基于Zigbee的无线传感器网络.ppt

无线传感器网络（WSN）综述 -王宣丹 2007/6/6 主要内容： lWSN概述 l历史以及发展现状 lWSN的体系结构 lWSN的特征 lWSN的应用 lWSN的协议 l关键技术 l未来发展机遇展望 WSN概述 无线传感器网络（wireless sensor network, WSN）系统是当前在国际上备受关 注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的 前沿热点研究领域。它综合了传感器技术、嵌 入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分 布式信息处理技术等。 WSN概述（续） l无线传感器网络（wireless sensor network, WSN）就是由部署在检测区域内大量的廉价 卫星传感器节点组成，通过无线通信方式形成 的一个多跳的自组织的网络系统，目的是协作 地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知的对 象信息，并发送给观察者。 l构成WSN的三要素： 传感器、感知对象、观察者。 WSN概述（续） l影响力 美国商业周刊和MIT技术评论在预测未来技 术发展报告中将无线传感器网络列为21世纪最 有影响的21项技术和改变世界的10大技术之 一。 传感器网络被列为未来3大高科技产业一。 美国的技术评论将无线传感器网络列为 第一项未来新兴技术。 商业周刊 预测的未来4大新技术中，无 线传感器网络也列入其中等。 历史以及发展现状 l国外： 起源于美国，根源可追溯到1978年由国 防部高级研究计划署（DARPA）在卡内基-梅 隆大学发起的分布式传感器研讨会。 具有代表性的项目包括：1993-1999年间 由美国国防高级研究计划署(DARPA)资助，加 州大学洛杉矶分校(UCLA)承担的WINS项目； 1999-2001年间由DAPRA资助UC Berkeley 承担的Smart Dust项目。 历史以及发展现状（续） 1998-2002年DARPA资助，加州大学伯克 利分校等25个机构联合承担的SensIT计划； 1999-2004年间海军研究办公室的 SeaWeb计划等。 l国内： 中国的一些研究机构近年开始研究：中国 科学技术大学、清华大学、中科院计算所、上 海微系统所、沈阳自动化所以及合肥智能所等 研究单位 。 历史以及发展现状（续） 之所以国内外都投入巨资研究机构纷纷开 展无线传感器网络的研究，很大程度归功于其 广阔的应用前景和对社会生活的巨大影响。 WSN的体系结构 l传感器网络结构 WSN的体系结构（续） l传感器节点结构 WSN的体系结构（续） l传感器网络协议栈 WSN的特征 与无线网络的区别 传感器网络集成了监测、控制以及无线通 信的网络系统，节点数目庞大（上千甚至上万 ），分布密集，因环境和能量的耗尽，容易出 现故障，节点通常固定不动。能量、处理能力 、存储能力、通信能力有限。不同于传统无线 网络的高服务质量和高效的带宽的利用，节能 是其设计的首要考虑因素。 WSN的特征（续） 节点的限制 电池能量有限 通信能力有限 能量消耗和通信距离关系E正比于d (n).2Ps.所以可以通过降低占 空比来延长寿命。但是对于极低的占空比来说 ，节点间同步非常困难，网络工作时，所有节 点99.9%处于待机状态，引入仲裁设备就是保 持功耗最小化的同时实现稳定的时间同步。 工作过程如下： WSN的协议（续） lMD协议 节点A连续发送RTS信标并等待RTS应答。 节点B醒来发送一个查询信标，MD记录A、B 之间的时间偏移。收到节点B的查询信标后， MD发送一个响应消息给节点B，告诉B节点A 要发消息给它。并告诉它与A之间的时间差。 B收到MD的查询响应消息后，调节与A同步， 传消息。 得到消息被收到的确认后，A和B均返回原来 状态。 WSN的协议（续） l路由协议 和传统的路由协议相比，无线传感器的路由协 议有以下特点： 能量优先 基于局部拓扑信息 以数据为中心 应用相关 WSN的协议（续） l路由协议分类 能量感知路由协议。 基于查询的路由协议。 地理位置的路由协议。 可靠的路由协议。 关键技术 l网络拓扑控制 l网络协议 l网络安全 l时间同步 l定位技术 l数据融合 l数据管理 l无线通信技术 l嵌入式操作系统 l应用层技术 未来发展机遇展望 可能会有人这样想，既然其还处于科研到 应用的过渡阶段，那么其所有领域都是未来的 发展机会，的确，但是还有些领域值得特别关 注：如无线 ad hoc网络路由算