专题2(无线传感器网络专题)教案.pptVIP

高级计算机网络 王 雷 2008年9月 第三章 无线传感器网络WSN 无线传感器网络的基本概念 无线传感器网络的应用 无线传感器网络中的几种典型路由协议 无线传感器网络中的拓扑控制技术 无线传感器网络中的几个研究热点 1.1 无线传感器网络的基本概念 无线传感器网络的历史 第一代传感器网络：无线传感器网络的构想最初是由美国军方提出的，美国国防部高级研究所计划署（DARPA）于1978年开始资助卡耐基－梅隆大学进行分布式传感器网络的研究。通过将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感器网络雏形。 第二代传感器网络：传感器网络具有了获取多种信息信号的综合处理能力，并通过与传感控制器的相联，组成了有信息综合和处理能力的传感器网络。 第三代传感器网络：从上世纪末开始，现场总线技术开始应用于传感器网络，人们用其组建智能化传感器网络，大量多功能传感器被运用，并使用无线技术连接，无线传感器网络逐渐形成。 1.1 无线传感器网络的基本概念 发展背景 1.1 无线传感器网络的基本概念 无线传感器网络的定义 无线传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络, 其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息, 报告给用户。 无线传感器网络WSN（Wireless Sensor Network）也称为智能灰尘（Smart?Dust）。 被称为二十一世纪最具挑战性的研究课题之一。 传感器节点拓扑结构： 1.1 无线传感器网络的基本概念 传感器节点各部分的功能 数据获取单元：负责监视区域内信息的采集和数据转换。 数据处理单元：负责控制整个传感器节点的操作，存储处理本身采集的数据以及其它节点发来的数据。 数据传输单元：负责与其它传感器节点进行无线通信，交换控制信息和收发采集数据。 能量供应单元：为传感器节点提供运行所需的能量，通常采用微型电池。 WSN的网络拓扑结构 WSN的相关技术 无线传感器网络是应用相关性网络，是一种应用中产生和发展的技术，所以不同的应用领域使用不同的网络技术实现，目前实现WSN的主要技术有： Zigbee：一种近距离（10-75m）、低复杂度、低功耗（两节普通５号干电池可使用２年 ）、低数据速率（250Kbps）、低成本的无线网络技术。 WI-FI：无线保真技术（WirelessFidelity），一种短距离（目前已达几百公里）无线技术。最大传输数据速率为54Mbps。 BlueTooth：蓝牙，传输距离一般在10m左右，最大传输数据速率小于10M。 UWB：一种超宽带（Ultra WideBand）的短距离（ 10m左右）通信技术 ， 1GHz以上带宽。 1.1 无线传感器网络的基本概念 无线传感器网络的特点与挑战： 节点带宽窄，节点通信覆盖范围只有几十到几百米,而且经常变化 挑战：如何在如此有限通信能力的条件下, 高质量地完成感知数据的查询、分析、挖掘与传输？ 多源、多跳是主要通信方式 挑战：如何为多源信息传输选择优化通信路径？ 1.1 无线传感器网络的基本概念 无线传感器网络的特点与挑战（Cont.）： 节点移动、断接频繁 挑战：通信路径重构成为突出问题？路由算法必须具有自适应性？ 节点电源能量有限、且难于补充 挑战：如何传感器网络在工作过程中节省能，实现能源均衡，最大化网络生命周期？ 节点计算能力有限 挑战：如何使用大量具有有限计算能力的传感器设计能源有效的高性能分布式算法? 1.1 无线传感器网络的基本概念 无线传感器网络的特点与挑战（Cont.）： 传感器数量大、分布范围广 挑战：如何使传感器网络软硬件具有高强壮性和容错性？ 感知数据流无限 挑战：如何设计高效率、能源有效、实时的海量感知数据流的查询、分析和挖掘的分布式算法？ 传感器网络是以数据为中心的网络 挑战：如何建立以数据为中心的传感器网络? 1.1 无线传感器网络的基本概念 无线传感器网络的特点与挑战（Cont.）： 挑战：传感器的投放或撒播理论与技术 挑战：传感器的定位问题 挑战：时钟同步问题 挑战：组网连通可靠性研究和探测覆盖率研究 挑战：传感器网络安全性问题和抗干扰问题 挑战：信号的协作处理 1.2 无线传感器网络的应用 军事应用: 作战环境侦查与监控 军事侦查、情报获取 战场监测与指挥 民事应用: 环境监测 交通管理 灾难预防(如森林火灾监测) 危险区域监测 有灭绝危险或珍贵动物的跟踪监护 民用和工程基础设施的安全性监测 等等，等等 1.2 无线传感器网络的应用 无线传感器网络的必威体育精装版应用： 2004/03/18 日经BP社报道】英特尔向美国政府人员等演示了无线传感器网络的家庭护理技术。 通过在鞋、家具以家用电器等家中道具和设备中嵌入半导