无线传感器网络简明教程第2版-第1章

无线传感器网络简明教程（第2版）,崔逊学左从菊编著,第1章概述,本章内容,1.1引言1.2传感器网络的体系结构1.2.1传感器网络的应用系统架构1.2.2传感器网络结点的结构1.2.3网络体系结构1.3传感器网络的特征1.3.1与现有无线网络的区别1.3.2与现场总线的区别1.3.3传感器结点的限制条件1.3.4组网特点,本章内容,1.4传感器网络的应用领域1.4.1军事领域1.4.2工业领域1.4.3农业领域1.4.4智能交通领域1.4.5家庭与健康领域1.4.6环境保护领域1.4.7其他领域1.5传感器网络的发展简史1.5.1计算设备的演化历史1.5.2无线传感器网络的发展过程1.5.3我国的传感器网络发展情况,1.1引言,911历史事件,寻找拉登藏身之处,应用需求引发研究热潮,1.1引言,“狼群”地面传感器网络,美军共计完成23项传感器网络项目,我国重视传感器网络的研究,1.1引言,综观计算机网络技术的发展史，应用需求始终是推动和左右全球网络技术进步的动力与源泉。,1.1引言,1.2传感器网络的体系结构,无线网络,有基础设施网,无基础设施网,移动Adhoc网络,无线传感器网络,1.2.1传感器网络的应用系统架构,1、无线网络的分类,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，并报告给用户。它的英文是WirelessSensorNetwork,简称WSN。,1.2.1传感器网络的应用系统架构,2、“无线传感器网络”术语的标准定义,传感器技术,计算机技术,通信技术,感官,大脑,神经,现代信息技术,信息系统,无线传感器网络,1.2.1传感器网络的应用系统架构,3、现代信息技术与无线传感器网络之间的关系,1.2.1传感器网络的应用系统架构,4、无线传感器网络的宏观系统架构,1.2.1传感器网络的应用系统架构,5、传感器网络结点的功能模块组成,物理层,数据链路层,网络层,传输层,应用层,能量分配,移动管理,应用优化,1.2.1传感器网络的应用系统架构,6、传感器网络的协议分层,1、传感器结点的实物示例,1.2.2传感器网络结点的结构,2、传感器网络终端结点的结构,1.2.2传感器网络结点的结构,传感器,AC/DC转换器,传感模块,应用程序,内存,计算与存储模块,处理器,网络层,MAC,物理层,通信模块,电源,软件系统,1、结点的体系结构,1.2.3网络系统结构,由分层的网络通信协议、网络管理平台和应用支撑平台三部分组成。,1、结点的体系结构,1.2.3网络系统结构,（1）网络通信协议,物理层数据链路层网络层传输层,1、结点的体系结构,1.2.3网络系统结构,（2）网络管理平台,拓扑控制服务质量管理能量管理安全管理移动管理网络管理,1、结点的体系结构,1.2.3网络系统结构,（3）应用支撑平台,时间同步定位应用服务接口网络管理接口,2、传感器网络的结构,1.2.3网络系统结构,由基站及大量结点组成可分为平面结构和分级结构,1.2.3网络系统结构,（1）平面结构,简单地位平等健壮性好结点组织、路由建立、控制与维护开销大,2、传感器网络的结构,1.2.3网络系统结构,（3）空投部署,2、传感器网络的结构,1.2.3网络系统结构,（4）组网过程,2、传感器网络的结构,1.3传感器网络的特性,1.3.1与现有无线网络的区别,结点数目庞大分布密集拓扑变化快能量、存储及控制能力有限无线网络设计目标：高服务质量和高效带宽利用，节约能源次之传感器网络设计目标：电能的高效利用排在首位,1.3.2与现场总线的区别,现场总线是应用在生产现场和微机化测量控制设备之间、实现双向串行多结点通信系统。不考虑节约电源问题。,1.3.3传感器结点的限制条件,电源能量通信能力计算和存储能力,限制和约束：,1.3.4组网特点,自组织性以数据为中心应用相关性动态性网络规模大可靠性,组网特点：,1.4传感器网络的应用领域,联合国维和部队,伊拉克,微型感应传感器网络,核武器和生化武器,1.4.1军事领域,美军未来战斗系统的战场警戒示意图,传感器节点,通行车辆,1.4.1军事领域,目标毁伤效果评估,微型传感器,命中的坦克,远程火炮,指挥所,枪声定位反恐系统,1.4.1军事领域,F-22猛禽战斗机,美国F-22猛禽战斗机,机外传感器网络,1.4.1军事领域,美军“沙地直线”项目,无线链路,目标探测、分类和跟踪,传感器节点,传感器节点,1.4.1军事领域,桥梁监测,海洋监测,环境监测,1.4.2工业领域,电力高压线,高尔夫球场,葡萄园,道路交通,1.4.2工业领域,韩国济州岛智能渔场,北京大兴区菊花基地,克尔斯博公司,1.4.3农业领域,浙江温州的奶牛牧场,沈阳玫瑰园,1.4.3农业领域,智能停车场,物流系统,列车铁轨,高速公路系统,1.4.4智能交通领域,健康监测,1.4.5家庭与健康领域,无人干扰监测,鸟巢,海燕,大鸭岛,1.4.6环境保护领域,讨论题,请大家思考和组织课堂讨论：传感器网络还可以有哪些用途？,？,二零零八年五月十二日汶川地区发生强烈地震,1.4.7其他领域,1.5传感器网络的发展历史,1.5.1计算设备的演化历史,第一阶段,最早可以追溯二十世纪70年代越战时期使用的传统的传感器系统。,胡志明小道,胡志明小道,1.5.2传感器网络的发展历史,热带树,热带树,轰炸机,第一阶段,1.5.2传感器网络的发展历史,传感器仅产生探测数据流传感器无计算能力传感器之间不能相互通信,传统感知方法的特征,有线/无线连接,第一阶段,1.5.2传感器网络的发展历史,感知能力计算能力通信能力,1999年商业周刊将传感器网络列为二十一世纪最具影响的21项技术之一。,二十世纪80年代至90年代之间,第二阶段,1.5.2传感器网络的发展历史,21世纪开始至今,2001,911事件,2002,橡树岭实验室提出“网络就是传感器”。,2003,2006,美国技术评论杂志评出深远影响人类未来生活的十大新兴技术，传感器网络列为第一。,我