第4讲-传感器网络与物联网PPT课件.pptx

通信新技术讲座第4讲 传感器网络与物联网 1 通信技术与业务的发展趋势 网络的融合两化融合 工业化 信息化 三网融合新一代宽带无线移动技术 移动互联网传感器网络 物联网云计算大数据时代 2 第四讲 传感器网络与物联网 3 第四部分 传感器网络与物联网 4 1无线传感器网络4 2物联网4 3物联网的发展趋势 4 4 1无线传感器网络概述 无线传感器网络 wirelesssensornetwork WSN 简称传感网 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 5 无线传感器网络 无线传感器网络 wirelesssensornetwork WSN 就是由部署在检测区域内大量的廉价传感器节点组成 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 构成WSN的三要素 传感器 感知对象 观察者 6 WSN的优势 成本优势 布线成本是制约系统应用的瓶颈问题 工程布线投资和使用成本过高2001年全球工业用传感器的市场份额是110亿美元 而安装和使用成本 主要是布线成本 超过1000亿美元 单个节点的成本 7 WSN的网络结构 结构入上图所示 传感器网络系统通常包括传感器节点 sensornode 汇聚节点 sinknode 和管理节点 大量传感器节点随机的部署在检测区域内部或附近 能够通过自组织方式构成网络 传感器节点检测的数据沿着其它节点逐跳的进行传输 其传输过程可能经过多个节点处理 经过多跳后到达汇聚节点 最后通过互联网和卫星到达管理节点 用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理 发布检测任务以及收集检测数据 8 传感器节点结构 从右图我们可以看到一个典型的传感器节点由传感器模块 无线通信模块和能量供应模块四部分组成 每一个模块的功能如下所示 1 传感器模块 负责监视区域内信息的采集和数据转换 2 处理器模块 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 3 无线通信模块 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 4 能量供应模块 为传感器节点提供运行所需的能量 通常采用微型电池 9 WSN的关键技术 网络的拓扑控制网络协议网络安全时间同步定位技术数据融合 10 无线传感器网络的特征 大规模网络 自组织网络 动态性网络 可靠性网络 应用相关网络 以数据为中心的网络 11 1 通信能力有限节点带宽窄 而且经常变化节点通信覆盖范围只有几十到几百米 而且经常变化 WSN的局限与挑战 1 12 2 多源 多跳是主要通信方式多个传感器节点向一个目标传送信息一次多源信息传输需要多条由多个传感器节点组成的路径 WSN的局限与挑战 2 13 3 节点移动 断接频繁在移动网络中 节点移动频繁节点间通信的断接频繁 导致通信失败 经常受到高山 建筑物 障碍物等地势地貌以及风雨雷电等自然环境的影响 因此传感器可能会长时间脱离网络 离线工作 WSN的局限与挑战 3 14 4 电源能量有限传感器的电源能量极其有限由于电源能量的原因经常失效或废弃电源能量约束是传感器网络应用的障碍现有电源部件不能满足传感器网络的需要传感器传输信息比执行计算更消耗电能传感器传输1位信息需要的电能足以执行3000条计算指令 WSN的局限与挑战 4 15 5 计算能力有限传感器网络中传感器通常都具有嵌入式处理器和存储器 具有计算能力但是 处理器性能 存储器容量和能源都很有限 导致传感器的计算能力十分有限 WSN的局限与挑战 5 16 彭明盛 智慧的地球 IBMCEO彭明盛 世界不仅正变得更小 更扁平 而且 更智慧 首先 高科技应用越发普遍 其次 世界将连为一体 最后 所有的事物都变得智能 从互联网到 物联网 theInternetofthings 时代 世界的智慧化将实现 无所不在的连接 4 2物联网 17 传感网 物联网 传感器网络 是利用各种传感器 光 电 温度 湿度 压力等 加上中低速的近距离无线通信技术构成一个独立的网络 是由多个具有有线 无线通信与计算能力的低功耗 小体积的微小传感器节点构成的网络系统 它一般提供局域或小范围物与物之间的信息交换 是物联网末端采用的关键技术之一 18 物联网 是指在物理世界的实体中部署具有一定感知能力 计算能力或执行能力的各种信息传感设备 通过网络设施实现信息传输 协同和处理 从而实现广域或大范围的人与物 物与物之间信息交换需求的互联 其中末端网包括各种实现与物互联的技术 例如 传感器网络 RFID 二维码 短距离无线通信技术 移动通信模块等 物联网是继电信网和互联网实现人与人通信之后 着重连接物理世界的应用及相关产业 传感网 物联网 19 物联网离我们很远 英国生命信托基金会计划建设全智能化老年公寓 使老人在未来可以不受养老院束缚 在自己家中过上高质量生活 公寓将采用电脑技术 无线传输技术等手段 在地板和家电中植入电子芯片装置 使老人的日常生活处于远程监控状态 如果老人走出房屋或摔倒 地面安全传感器会立即通知医护人员或亲属 冰箱里的牛奶翻倒撒出 或是锅在炉灶上无人看管 冰箱和厨房的传感器也会发出警报 自动化 药剂师 会提醒老人准时吃药 娱乐传感器则在老人进门时自动播放主人喜爱的音乐 并适时调节暖气和灯光 预计这种智能化老年公寓的雏形最早可在2028年问世 技术成熟则要到2048年 20 物联网离我们很近 物联网的部分应用已经存在在我们的生活之中 基于物体识别技术的应用 M2M应用 二代身份证ETC ElectronicTollCollection 电子不停车收费系统 营运车辆监控和调度无线POS 21 温总理 感知中国 随后 温总理又在政府工作报告中指出 中国要大力培育战略性新兴产业 并特别提出要加强物联网的研发应用 物联网 传感器网络 互联网 2009年8月 温总理指出 要尽快突破核心技术 把传感技术和TD SCDMA等通信技术的发展结合起来 尽快建立 感知中国 中心 22 物联网应用的关键环节 标识 身份标识 RFID 二维条码等 位置标识 GPS等 感知 面向生产 生活等各种应用的传感器 互联 广泛的物物相联 低成本 低功耗 小型化 应用 由感知延伸出来的各种信息处理及应用 23 物联网技术体系 24 传感网 物联网 泛在网 泛在网 UbiquitousNetwork 是指基于个人和社会的需求 实现人与人 人与物 物与物之间按需进行的信息获取 传递 存储 认知 决策 使用等服务 网