第4章无线传感器网络技术
第1讲无线传感器网络技术概述
?什么是无线传感器网络（WirelessSensorNetworks,WSN）？
?WSN的体系结构？
?WSN的基本特点？
?WSN发展现状和趋势？
?WSN面临的挑战？
问题引入
物联网
泛在网
问题引入——物流中应用案例
GPS
温湿度传感器节点
车载智能终端
远程监控中心
用户
GPRS
第二种解释，大规模、无线、自组织、多跳、无分区、无基础设施支持的网络，其中的节点是同构的、成本较低、体积较小、大部分节点不移动、被随意撒布在工作区域，要求网络系统有尽可能长的工作时间。
第一种解释，由部署在观测环境附近的大量的微型廉价低功耗的传感器节点组成，通过无线通信方式形成一个多跳的无线网络系统。
三个基本要素：传感器、感知对象、观察者。
基本功能：协作地感知、采集、处理和发布感知信息。
①什么是无线传感器网络（WSN）？
第三代
第二代
监测系统由智能传感器和传感控制器组成，传感器和传感控制器之间采用串口、并口相连。
第一代
传感器网络的发展过程
传感器与传感控制器采用现场总线型的方式相互连接。
第四代
由具有点对点信号传输功能的传
感器节点组成的监测系统。
WSN的影响力
?美国的《技术评论》杂志评选无线传感器网络是对人类生活产生深远影响的十大新兴技术之一。
?美国的《商业周刊》将无线传感器网络定位为21世纪高技术领域中的四大支柱型产业之一。
?美国的《今日防务》杂志认为无线传感器网络的应用和发展，将引起一场划时代的军事技术革命和未来战争的变革。
我国的发展现状
?无线传感器网络于1999年首次出现于中国科学院《知识创新工程试点领域方向研究》的信息与自动化领域研究报告中，作为该领域提出的五个重大项目之一。
?2001年中科院依托上海微系统研究与发展中心，引领院内的相关工作，并通过该中心在无线传感器网的方向上陆续部署了若干重大研究项目和方向性项目，初步建立了传感器网络系统平台，于2004年9月在北京演示了相关成果。
?2006年初发布的《国家中长期科学与技术发展规划纲要》为信息技术定义了3个前沿方向，其中2个与WSN的研究
直接相关，即智能感知技术和自组织网络技术。
?我国2010年远景规划和“十五”计划中，将WSN列为重点发展的产业之一。
②无线传感器网络体系结构
ManagementStation
SensorNodes
无线传感器网络主要组成
传感器节点（SensorNode）
?功能：采集、处理、控制和通信等
?网络功能：兼顾节点和路由器
?资源受限：存储、计算、通信、能量汇聚节点（SinkNode）
?功能：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，发布管理节点的监测任务，转发收集到的数据
?特点：连续供电、功能强、数量少
无线传感器网络主要组成
无线传感器网络的形成
网络拓扑定义
网络中各个节点互相连接的方法和形式。
无线传感器网络拓扑
无线传感器网络拓扑
网络拓扑定义
网络中各个节点互相连接的方法和形式。
平面网络结构
分级网络结构
Mesh网络结构
混合网络结构
由于没有中心管理节点，每个节点必须维护庞大的路由记录，而且维护这些路由信息需要占用有限的网络带宽。
无线传感器网络拓扑——平面结构
无线传感器网络拓扑——分级结构
无线传感器网络拓扑——Mesh结构
无中心
互相协作
大规模
自组织
多跳路由
动态
可靠
以数据为中心与应用相关
无线传感器网络是一种无中心节点的全分布系统，通过随机投放的方式，众多传感器节点被密集部署于监控区域。
③无线传感器网络的特点
③无线传感器网络的特点
无中心
互相协作传感器节点具
大规模有良好的协作
自组织
多跳路由
动态
可靠
以数据为中心与应用相关
能力，通过局部的数据交换来完成全局任务。
③无线传感器网络的特点
无中心
互相协作
大规模为了获取精确
自组织信息，在监测
多跳路由
动态
可靠
以数据为中心与应用相关
区域通常部署大量传感器节点，传感器节点数量可能达到成千上万，甚至更多。
③无线传感器网络的特点
无中心
互相协作
大规模