智能传感器系统 第9章 无线传感器网络技术概述.pptVIP

5、基站将传感数据通过Internet发送到数据处理中心。 6、研究人员通过任意一台连入Internet的终端访问数据中心，或者向基站发出命令。 7、研究人员将传感器节点放置到感兴趣的监测区域内，传感器节点能自主形成网络。每个节点搜集周围环境的湿度、温度、光照等信息。 8、传感器节点具有一定的数据处理能力和通信能力。 9、传感器自主形成一个多跳网络。处于传感器网络边缘的节点必须通过其他节点向网关发送数据。 10、每个传感器区域都有一个网关负责搜集传感器节点发送来的数据。所有的网关都连接到上层传输网络上。 11、传输网络包括具有较强的计算能力和存储能力、并具有不间断电源供应的多个无线通信节点，提供网关节点和基站之间的通信带宽和通信可靠性。 12、基站负责搜集传输网络送来的所有数据，发送到Internet，并将传感数据的日志保存到本地数据库中。 13、传感器节点搜集的数据最后都通过Internet传送到一个中心数据库存储。中心数据库提供远程数据服务。 §9.3.2 环境监测系统中的关键技术 节点及节点部署 用于环境监测的传感器节点需要满足体积小、精度高、生命周期长的要求。 目前应用中使用比较多的是加州大学伯克利分校研制的Mote节点。Mote节点带有一个专有的传感器板。板上载有光学传感器、I2C温度传感器、大气压传感器、大气温度传感器、湿度传感器、温差电堆传感器、热敏电阻传感器。 选择可替换、精度高的传感器对于环境监测来说至关重要。 传感器选择中的另一个重要因素是传感器的启动时间。 几种传感器联合使用可以进行一些比较复杂的监测操作。 能量管理 有些环境监控应用需要进行连续数月的监测，这对传感器节点的能量供应提出了很高的要求。 在一个传感器网络中，不同节点对能量的需求和使用也会有不同。因此，有些节点消耗能量比较快，成为整个网络的能量瓶颈。 实际应用中，需要预测可能消耗能量比较快的节点，并采取一定的节点冗余措施以保证数据传输不会因为个别节点失效而中断。 节点节省能量的最主要方式是休眠机制。当节点目前没有传感任务并且不需要为其他节点转发传感数据时，关闭节点的无线通信模块、数据采集模块甚至计算模块以节省能量。这样，一个传感任务发生时，只有与之相邻的区域内的传感器节点处于活动状态，从而形成一个活动区域。 活动区域随着数据向网关节点传送而移动，这样原先活动的节点在离开活动区域后可以转到休眠模式，从而节省能量。 远程任务控制 传感器网络通过基站与Internet相连。基站以及基站到中心服务器的连接要具有高可靠性。基站要能对可能的系统异常及时进行处理。如果系统崩溃，基站需要及时地重新启动系统并主动连接中心服务器，以使远程控制人员能够恢复对传感器网络的远程控制。 远程任务控制最主要的方面是重新安排传感器网络的监控任务。 远程任务控制还需要监控传感器节点的工作状态以及健康情况，并据此调整节点的工作任务。 数据采样和收集 环境监测应用的最终目标是对监测环境的数据采样和数据收集。 采样频率和精度由具体应用确定，并由控制中心向传感器网络发出指令。 传感器节点需要考虑采样数据量和能量消耗之间的折中。 处于监控区域边缘的节点只需将采集的数据发送给基站，能量消耗相对较少。 靠近基站的节点由于同时还需要为边缘节点路由数据，消耗的能量要多2个数量级左右。因此边缘节点必须对采集到的数据进行一定的压缩和融合处理后再发送给基站。 数据融合是减少数据通信量的一个重要方面。目前的应用中通过信号处理技术和软件数据分析技术进行数据融合。 能量高效的通信机制 对于环境监测应用来说，能量高效的通信机制包括一系列的路由算法、MAC算法以及对通信部件的直接控制和访问机制。 路由算法需要保证节点间高效通信，维护数据传输路径的连通性。Intel实验室的环境监控项目中采用了层次性的路由协议。 网络生存期也是传感器网络的一个重要问题。通过使用GAF、SPAN算法等网络拓扑管理机制可以提高整个网络的生存期2～3倍。实际应用还需要低能耗的MAC协议。可以将两者结合起来在实际中使用。 §9.3.3 大鸭岛生态环境监控实例 加州大学与大西洋学院联合开展的对大鸭岛海燕栖息地的研究是一个典型的利用传感器网络监控生态环境的例子。 海岛生物种群对外来因素非常敏感，在此种情况下，传感器网络具有很大的优势。 研究人员关心的几个问题; 1）当海燕在孵卵期时，以24小时到72小时为周期监控巢穴的使用情况； 2）在7个月的孵卵期内，海燕洞穴和海岛表面的生态参数变化； 3）海燕大量筑巢给海岛微观环境带来的影响。 可以看出，上述问题所感兴趣的数据及数据采集频率都有很大不同。一方面需要在一段较短时间内连续监控，另一方面要能监控尽可能长 的时间。 使用传感器网