《传感器与检测技术》课件-无线传感器网络基础

传感器与检测技术无线传感器网络体系结构无线传感器网络节点结构无线传感器网络-无线传感器网络基础无线传感器网络协议结构任务8.1无线传感器网络基础

无线传感器网络WSN（wirelesssensornetwork）是由随机分布在监测区域内大量的由无人值守具有无线通信与计算能力的微小型节点构成的自主探测系统。1、无线传感器网络体系结构任务8.1无线传感器网络基础

无线传感器网络综合了无线通信技术、

传感器技术、嵌入式计算技术与分布式信息处理技术，可以使人们在任何时间、任何地点和任何环境条件下获取大量详实而可靠的信息。1、无线传感器网络体系结构1.网络结构

WSN目的：协作感知、采集和处理网络覆盖区域里被监测对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了传感器网络的三个要素。

在无线传感器网络中，节点可以通过飞机随机布撒、人工定向布置等方式，大量部署在感知对象内部或者附近。1、无线传感器网络体系结构无线传感器网络的网络结构1、无线传感器网络体系结构2、无线传感器节点结构

无线传感器节点的硬件组成

无论节点体积的大小，其结构都基本相同。主要有电源、处理器、传感器、通信等单元组成。电源单元为系统提供能量，有微型电池、超薄太阳能板、专用电容器等组成。处理器单元有C

P

U、储存器、嵌入式操作系统、数据库组成。传感器单元有传感器和数模转换器组成。传感器可以采用不同的探测单元。如声音传感器可以探测枪炮声，振动传感器可以通过地面震动探测装甲车辆的行踪。电磁传感器可以发现战场上的电磁辐射源。红外传感器主要探测热敏目标。这些传感器生成的模拟信号，经过模数转换器转换成数字信号传输到处理器单元。2、无线传感器网络节点结构

通信单元负责将节点与现场网络连接起来，除此之外，一些节点还安装了特殊装置，如机动节点安装的运动装置，电子对抗节点安装了电磁波发射装置等。2、无线传感器网络节点结构2、无线传感器网络节点结构

传感器节点通常是一个微型的嵌入式系统，是无线传感器网络的基础层支撑平台。它的处理能力、存储能力和通信能力相对较弱，通常用电池供电。

传感器网络节点工作环境通常比较恶劣，而且数量大，更换困难，所以低功耗是无线传感器网络重要的设计准则之一，从无线传感器网络节点的硬件设计到整个网络各层的协议设计都把节能作为设计目标，以最大限度地延长无线传感器网络的寿命。

汇聚节点的处理能力、存储能力和通信能力相对较强，它连接传感器网络与Internet等外部网络，实现两种协议栈之间的通信协议转换，同时发布管理节点的监测任务，把收集的数据转发到外部网络。

模块化设计是提高节点通用性、扩展性和灵活性的有效途径。集成化以满足节点集数据采集、处理和转发等功能于一身的需求。微型化可以满足大规模布撒、提高隐蔽性的应用需求。2、无线传感器网络节点结构

网关节点负责向远程控制站发送信息。当目标进入监测范围，首先发现目标的传感器节点通过网关向远程控制站发送目标在T1时间的三维坐标信息。当目标进一步深入时，其他节点先后发送目标在T2、T3时间的三维坐标信息。

远程控制站可以综合分析这些信息，为精确控制提供基础。2、无线传感器网络节点结构3、无线传感器网络协议结构

无线传感器网络体系结构由三部分组成:分层的网络通信协议模块、网络管理模块和应用支撑模块。3、无线传感器网络协议结构-网络通信协议1）物理层负责感知数据的收集，并对收集的数据进行采样、信号的发送和接收、信号的调制解调等任务。2）数据链路层负责媒体接入控制和建立网络节点之间可靠通信链路，为邻居节点提供可靠的通信通道。3)网络层的主要功能包括分组路由、网络互联、拥塞控制等。4)传输层负责数据流的传输控制，是保证通信服务质量的重要部分。5)应用层包括一系列基于监测任务的应用层软件。8.1.2无线传感器网络协议结构

使传感器节点能够以高效的方式协同工作，在节点移动的传感器网络中转发数据，并支持多任务和资源共享。3、无线传感器网络协议结构-网络管理平台能量管理负责控制节点对能量的使用，为延长网络存活时间有效的利用能源。拓扑管理负责保持网络的连通和数据有效传输。网络管理负责网络维护、诊断，并向用户提供网络管理服务接口，通常包括数据收集、数据处理、数据分析和故障处理等功能。服务质量为应用程序提供足够的资源使它们按用户可以接受的性能指标工作。包括一系列给予检测任务的应用层软件，通过应用服务接口和网络管理接口来为终端用户提供具体的应用支持。

时间同步为传感器节点提供全局同步的时钟支持。

节点定位确定每个传感器节点的相对位置或绝对的地理坐标。应用服务接口。无线传感器网络的应用是多种多样的，针对不同的应用环境，有各种应用层的协议,如任务安排和数据分发协议、节点查询和数据分发协议等。

网络管理接口。主要是传感器管理协议，用来将数据传输到应用层