电子科大无线传感器网络课件wsn_chapter_1_概述.

0UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaWirelessSensorNetworks无线传感器网络黄乐天上课时间：周三1、2节（立人楼B109）email:[e-mail]:61831105（O）Office:科研楼B224(B)-实验地点：科B237（待定）-课程考核方式：平时考核（15%）、期末考试（60%）和实验考核（25%）1UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaWirelessSensorNetworksCourseOverviewTextbook:“WirelessSensorNetworks无线传感器网络，LanF.Akyildiz,MehmetCanVuran编，徐平平，刘昊，褚宏云等译，电子工业出版社，第1版，2013年3月。2UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaWirelessSensorNetworks参考书及预备知识Referencebooks1．无线传感器网络原理与应用，姚向华、杨新宇、易劲刚、韩九强，高等教育出版社，第1版，2012年4月。2.智能网络传感器与无线传感器网络，景博、张劼、孙勇，国防工业出版社，第1版，2011年1月。3．物联网/无线传感网原理与实践，贾灵、王新宇、郑淑军，北京航空航天大学出版社，第1版，2011年1月。……Prerequisiteknowledgeand/orskills计算机通信网，微机原理，传感原理与信息感知技术3UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaWirelessSensorNetworksWSN是一门交叉学科，涉及计算机、微电子、网络、通信、信号处理、传感器等诸多领域随着现代微电子技术、微机电系统（MEMS)、片上系统soc、纳米材料、无线通信技术、信号处理技术、计算机网络技术等的进步以及互联网的迅猛发展传统传感器信息获取技术从独立的单一化模式向集成化、微型化，智能化、网络化方向发展，成为信息获取最重要和最基本的技术之一。无线传感器网络涉及这么多知识、技术。需要哪些基础？达到什么目标？需要掌握哪些重点？4UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaWirelessSensorNetworksWSN的定义（维基百科）无线传感器网络是由许多在空间中分布的自动装置组成的一种无线通信计算机网络，这些装置使用传感器协作地监控不同位置的物理或环境状况（比如温度、声音、振动、压力、运动或污染物）。无线传感器网络的发展最初起源于战场监测等军事应用。而现今无线传感器网络被应用于很多民用领域，如环境与生态监测、健康监护、家居自动化以及交通控制等。起源于军事目的的无线传感器网络在民用化过程中会出现哪些问题？对其后续发展带来什么影响？5UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaWirelessSensorNetworksWSN的特征大规模为了获取精确信息，在监测区域通常部署大量传感器节点，可能达到成千上万，甚至更多。自组织在传感器网络应用中，通常情况下传感器节点被放置在没有基础结构的地方，传感器节点的位置不能预先精确设定，节点之间的相互邻居关系预先也不知道。动态性传感器网络的拓扑结构可能因为下列因素而改变：①环境因素或电能耗尽造成的传感器节点故障或失效；②环境条件变化可能造成无线通信链路带宽变化，甚至时断时通；③传感器网络的传感器、感知对象和观察者这三要素都可能具有移动性；④新节点的加入。这就要求传感器网络系统要能够适应这种变化，具有动态的系统可重构性。6UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaWirelessSensorNetworksWSN的特征可靠性由于监测区域环境的限制以及传感器节点数目巨大，不可能人工“照顾”每个传感器节点，网络的维护十分困难甚至不可维护。以数据为中心用户使用传感器网络查询事件时，直接将所关心的事件通告给网络，而不是通告给某个确定编号的节点。网络在获得指定事件的信息后汇报给用户。这种以数据本身作为查询或传输线索的思想更接近于自然语言交流的习惯。集成化传感器节点的功耗低，体积小，价格便宜，实现了集成化。以上哪些特征是“普世化”的，哪些特征只针对特定的应用场景。7UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaWirelessSensorNetworksVWSN的特征可靠性由于监测区域环境的限制以及传感器节点数目巨大，不可能人工“照顾”每个传感器节点，网络的维护十分困难甚至不可维护。以数据为中心用户使用传感器网络查询事件时，直接将所关心的事件通告给网络，而不是通告给某个确定编号的节点。网络在获得指定事件的信息后汇报给用户。这种以数据本身作为查询或传输线索的思想更接近于自然语言交流的习惯。集成化传感器节点的功耗低，体积小，价格便宜，实现了集成化。以上哪些特征是“普世化”的，哪些特征只针对特定的应用场景。8UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaWirelessSensorNetworks网络体系结构从无线联网的角度来看，传感器网络节点的体系由分层的网络通信协议、网络管理平台和应用支撑平台三个部分。9UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaWirelessSensorNetworks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无线传感器网络协议应用业务、安全性介质访问、功率管理、帧格式可靠性、流量控制、吞吐量信道编码、无线传输、调制解调连接/无连接、路由、可达性物理层数据链路层网络层传输层应用层网络通信协议类似于传统Internet网络中的TCP/IP协议体系，它由物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层组成。各层内容将在后续章节依次介绍讨论。10UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaWirelessSensorNetworksContents第1章概述-4学时chap1、2第2章传感器与执行器-2学时chap14第3章传感器网络设计影响因素-2学时chap3第4章物理层-4学时chap4第5章介质访问控制-6学时chap5第6章差错控制-2学时chap6第7章网络层-4学时chap7实验基础类实验-8学时实验指导书自学—第8，9，10章了解—第13，15，16，17，18章11UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaWirelessSensorNetworksChapter1:Introduction12UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaWirelessSensorNetworks什么是无线传感器网络？巨型机说：“我认为全球大概只需要五台计算机就够了”；PC机说：“每个家庭的桌面上都应该有一台电脑”；PocketPC说：“太大了，应该每人口袋里放一台”；WSN说：“每粒沙子都应该是一台计算机”。任务管理中心Internet、卫星或移动通信网络等汇聚节点监测区域传感器节点13UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaWirelessSensorNetworks什么是无线传感器网络WSN是一种分布式网络系统，采用无线多跳的通信方式，其网络拓扑结构动态变化，具有自组织、自控制以及自适应等智能属性。由传感器节点、感知对象和观察者三个基本要素组成。Sink传感器节点Internet、卫星或移动通信网WSN体系结构终端用户检测区域14UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaWirelessSensorNetworksSensorTypesLightThermopileUltravioletIRVisibleLightColorsensorsMagneticSoundUltrasoundAccelerometerTemperaturePressureHumidityTouchsensors2.25inMicrophoneAccelerometerLightTemperatureSounderMagnetometer1.25in•回顾微机原理或嵌入式系统内容•理解无线传感器节点系统平台结构和组成，工作原理及应用•无线传感器网络都是以此为基础15UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaWirelessSensorNetworksSmallLowpowerLowbitrateHighdensityLowcost(dispensable)AutonomousAdaptive传感器节点硬件PowerUnitANTENNASensorADCProcessorMemoryTransceiverLocationFindingSystemMobilizerSENSINGUNITPROCESSINGUNIT16UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaWirelessSensorNetworks各种节点系统平台传感器节点的具体产品17UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaWirelessSensorNetworksSensorNodeHardwareTwomaincomponentsBase(Processor+Transceiver)SensorBoardBase+SensorBoard(s)=SensorNode18UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaWirelessSensorNetworks25lb,19.5x5.5x16inch~64W~$6K(today)160KBFloppies16-256KBRAM4.77MHzOriginalIBMPC(1981)0.5oz,2.25x1.25x0.25inch~14mW~$125512KBFlash128KBRAM8MHzMICAZMote(2005)SensorNodeFeatures19UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaWirelessSensorNetworksSensorMotesTimeline20UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaWirelessSensorNetworksRockwellWINSSmartDustJPLSensorWebsDustExamplesforSensorNodes21UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaWirelessSensorNetworksMICAMoteReneMoteweCMoteDotMoteExamplesforSensorNodes22UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaWirelessSensorNetworksCurrentPlatforms:1stGe