信號(hào)變化方式的稱為作用型，檢測(cè)產(chǎn)生響應(yīng)而形成信號(hào)方式的稱為反作用型。被動(dòng)型傳感器只是接收被測(cè)對(duì)象本身產(chǎn)生的信號(hào)，如紅外輻射溫度計(jì)、紅外攝像裝置等。主要特性傳感器動(dòng)態(tài)特性所謂動(dòng)態(tài)特性，是指?jìng)鞲衅髟谳斎胱兓瘯r(shí)，它的輸出的特性。在實(shí)際工作中，傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對(duì)某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)來(lái)表示。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得，并且它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)與它對(duì)任意輸入信號(hào)的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍信號(hào)和正弦信號(hào)兩種，所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來(lái)表示。階躍響應(yīng)當(dāng)激勵(lì)為單位階躍函數(shù)時(shí)，電路的零狀態(tài)響應(yīng)稱為單位階躍響應(yīng)，簡(jiǎn)稱階躍響應(yīng)。頻率響應(yīng)系統(tǒng)對(duì)正弦信號(hào)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性。穩(wěn)態(tài)是系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)在過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后的狀態(tài)。系統(tǒng)的頻率響應(yīng)由幅頻特性和相頻特性組成。幅頻特性表示增益的增減同信號(hào)頻率的關(guān)系；相頻特性表示不同信號(hào)頻率下的相位畸變關(guān)系。根據(jù)頻率響應(yīng)可以比較直觀地評(píng)價(jià)系統(tǒng)復(fù)現(xiàn)信號(hào)的能力和過(guò)濾噪聲的特性。傳感器的線性度通常情況下，傳感器的實(shí)際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。在實(shí)際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù)，常用一條擬合直線近似地代表實(shí)際的特性曲線、線性度（非線性誤差）就是這個(gè)近似程度的一個(gè)性能指標(biāo)。擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量程輸出點(diǎn)相連的理論直線作為擬合直線；或?qū)⑴c特性曲線上各點(diǎn)偏差的平方和為最小的理論直線作為擬合直線，此擬合直線稱為最小二乘法擬合直線。傳感器的靈敏度靈敏度是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化△y對(duì)輸入量變化△x的比值。

它是輸出一輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間顯線性關(guān)系，則靈敏度S是一個(gè)常數(shù)。否則，它將隨輸入量的變化而變化。

靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如，某位移傳感器，在位移變化1mm時(shí)，輸出電壓變化為200mV，則其靈敏度應(yīng)表示為200mV/mm。

提高靈敏度，可得到較高的測(cè)量精度。但靈敏度愈高，測(cè)量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈差。傳感器的分辨率分辨率是指?jìng)鞲衅骺筛惺艿降谋粶y(cè)量的最小變化的能力。也就是說(shuō)，如果輸入量從某一非零值緩慢地變化。當(dāng)輸入變化值未超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，傳感器的輸出不會(huì)發(fā)生變化，即傳感器對(duì)此輸入量的變化是分辨不出來(lái)的。只有當(dāng)輸入量的變化超過(guò)分辨率時(shí)，其輸出才會(huì)發(fā)生變化。通常傳感器在滿量程范圍內(nèi)各點(diǎn)的分辨率并不相同，因此常用滿量程中能使輸出量產(chǎn)生階躍變化的輸入量中的最大變化值作為衡量分辨率的指標(biāo)。上述指標(biāo)若用滿量程的百分比表示，則稱為分辨率。分辨率與傳感器的穩(wěn)定性有負(fù)相相關(guān)性。1、傳感器概述

2、傳感器的設(shè)計(jì)部署3、WSN4、WSN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 硬件平臺(tái)1、傳感器概述

2、傳感器的設(shè)計(jì) 3、WSN4、WSN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WirelessSensorNetwork,WSN）是由大量的靜止或移動(dòng)的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，以協(xié)作地感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理區(qū)域內(nèi)被感知對(duì)象的信息，并最終把這些信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)的所有者。體系結(jié)構(gòu)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）是隨著傳感器技術(shù)、無(wú)線射頻通信技術(shù)、微機(jī)電技術(shù)以及數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)等的飛速發(fā)展而誕生的新興研究領(lǐng)域。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是一種在微小的體積內(nèi)集成數(shù)據(jù)采集、處理和無(wú)線通信等模塊、并被隨機(jī)撒布在工作區(qū)域的節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織的方式構(gòu)成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，以協(xié)作的方式實(shí)時(shí)感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)的信息，并經(jīng)過(guò)多跳的方式經(jīng)由匯聚節(jié)點(diǎn)鏈路將整個(gè)區(qū)域的信息傳送到遠(yuǎn)程控制管理中心。反之遠(yuǎn)程控制管理中心也可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和操作。下圖是一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)A、B、C、D、E是傳感器節(jié)點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò)中充當(dāng)數(shù)據(jù)采集者、數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站或簇頭節(jié)點(diǎn)的角色。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)傳感器AC/DC轉(zhuǎn)換處理器存儲(chǔ)器網(wǎng)絡(luò)MAC收發(fā)器能量供應(yīng)模塊傳感器模塊處理器模塊無(wú)線通信模塊特征與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)以數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)為主要目的不同，WSN是一種以測(cè)控為目的的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，它自身固有的一些特點(diǎn)如下：節(jié)點(diǎn)計(jì)算能力較低，能量和存儲(chǔ)容量有限由于WSN應(yīng)用環(huán)境和條件的復(fù)雜性與限制，并隨著傳感器功能專一性、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化發(fā)展，WSN節(jié)點(diǎn)也更加微型化，節(jié)點(diǎn)多采用電池供電，且電池常為一次性使用，所以節(jié)點(diǎn)能量比較有限，同時(shí)，由于節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)大多采用單片機(jī)作為主控和管理單元，其計(jì)算能力和存儲(chǔ)空間都比較低，所以在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)方面應(yīng)追求簡(jiǎn)單化。節(jié)點(diǎn)數(shù)量規(guī)模大，密度高為完成物理世界的高密度感知，WSN系統(tǒng)常常由上千上萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，以此來(lái)準(zhǔn)確獲取監(jiān)控區(qū)域的相關(guān)信息。高密度的節(jié)點(diǎn)分布有利于利用簡(jiǎn)單的節(jié)點(diǎn)通過(guò)彼此間的協(xié)同工作來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性和工作質(zhì)量，提高網(wǎng)絡(luò)的健壯性和魯棒性。自組織節(jié)點(diǎn)通常都是隨機(jī)撒布在監(jiān)測(cè)區(qū)域，無(wú)法事先了解和設(shè)定網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)錉顟B(tài)，所以需要網(wǎng)絡(luò)具備自組織能力，在工作時(shí)能有效建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜吐酚涉溌?，?lái)完成節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)和數(shù)據(jù)采集傳輸功能。另外，當(dāng)監(jiān)測(cè)區(qū)域的個(gè)別節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障或者耗能殆盡之后節(jié)點(diǎn)死亡時(shí)，或者由于添加新的節(jié)點(diǎn)到現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，都需要網(wǎng)絡(luò)能夠自我進(jìn)行拓?fù)湔{(diào)整變換，以保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能夠繼續(xù)健康工作。以數(shù)據(jù)為中心，節(jié)點(diǎn)具有數(shù)據(jù)融合能力傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)是以地址為中心的，各個(gè)終端是通過(guò)IP來(lái)相互識(shí)別和進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的，每個(gè)終端脫離網(wǎng)絡(luò)都能獨(dú)立工作；WSN是任務(wù)型網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)協(xié)同監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，是以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)，脫離整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，單個(gè)節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)沒(méi)有現(xiàn)實(shí)意義。WSN中可能有多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)收集到用戶感興趣的數(shù)據(jù)，而為了避免冗余數(shù)據(jù)重復(fù)發(fā)送造成能量浪費(fèi)，這些數(shù)據(jù)要經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)融合處理后再傳輸。關(guān)鍵技術(shù)鏈路層關(guān)鍵技術(shù)：數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)媒體接入控制和建立節(jié)點(diǎn)之間可靠的通信鏈路，主要由介質(zhì)訪問(wèn)控制MAC組成。設(shè)計(jì)高效的調(diào)度機(jī)制、低能耗、低復(fù)雜性編解碼、簡(jiǎn)捷的差錯(cuò)檢測(cè)和同步的控制方案和協(xié)議是鏈路層的關(guān)鍵問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)層的主要任務(wù)是發(fā)現(xiàn)和維護(hù)路由。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)一般都采用多跳路由連接信源和信宿。但是，現(xiàn)存的DSDV/AODV/DSR等，一般不適合無(wú)線傳感器的特點(diǎn)，它必須開發(fā)屬于自己的路由協(xié)議。因此設(shè)計(jì)有效和安全的路由協(xié)議來(lái)提高通信連通性、降低能量消耗、延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間始終是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心問(wèn)題。安全策略和協(xié)議：由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自身特點(diǎn)，使得實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)安全存在巨大的挑戰(zhàn)。安全的路由協(xié)議、高效的密鑰管理方案、安全的定位和認(rèn)證機(jī)制已經(jīng)有效地入侵檢測(cè)都是該領(lǐng)域的關(guān)鍵問(wèn)題和研究熱點(diǎn)。數(shù)據(jù)融合技術(shù)：大多數(shù)無(wú)線傳感器應(yīng)用都是由大量節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的，共同完成數(shù)據(jù)采集的任務(wù)，因此，在信息采集過(guò)程中，會(huì)有許多節(jié)點(diǎn)采集到相同的數(shù)據(jù)，這些冗余數(shù)據(jù)不能全部的傳給sink節(jié)點(diǎn)，這樣會(huì)浪費(fèi)大量的通信能量在這些冗余信息中，對(duì)于能量有限的傳感器節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，這是不合適的。因此要在數(shù)據(jù)收集過(guò)程中，去除冗余信息，以減少網(wǎng)絡(luò)不必要的能耗，于是數(shù)據(jù)融合技術(shù)被提出。拓?fù)淇刂坪蛢?yōu)化：由于傳感器網(wǎng)絡(luò)缺乏持續(xù)、穩(wěn)定的能量補(bǔ)充，其首要設(shè)計(jì)目標(biāo)是通過(guò)高效使用能量來(lái)最大網(wǎng)絡(luò)生命期，從而也能采集更多的興趣數(shù)據(jù)。傳感器網(wǎng)絡(luò)的絕大部分能量消耗于通信傳輸環(huán)節(jié)，因此作為路由協(xié)議和MAC協(xié)議的運(yùn)行平臺(tái)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)滹@然是實(shí)現(xiàn)生命期最大化的必要條件。好的拓?fù)淇刂颇軌蛱岣呗酚蓞f(xié)議和MAC協(xié)議的效率，為數(shù)據(jù)融合、時(shí)間同步和目標(biāo)定位等技術(shù)提供必要的基礎(chǔ)。定位技術(shù)及應(yīng)用：傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位的目的就是獲取各傳感器節(jié)點(diǎn)在平面或空間中的絕對(duì)或相對(duì)位置信息，在傳感器網(wǎng)絡(luò)的許多應(yīng)用中，用戶關(guān)心的一個(gè)重要問(wèn)題是：在什么位置或區(qū)域發(fā)生了什么事件。傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)感知、采集的數(shù)據(jù)必須綁定其位置信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)這些數(shù)據(jù)的有效應(yīng)用。應(yīng)用軍事應(yīng)用：非常適合應(yīng)用于惡劣的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中，包括偵察敵情，監(jiān)控兵力、裝備和物資，判斷生物化學(xué)攻擊等多方面的用途，這是因?yàn)闊o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由密集型、隨機(jī)分布的節(jié)點(diǎn)組成的，自組織性和容錯(cuò)能力使其不會(huì)因?yàn)槟承┕?jié)點(diǎn)在惡意攻擊中損壞而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的崩潰，這一點(diǎn)是傳統(tǒng)傳感技術(shù)所無(wú)法比擬的。醫(yī)療應(yīng)用：如果在病人身上或老人身上安特殊用途的傳感器節(jié)點(diǎn)，如心率和血壓監(jiān)測(cè)設(shè)備。利用傳感器網(wǎng)絡(luò)，醫(yī)生可以隨時(shí)了解被監(jiān)護(hù)病人或老人的情況，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，掌握他們的身體狀況，在危機(jī)情況時(shí)可以第一時(shí)間間進(jìn)行救助。環(huán)境應(yīng)用：隨著人們對(duì)環(huán)境問(wèn)題的關(guān)注度越來(lái)越高，需要采集的數(shù)據(jù)也越來(lái)越多，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)為隨機(jī)性研究數(shù)據(jù)的獲取提供了便利，它可以跟蹤候鳥和昆蟲的遷移，研究環(huán)境變化對(duì)農(nóng)作物的影響，監(jiān)測(cè)海洋、大氣和土壤的成分等。家庭和其他商業(yè)應(yīng)用：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)家居環(huán)境、工作環(huán)境智能化，例如嵌入家電和家具中的傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與Internet連接在一起將會(huì)對(duì)人們提供更加舒適、方便和具有人性化的智能家居和辦公環(huán)境。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)1結(jié)構(gòu)應(yīng)力測(cè)試建筑物對(duì)地震波響應(yīng)測(cè)試無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)2室內(nèi)外環(huán)境監(jiān)測(cè)樓宇自動(dòng)化監(jiān)測(cè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)3/index.phpGreatDuckIsland監(jiān)測(cè)動(dòng)物生活習(xí)性擴(kuò)展

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的路由協(xié)議無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議特點(diǎn)1.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中具有一個(gè)或多個(gè)特殊節(jié)點(diǎn)：匯聚節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)感知和采集數(shù)據(jù)都是通過(guò)單跳或者多跳的方式，最終都是送達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的，而網(wǎng)絡(luò)中的除了匯聚節(jié)點(diǎn)的其他任何節(jié)點(diǎn)是不會(huì)成為數(shù)據(jù)流的最終目的節(jié)點(diǎn)，因此，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流方向是多對(duì)一和一對(duì)多的特點(diǎn)。匯聚節(jié)點(diǎn)ABCD無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議特點(diǎn)（續(xù)）2.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)密集，鄰節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)具有一定的相似性及關(guān)聯(lián)性，存在冗余信息。因此，信息需要經(jīng)數(shù)據(jù)融合處理后再進(jìn)行傳輸，以減少冗余數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，降低網(wǎng)絡(luò)中不必要的能量消耗。傳統(tǒng)的路由協(xié)議沒(méi)有考慮這方面的設(shè)計(jì)，所以現(xiàn)有的路由協(xié)議不能適用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。3.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)大多是以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)。用戶只關(guān)心網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)方向上發(fā)生的事件，而不關(guān)心網(wǎng)絡(luò)中的具體的某個(gè)節(jié)點(diǎn)采集的信息，因此網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)不一定都需要唯一的地址，而傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)都是以地址為中心的網(wǎng)絡(luò)。因此，多數(shù)的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在以數(shù)據(jù)為中心應(yīng)用的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中不能夠很好地工作，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要其獨(dú)特的路由協(xié)議。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議特點(diǎn)（續(xù)）4.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)多數(shù)情況下是用電池供電，并且大多部署在惡劣的環(huán)境內(nèi)，無(wú)法更換電池，能量不能夠持久提供，所以為了使網(wǎng)絡(luò)能夠工作更長(zhǎng)的時(shí)間，能量效率必須放在路由的設(shè)計(jì)首要地位，服務(wù)質(zhì)量（Qos）放在次要考慮。而傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議均是以最求端到端延時(shí)最小，網(wǎng)絡(luò)利用率最高以及避免通信擁塞和均衡網(wǎng)絡(luò)流量的最優(yōu)路徑為目的，其設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是不同，所以不能很好的應(yīng)用在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的設(shè)計(jì)要求

針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的上述特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)路由協(xié)議時(shí)需要滿足下列要求。1.能量高效。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議不僅要選擇能量消耗小的傳輸路徑。而且要從整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的角度考慮，選擇使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能量均衡消耗的路由。2.容錯(cuò)性。傳感器節(jié)點(diǎn)容易因?yàn)槟芰亢谋M或環(huán)境影響而失效，這要求路由協(xié)議具有一定的容錯(cuò)能力，部分傳感器節(jié)點(diǎn)的失效不應(yīng)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的設(shè)計(jì)要求（續(xù)）3.可擴(kuò)展性。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，監(jiān)測(cè)區(qū)域范圍內(nèi)節(jié)點(diǎn)密度不同，造成網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大小不同；節(jié)點(diǎn)失效、新節(jié)點(diǎn)的加入以及節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)，都會(huì)使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)發(fā)生變化，這就要求路由協(xié)議具有可擴(kuò)