无线传感器网络-课件

无线传感器网络无线传感器网络一、无线传感器网络介绍一、无线传感器网络介绍一、无线传感器网络介绍一、无线传感器网络介绍二、二、二、二、无线传感器网络体系结构无线传感器网络体系结构无线传感器网络体系结构无线传感器网络体系结构三、通信协议层三、通信协议层三、通信协议层三、通信协议层四、微型网络设备系统结构四、微型网络设备系统结构四、微型网络设备系统结构四、微型网络设备系统结构五、无线传感器网络其它相关技术五、无线传感器网络其它相关技术五、无线传感器网络其它相关技术五、无线传感器网络其它相关技术报告内容报告内容报告内容报告内容一、无线传感器网络介绍一、无线传感器网络介绍一一一一、无无无无线线线线传传传传感感感感器器器器网网网网络络络络介介介介绍绍绍绍无线传感器网络无线传感器网络无线传感器网络无线传感器网络uu无线传感器网络无线传感器网络无线传感器网络无线传感器网络ll 由大量低费用、低功耗、多功能，体积微小的传由大量低费用、低功耗、多功能，体积微小的传由大量低费用、低功耗、多功能，体积微小的传由大量低费用、低功耗、多功能，体积微小的传感器节点组成感器节点组成感器节点组成感器节点组成ll传感节点的位置无需预先设计和决定传感节点的位置无需预先设计和决定传感节点的位置无需预先设计和决定传感节点的位置无需预先设计和决定ll传感节点的网络协议和算法必须具有自识别能力传感节点的网络协议和算法必须具有自识别能力传感节点的网络协议和算法必须具有自识别能力传感节点的网络协议和算法必须具有自识别能力uu一个传感节点由传感器、数据处理组件、和通一个传感节点由传感器、数据处理组件、和通一个传感节点由传感器、数据处理组件、和通一个传感节点由传感器、数据处理组件、和通信组件构成信组件构成信组件构成信组件构成uu应用范围广泛应用范围广泛应用范围广泛应用范围广泛ll 医疗、环境、军事和家庭医疗、环境、军事和家庭医疗、环境、军事和家庭医疗、环境、军事和家庭BasestationGatewaySensor PatchPatch NetworkBase-Remote LinkData ServiceInternetClient Data Browsingand ProcessingSensor NodeTransit Networkuu节点数量巨大节点数量巨大节点数量巨大节点数量巨大uu节点被浓密的部署，节点可能遭到破坏节点被浓密的部署，节点可能遭到破坏节点被浓密的部署，节点可能遭到破坏节点被浓密的部署，节点可能遭到破坏uu网络拓扑结构变化频繁网络拓扑结构变化频繁网络拓扑结构变化频繁网络拓扑结构变化频繁uu无线自组网基于点对点通信，而传感节点无线自组网基于点对点通信，而传感节点无线自组网基于点对点通信，而传感节点无线自组网基于点对点通信，而传感节点主要使用广播通信方式主要使用广播通信方式主要使用广播通信方式主要使用广播通信方式uu节点在电源、计算能力和存储空间上有限节点在电源、计算能力和存储空间上有限节点在电源、计算能力和存储空间上有限节点在电源、计算能力和存储空间上有限一一一一、无无无无线线线线传传传传感感感感器器器器网网网网络络络络介介介介绍绍绍绍与无线自组网的比较与无线自组网的比较与无线自组网的比较与无线自组网的比较一一一一、无无无无线线线线传传传传感感感感器器器器网网网网络络络络介介介介绍绍绍绍新的计算类型新的计算类型新的计算类型新的计算类型从现实世界从现实世界获取信息获取信息year数据存储数据存储同产品交互同产品交互MainframeMinicomputerWorkstationPCLaptopPDAlog(people per computer)一一一一、无无无无线线线线传传传传感感感感器器器器网网网网络络络络介介介介绍绍绍绍工艺特点工艺特点工艺特点工艺特点uu数据存储和计算时消耗较少的能源（活动时数据存储和计算时消耗较少的能源（活动时数据存储和计算时消耗较少的能源（活动时数据存储和计算时消耗较少的能源（活动时1-101-101-101-10毫瓦，待机时毫瓦，待机时毫瓦，待机时毫瓦，待机时1 1 1 1微瓦）微瓦）微瓦）微瓦）uu微传感节点：能够用很小的传感节点获得所微传感节点：能够用很小的传感节点获得所微传感节点：能够用很小的传感节点获得所微传感节点：能够用很小的传感节点获得所需的温度、压力等信息需的温度、压力等信息需的温度、压力等信息需的温度、压力等信息uu通信距离短，低比特率通信距离短，低比特率通信距离短，低比特率通信距离短，低比特率uu新的电源技术，能够更长期的保持使用寿命新的电源技术，能够更长期的保持使用寿命新的电源技术，能够更长期的保持使用寿命新的电源技术，能够更长期的保持使用寿命uu采用太阳能、采用太阳能、采用太阳能、采用太阳能、风能、或者振动来获取能量风能、或者振动来获取能量风能、或者振动来获取能量风能、或者振动来获取能量一一一一、无无无无线线线线传传传传感感感感器器器器网网网网络络络络介介介介绍绍绍绍军事领域军事领域军事领域军事领域无线传感器网络具有可快速部署、可自组织、无线传感器网络具有可快速部署、可自组织、隐蔽性强和高容错性的特点，因此非常适合在隐蔽性强和高容错性的特点，因此非常适合在军事上应用。军事上应用。实例：实例：2005年，美年，美国军方成功测试了国军方成功测试了由美国由美国Crossbow产品组建的枪声定产品组建的枪声定位系统。位系统。一一一一、无无无无线线线线传传传传感感感感器器器器网网网网络络络络介介介介绍绍绍绍农业领域农业领域农业领域农业领域无线传感器网络可用于监视农作物灌溉情况、无线传感器网络可用于监视农作物灌溉情况、土壤空气变更、牲畜和家禽的环境状况以及大土壤空气变更、牲畜和家禽的环境状况以及大面积的地表检测。系统通常由环境监测节点、面积的地表检测。系统通常由环境监测节点、基站、通信系统、互联网以及监控软硬件系统基站、通信系统、互联网以及监控软硬件系统构成。构成。一一一一、无无无无线线线线传传传传感感感感器器器器网网网网络络络络介介介介绍绍绍绍工业领域工业领域工业领域工业领域传传感感器器网网络络可可用用于于工工业业安安全全、先先进进制制造造、交交通控制管理、安防系统、仓储物流管理。通控制管理、安防系统、仓储物流管理。煤矿安全检测与定位系统煤矿安全检测与定位系统一一一一、无无无无线线线线传传传传感感感感器器器器网网网网络络络络介介介介绍绍绍绍智能家居智能家居智能家居智能家居智智能能家家居居系系统统的的设设计计目目标标是是将将住住宅宅内内的的各各种种家家居居设设备备联联系系起起来来，使使他他们们能能够够自自动动运运行行，相相互互协作，为居住者提供尽可能多的便利和舒适。协作，为居住者提供尽可能多的便利和舒适。1513146515118Mote Layout129无线抄表系统无线抄表系统智能楼宇系统智能楼宇系统电子樟脑丸电子樟脑丸一一一一、无无无无线线线线传传传传感感感感器器器器网网网网络络络络介介介介绍绍绍绍其它应用其它应用其它应用其它应用uu环保监测环保监测环保监测环保监测uu建筑领域建筑领域建筑领域建筑领域uu医疗监护医疗监护医疗监护医疗监护uu空间海洋探索空间海洋探索空间海洋探索空间海洋探索二、无线传感器网络体系结构二、无线传感器网络体系结构二二二二、无无无无线线线线传传传传感感感感器器器器网网网网络络络络体体体体系系系系结结结结构构构构传感节点通常分散在一个传感节点通常分散在一个传感区域内传感区域内接收器可能通过互联网或接收器可能通过互联网或卫星与任务管理器通信卫星与任务管理器通信每一个传感节点都有能力收集和路每一个传感节点都有能力收集和路由数据到接收器上由数据到接收器上通信结构通信结构通信结构通信结构二二二二、无无无无线线线线传传传传感感感感器器器器网网网网络络络络体体体体系系系系结结结结构构构构设计因素设计因素设计因素设计因素uu硬件约束硬件约束硬件约束硬件约束uu容错能力容错能力容错能力容错能力uu产品代价产品代价产品代价产品代价uu网络拓扑网络拓扑网络拓扑网络拓扑uu操作环境操作环境操作环境操作环境uu传输介质传输介质传输介质传输介质uu电力消耗电力消耗电力消耗电力消耗二二二二、无无无无线线线线传传传传感感感感器器器器网网网网络络络络体体体体系系系系结结结结构构构构硬件约束硬件约束硬件约束硬件约束Sensing UnitProcessing UnitLocation Finding SystemPower UnitSensor ADCprocessorStorageTransceiver MobilizerPower generator与网络连接与网络连接使传感节点与使传感节点与其它节点合作其它节点合作传感器和数传感器和数模转换模转换最重要的单最重要的单元元在网络中准确在网络中准确的定位的定位为完成特定任为完成特定任务可能需要节务可能需要节点移动点移动二二二二、无无无无线线线线传传传传感感感感器器器器网网网网络络络络体体体体系系系系结结结结构构构构硬件约束硬件约束硬件约束硬件约束uu火柴盒大小的硬件模块火柴盒大小的硬件模块火柴盒大小的硬件模块火柴盒大小的硬件模块uu极小的电能消耗极小的电能消耗极小的电能消耗极小的电能消耗uu高密度分布高密度分布高密度分布高密度分布uu低花费，并且可配置低花费，并且可配置低花费，并且可配置低花费，并且可配置uu自治的，无人操作和管理自治的，无人操作和管理自治的，无人操作和管理自治的，无人操作和管理uu同环境相适应同环境相适应同环境相适应同环境相适应uu既然节点数目要求众多，单个节点的费用对既然节点数目要求众多，单个节点的费用对既然节点数目要求众多，单个节点的费用对既然节点数目要求众多，单个节点的费用对整体网络的费用至关重要，要使整个网络可实整体网络的费用至关重要，要使整个网络可实整体网络的费用至关重要，要使整个网络可实整体网络的费用至关重要，要使整个网络可实际应用，单个传感节点不能超过际应用，单个传感节点不能超过际应用，单个传感节点不能超过际应用，单个传感节点不能超过1 1 1 1美元美元美元美元uu传感节点是成千上万的，因此需要能够计算传感节点是成千上万的，因此需要能够计算传感节点是成千上万的，因此需要能够计算传感节点是成千上万的，因此需要能够计算出构建网络所需的部署密度，或者根据需要的出构建网络所需的部署密度，或者根据需要的出构建网络所需的部署密度，或者根据需要的出构建网络所需的部署密度，或者根据需要的密度就算节点数目，从而更好的部署节点，减密度就算节点数目，从而更好的部署节点，减密度就算节点数目，从而更好的部署节点，减密度就算节点数目，从而更好的部署节点，减少费用少费用少费用少费用uu在传感节点由于物理损坏、电源耗尽等条件在传感节点由于物理损坏、电源耗尽等条件在传感节点由于物理损坏、电源耗尽等条件在传感节点由于物理损坏、电源耗尽等条件下无法工作时，网络本身仍然能够在不中断的下无法工作时，网络本身仍然能够在不中断的下无法工作时，网络本身仍然能够在不中断的下无法工作时，网络本身仍然能够在不中断的情况下完成所需的功能，即网络是可信赖的情况下完成所需的功能，即网络是可信赖的情况下完成所需的功能，即网络是可信赖的情况下完成所需的功能，即网络是可信赖的二二二二、无无无无线线线线传传传传感感感感器器器器网网网网络络络络体体体体系系系系结结结结构构构构产品代价、容错能力产品代价、容错能力产品代价、容错能力产品代价、容错能力二二二二、无无无无线线线线传传传传感感感感器器器器网网网网络络络络体体体体系系系系结结结结构构构构网络配置网络配置网络配置网络配置uu预先配制和分阶段配置：节点可以被大量抛预先配制和分阶段配置：节点可以被大量抛预先配制和分阶段配置：节点可以被大量抛预先配制和分阶段配置：节点可以被大量抛撒，也可以一个个的配置撒，也可以一个个的配置撒，也可以一个个的配置撒，也可以一个个的配置uu后期配置：网络在配置完成后，由于损耗，后期配置：网络在配置完成后，由于损耗，后期配置：网络在配置完成后，由于损耗，后期配置：网络在配置完成后，由于损耗，其拓扑结构仍会不断的发生改变其拓扑结构仍会不断的发生改变其拓扑结构仍会不断的发生改变其拓扑结构仍会不断的发生改变uu附加配置：可能随时需要加入新的节点，而附加配置：可能随时需要加入新的节点，而附加配置：可能随时需要加入新的节点，而附加配置：可能随时需要加入新的节点，而使得重新配置新的网络结构使得重新配置新的网络结构使得重新配置新的网络结构使得重新配置新的网络结构二二二二、无无无无线线线线传传传传感感感感器器器器网网网网络络络络体体体体系系系系结结结结构构构构操作环境操作环境操作环境操作环境uu在繁忙的路口在繁忙的路口在繁忙的路口在繁忙的路口uu位于大型机械节点之中位于大型机械节点之中位于大型机械节点之中位于大型机械节点之中uu在海洋的底部在海洋的底部在海洋的底部在海洋的底部uu在搅拌机中在搅拌机中在搅拌机中在搅拌机中uu在敌军的阵地中在敌军的阵地中在敌军的阵地中在敌军的阵地中uu在一间房屋中或大型建筑内部在一间房屋中或大型建筑内部在一间房屋中或大型建筑内部在一间房屋中或大型建筑内部二二二二、无无无无线线线线传传传传感感感感器器器器网网网网络络络络体体体体系系系系结结结结构构构构传输介质传输介质传输介质传输介质uu通过无线、红外线或光学介质连接通过无线、红外线或光学介质连接通过无线、红外线或光学介质连接通过无线、红外线或光学介质连接uu为了使网络在全球范围内都可以使用，必须为了使网络在全球范围内都可以使用，必须为了使网络在全球范围内都可以使用，必须为了使网络在全球范围内都可以使用，必须选择在全球范围内都可以使用的传输介质选择在全球范围内都可以使用的传输介质选择在全球范围内都可以使用的传输介质选择在全球范围内都可以使用的传输介质uuISMISMISMISM无线频段（无线频段（无线频段（无线频段（Industrial,scientific Industrial,scientific Industrial,scientific and medicaland medicaland medical ），在全球范围可自由使用），在全球范围可自由使用），在全球范围可自由使用），在全球范围可自由使用uu红外线，也可自由使用，并且是健壮的。但红外线，也可自由使用，并且是健壮的。但红外线，也可自由使用，并且是健壮的。但红外线，也可自由使用，并且是健壮的。但需要发送和接收者之间可以互相看到需要发送和接收者之间可以互相看到需要发送和接收者之间可以互相看到需要发送和接收者之间可以互相看到二二二二、无无无无线线线线传传传传感感感感器器器器网网网网络络络络体体体体系系系系结结结结构构构构电力消耗电力消耗电力消耗电力消耗uu只能使用有限的电源只能使用有限的电源只能使用有限的电源只能使用有限的电源(0.5 Amp/hour,1.2V)(0.5 Amp/hour,1.2V)(0.5 Amp/hour,1.2V)(0.5 Amp/hour,1.2V)(0.5 Amp/hour,1.2V)(0.5 Amp/hour,1.2V)uu设计设计设计设计设计设计电源唤醒协议和算法电源唤醒协议和算法电源唤醒协议和算法电源唤醒协议和算法电源唤醒协议和算法电源唤醒协议和算法uu节点寿命依赖于电池寿命节点寿命依赖于电池寿命节点寿命依赖于电池寿命节点寿命依赖于电池寿命节点寿命依赖于电池寿命节点寿命依赖于电池寿命uu电源主要耗费在感知、通信和数据处理三个电源主要耗费在感知、通信和数据处理三个电源主要耗费在感知、通信和数据处理三个电源主要耗费在感知、通信和数据处理三个电源主要耗费在感知、通信和数据处理三个电源主要耗费在感知、通信和数据处理三个方面方面方面方面方面方面二二二二、无无无无线线线线传传传传感感感感器器器器网网网网络络络络体体体体系系系系结结结结构构构构设计原则设计原则设计原则设计原则uu模块化设计模块化设计模块化设计模块化设计uu跨层优化跨层优化跨层优化跨层优化uu应用可配置应用可配置应用可配置应用可配置uu网内数据处理网内数据处理网内数据处理网内数据处理uu自适应自适应自适应自适应uu分布式协作系统分布式协作系统分布式协作系统分布式协作系统uu以数据为中心以数据为中心以数据为中心以数据为中心三、通信协议层三、通信协议层三三三三、通通通通信信信信协协协协议议议议层层层层协议层次协议层次协议层次协议层次uu应用程序层应用程序层应用程序层应用程序层应用程序层应用程序层uu传输层传输层传输层传输层传输层传输层uu网络层网络层网络层网络层网络层网络层uu数据链路层数据链路层数据链路层数据链路层数据链路层数据链路层uu物理层物理层物理层物理层uu任务管理平台任务管理平台任务管理平台任务管理平台uu移动管理平台移动管理平台移动管理平台移动管理平台uu电源管理平台电源管理平台电源管理平台电源管理平台三三三三、通通通通信信信信协协协协议议议议层层层层管理平台管理平台管理平台管理平台uu管理平台使传感网络在高效的电源管理下进行管理平台使传感网络在高效的电源管理下进行管理平台使传感网络在高效的电源管理下进行管理平台使传感网络在高效的电源管理下进行管理平台使传感网络在高效的电源管理下进行管理平台使传感网络在高效的电源管理下进行工作、管理传感网络中节点的移动、路由数据和工作、管理传感网络中节点的移动、路由数据和工作、管理传感网络中节点的移动、路由数据和工作、管理传感网络中节点的移动、路由数据和工作、管理传感网络中节点的移动、路由数据和工作、管理传感网络中节点的移动、路由数据和在各个传感节点间共享数据在各个传感节点间共享数据在各个传感节点间共享数据在各个传感节点间共享数据在各个传感节点间共享数据在各个传感节点间共享数据uu电源管理平台管理一个传感节点如何使用它的电源管理平台管理一个传感节点如何使用它的电源管理平台管理一个传感节点如何使用它的电源管理平台管理一个传感节点如何使用它的电源管理平台管理一个传感节点如何使用它的电源管理平台管理一个传感节点如何使用它的电源，例如：接受信息完毕后关闭接收部分的电电源，例如：接受信息完毕后关闭接收部分的电电源，例如：接受信息完毕后关闭接收部分的电电源，例如：接受信息完毕后关闭接收部分的电电源，例如：接受信息完毕后关闭接收部分的电电源，例如：接受信息完毕后关闭接收部分的电源供给、通知邻近节点自己电源耗尽等源供给、通知邻近节点自己电源耗尽等源供给、通知邻近节点自己电源耗尽等源供给、通知邻近节点自己电源耗尽等源供给、通知邻近节点自己电源耗尽等源供给、通知邻近节点自己电源耗尽等uu移动管理平台探测或注册节点的改变，动态维移动管理平台探测或注册节点的改变，动态维移动管理平台探测或注册节点的改变，动态维移动管理平台探测或注册节点的改变，动态维移动管理平台探测或注册节点的改变，动态维移动管理平台探测或注册节点的改变，动态维护网络的路由信息护网络的路由信息护网络的路由信息护网络的路由信息护网络的路由信息护网络的路由信息uu任务管理平台在一个特定的范围内维护任务的任务管理平台在一个特定的范围内维护任务的任务管理平台在一个特定的范围内维护任务的任务管理平台在一个特定的范围内维护任务的任务管理平台在一个特定的范围内维护任务的任务管理平台在一个特定的范围内维护任务的分配，平衡参与任务的节点数目分配，平衡参与任务的节点数目分配，平衡参与任务的节点数目分配，平衡参与任务的节点数目分配，平衡参与任务的节点数目分配，平衡参与任务的节点数目三三三三、通通通通信信信信协协协协议议议议层层层层物理层物理层物理层物理层uu负责频率选择、载波频率，信号检测、调制和负责频率选择、载波频率，信号检测、调制和负责频率选择、载波频率，信号检测、调制和负责频率选择、载波频率，信号检测、调制和负责频率选择、载波频率，信号检测、调制和负责频率选择、载波频率，信号检测、调制和数据加密数据加密数据加密数据加密数据加密数据加密uu传感器网络通常选择传感器网络通常选择传感器网络通常选择传感器网络通常选择传感器网络通常选择传感器网络通常选择915MHz915MHz915MHz915MHz915MHz915MHz的的的的的的ISMISMISMISMISMISM频带频带频带频带频带频带uu需要有效的电源管理策略，需要简单低功耗的需要有效的电源管理策略，需要简单低功耗的需要有效的电源管理策略，需要简单低功耗的需要有效的电源管理策略，需要简单低功耗的需要有效的电源管理策略，需要简单低功耗的需要有效的电源管理策略，需要简单低功耗的调制方案调制方案调制方案调制方案调制方案调制方案uu硬件设计要求体积微小、低功耗、大量的传感硬件设计要求体积微小、低功耗、大量的传感硬件设计要求体积微小、低功耗、大量的传感硬件设计要求体积微小、低功耗、大量的传感硬件设计要求体积微小、低功耗、大量的传感硬件设计要求体积微小、低功耗、大量的传感单元、有效的电源管理，并能够预测处理器的工单元、有效的电源管理，并能够预测处理器的工单元、有效的电源管理，并能够预测处理器的工单元、有效的电源管理，并能够预测处理器的工单元、有效的电源管理，并能够预测处理器的工单元、有效的电源管理，并能够预测处理器的工作量作量作量作量作量作量三三三三、通通通通信信信信协协协协议议议议层层层层物理层协议物理层协议物理层协议物理层协议三种无线通信技术的比较三种无线通信技术的比较无线技术无线技术ZigBeeZigBee蓝牙蓝牙超带宽超带宽标准标准802.15.4802.15.4802.15.1802.15.1 802.15.3802.15.3通信距离通信距离(m)(m)1075107510101010传输速度传输速度250kbs250kbs750kbs750kbs500Mbps500Mbps工作功耗工作功耗(mA)(mA)303040401919待机功耗待机功耗(A)A)3403402002001.01.0u ZigBee ZigBee 蓝牙蓝牙蓝牙蓝牙 超带宽超带宽超带宽超带宽三三三三、通通通通信信信信协协协协议议议议层层层层数据链路层数据链路层数据链路层数据链路层uu进行对数据流进行多路转换、数据流检测、差进行对数据流进行多路转换、数据流检测、差进行对数据流进行多路转换、数据流检测、差进行对数据流进行多路转换、数据流检测、差进行对数据流进行多路转换、数据流检测、差进行对数据流进行多路转换、数据流检测、差错控制等工作错控制等工作错控制等工作错控制等工作错控制等工作错控制等工作uu保证可信赖的点对点和点对多点的连接保证可信赖的点对点和点对多点的连接保证可信赖的点对点和点对多点的连接保证可信赖的点对点和点对多点的连接保证可信赖的点对点和点对多点的连接保证可信赖的点对点和点对多点的连接uu公平有效的在多个节点间共享通信资源公平有效的在多个节点间共享通信资源公平有效的在多个节点间共享通信资源公平有效的在多个节点间共享通信资源公平有效的在多个节点间共享通信资源公平有效的在多个节点间共享通信资源uu由于节点数量众多、要求低功耗，必须设计新由于节点数量众多、要求低功耗，必须设计新由于节点数量众多、要求低功耗，必须设计新由于节点数量众多、要求低功耗，必须设计新由于节点数量众多、要求低功耗，必须设计新由于节点数量众多、要求低功耗，必须设计新的存取控制策略，并以节省电源、延长网络寿命的存取控制策略，并以节省电源、延长网络寿命的存取控制策略，并以节省电源、延长网络寿命的存取控制策略，并以节省电源、延长网络寿命的存取控制策略，并以节省电源、延长网络寿命的存取控制策略，并以节省电源、延长网络寿命为目标为目标为目标为目标为目标为目标三三三三、通通通通信信信信协协协协议议议议层层层层数据链路层协议数据链路层协议数据链路层协议数据链路层协议uu基于竞争的基于竞争的基于竞争的基于竞争的基于竞争的基于竞争的MACMACMAC协议协议协议协议协议协议 Sift MACSift MACSift MAC协议、协议、协议、协议、协议、协议、B-MACB-MACB-MAC协议等协议等协议等协议等协议等协议等uu基于调度的基于调度的基于调度的基于调度的基于调度的基于调度的MACMACMAC协议协议协议协议协议协议 TRAMATRAMATRAMA协议、协议、协议、协议、协议、协议、DE-MACDE-MACDE-MAC协议等协议等协议等协议等协议等协议等uu混合的混合的混合的混合的混合的混合的MACMACMAC协议协议协议协议协议协议 Z-MACZ-MACZ-MAC协议、协议、协议、协议、协议、协议、CAT-MACCAT-MACCAT-MAC协议等协议等协议等协议等协议等协议等三三三三、通通通通信信信信协协协协议议议议层层层层网络层网络层网络层网络层uu传感节点密集的分散在一个区域内传感节点密集的分散在一个区域内传感节点密集的分散在一个区域内传感节点密集的分散在一个区域内传感节点密集的分散在一个区域内传感节点密集的分散在一个区域内uu能够同其它的传感网络、命令和控制系统或者能够同其它的传感网络、命令和控制系统或者能够同其它的传感网络、命令和控制系统或者能够同其它的传感网络、命令和控制系统或者能够同其它的传感网络、命令和控制系统或者能够同其它的传感网络、命令和控制系统或者互联网进行交互和连接互联网进行交互和连接互联网进行交互和连接互联网进行交互和连接互联网进行交互和连接互联网进行交互和连接uu高效的电源管理、以数据为中心、不影响节点高效的电源管理、以数据为中心、不影响节点高效的电源管理、以数据为中心、不影响节点高效的电源管理、以数据为中心、不影响节点高效的电源管理、以数据为中心、不影响节点高效的电源管理、以数据为中心、不影响节点间合作的数据聚集等是传感网络设计的几个主要间合作的数据聚集等是传感网络设计的几个主要间合作的数据聚集等是传感网络设计的几个主要间合作的数据聚集等是传感网络设计的几个主要间合作的数据聚集等是传感网络设计的几个主要间合作的数据聚集等是传感网络设计的几个主要原则原则原则原则原则原则uu需要开发新的网络协议，以适应传感网络快速需要开发新的网络协议，以适应传感网络快速需要开发新的网络协议，以适应传感网络快速需要开发新的网络协议，以适应传感网络快速需要开发新的网络协议，以适应传感网络快速需要开发新的网络协议，以适应传感网络快速的拓扑变化能力的拓扑变化能力的拓扑变化能力的拓扑变化能力的拓扑变化能力的拓扑变化能力三三三三、通通通通信信信信协协协协议议议议层层层层网络层协议网络层协议网络层协议网络层协议网络层协议主要是路由协议网络层协议主要是路由协议网络层协议主要是路由协议网络层协议主要是路由协议网络层协议主要是路由协议网络层协议主要是路由协议uu平坦型路由平坦型路由平坦型路由平坦型路由平坦型路由平坦型路由 定向扩散协议定向扩散协议定向扩散协议定向扩散协议定向扩散协议定向扩散协议uu层次型路由层次型路由层次型路由层次型路由层次型路由层次型路由 LEACHLEACHLEACH协议、协议、协议、协议、协议、协议、PEGASISPEGASISPEGASIS协议协议协议协议协议协议uu基于位置的路由基于位置的路由基于位置的路由基于位置的路由基于位置的路由基于位置的路由 地理和能量敏感路由协议地理和能量敏感路由协议地理和能量敏感路由协议地理和能量敏感路由协议地理和能量敏感路由协议地理和能量敏感路由协议(GEAR)(GEAR)(GEAR)三三三三、通通通通信信信信协协协协议议议议层层层层传输层传输层传输层传输层uu传输层设计用来使系统同现有的互联网或其他传输层设计用来使系统同现有的互联网或其他传输层设计用来使系统同现有的互联网或其他传输层设计用来使系统同现有的互联网或其他传输层设计用来使系统同现有的互联网或其他传输层设计用来使系统同现有的互联网或其他网络进行通信网络进行通信网络进行通信网络进行通信网络进行通信网络进行通信uu一个传感网络并不需要传统传输层协议的所有一个传感网络并不需要传统传输层协议的所有一个传感网络并不需要传统传输层协议的所有一个传感网络并不需要传统传输层协议的所有一个传感网络并不需要传统传输层协议的所有一个传感网络并不需要传统传输层协议的所有内容内容内容内容内容内容uu例如：可能只需要部分例如：可能只需要部分例如：可能只需要部分例如：可能只需要部分例如：可能只需要部分例如：可能只需要部分TCPTCPTCPTCPTCPTCP协议来完成与互联协议来完成与互联协议来完成与互联协议来完成与互联协议来完成与互联协议来完成与互联网的通信过程网的通信过程网的通信过程网的通信过程网的通信过程网的通信过程uu由于硬件的限制，每一个传感节点不能象互联由于硬件的限制，每一个传感节点不能象互联由于硬件的限制，每一个传感节点不能象互联由于硬件的限制，每一个传感节点不能象互联由于硬件的限制，每一个传感节点不能象互联由于硬件的限制，每一个传感节点不能象互联网上的服务器一样存储大量数据，同时建立确认网上的服务器一样存储大量数据，同时建立确认网上的服务器一样存储大量数据，同时建立确认网上的服务器一样存储大量数据，同时建立确认网上的服务器一样存储大量数据，同时建立确认网上的服务器一样存储大量数据，同时建立确认机制可能需要消耗大量的电源机制可能需要消耗大量的电源机制可能需要消耗大量的电源机制可能需要消耗大量的电源机制可能需要消耗大量的电源机制可能需要消耗大量的电源三三三三、通通通通信信信信协协协协议议议议层层层层传输层协议传输层协议传输层协议传输层协议uuPSFQPSFQPSFQ协议和协议和协议和协议和协议和协议和GARUDAGARUDAGARUDA协议协议协议协议协议协议 慢放快取慢放快取慢放快取慢放快取慢放快取慢放快取uuCODACODACODA协议协议协议协议协议协议 开环逐跳反向压力机制、闭环多源调节机制开环逐跳反向压力机制、闭环多源调节机制开环逐跳反向压力机制、闭环多源调节机制开环逐跳反向压力机制、闭环多源调节机制开环逐跳反向压力机制、闭环多源调节机制开环逐跳反向压力机制、闭环多源调节机制uuESRTESRTESRT协议和协议和协议和协议和协议和协议和PORTPORTPORT协议协议协议协议协议协议 事件到时槽可靠传输协议（事件到时槽可靠传输协议（事件到时槽可靠传输协议（事件到时槽可靠传输协议（事件到时槽可靠传输协议（事件到时槽可靠传输协议（ESRTESRTESRT ）面向成本的可靠传输协议（面向成本的可靠传输协议（面向成本的可靠传输协议（面向成本的可靠传输协议（面向成本的可靠传输协议（面向成本的可靠传输协议（PORTPORTPORT ）三三三三、通通通通信信信信协协协协议议议议层层层层应用程序层应用程序层应用程序层应用程序层uu对传感器网络尚未涉足的应用领域，可能对传感器网络尚未涉足的应用领域，可能对传感器网络尚未涉足的应用领域，可能对传感器网络尚未涉足的应用领域，可能对传感器网络尚未涉足的应用领域，可能对传感器网络尚未涉足的应用领域，可能需要开发许多新的应用层协议需要开发许多新的应用层协议需要开发许多新的应用层协议需要开发许多新的应用层协议需要开发许多新的应用层协议需要开发许多新的应用层协议uu传感器管理协议传感器管理协议传感器管理协议传感器管理协议传感器管理协议传感器管理协议uu任务管理和数据通知协议任务管理和数据通知协议任务管理和数据通知协议任务管理和数据通知协议任务管理和数据通知协议任务管理和数据通知协议uu传感器查询和数据分发协议传感器查询和数据分发协议传感器查询和数据分发协议传感器查询和数据分发协议传感器查询和数据分发协议传感器查询和数据分发协议四、微型网络设备系统结构四、微型网络设备系统结构四四四四、微微微微型型型型网网网网络络络络设设设设备备备备系系系系统统统统结结结结构构构构系统目标系统目标系统目标系统目标uu开发一个极低能源消耗的传感器网络平台开发一个极低能源消耗的传感器网络平台开发一个极低能源消耗的传感器网络平台开发一个极低能源消耗的传感器网络平台开发一个极低能源消耗的传感器网络平台开发一个极低能源消耗的传感器网络平台,包括硬件、软件，保证能够低花费的配置传包括硬件、软件，保证能够低花费的配置传包括硬件、软件，保证能够低花费的配置传包括硬件、软件，保证能够低花费的配置传包括硬件、软件，保证能够低花费的配置传包括硬件、软件，保证能够低花费的配置传感器网络平台感器网络平台感器网络平台感器网络平台感器网络平台感器网络平台uu组合先进的无线传输技术和微机械技术，组合先进的无线传输技术和微机械技术，组合先进的无线传输技术和微机械技术，组合先进的无线传输技术和微机械技术，组合先进的无线传输技术和微机械技术，组合先进的无线传输技术和微机械技术，构建一个完整的系统构建一个完整的系统构建一个完整的系统构建一个完整的系统构建一个完整的系统构建一个完整的系统四四四四、微微微微型型型型网网网网络络络络设设设设备备备备系系系系统统统统结结结结构构构构系统特色系统特色系统特色系统特色uu微小体积和低能源消耗微小体积和低能源消耗微小体积和低能源消耗微小体积和低能源消耗微小体积和低能源消耗微小体积和低能源消耗l ll有限的物理和控制层次有限的物理和控制层次有限的物理和控制层次有限的物理和控制层次有限的物理和控制层次有限的物理和控制层次l ll直接面向设备的接口直接面向设备的接口直接面向设备的接口直接面向设备的接口直接面向设备的接口直接面向设备的接口uu高度并发的操作高度并发的操作高度并发的操作高度并发的操作高度并发的操作高度并发的操作l ll流式控制，无需等待命令响应流式控制，无需等待命令响应流式控制，无需等待命令响应流式控制，无需等待命令响应流式控制，无需等待命令响应流式控制，无需等待命令响应l ll同时处理多个输入和输出同时处理多个输入和输出同时处理多个输入和输出同时处理多个输入和输出同时处理多个输入和输出同时处理多个输入和输出uu随着设计和使用的不同，不断变化随着设计和使用的不同，不断变化随着设计和使用的不同，不断变化随着设计和使用的不同，不断变化随着设计和使用的不同，不断变化随着设计和使用的不同，不断变化l ll根据应用定制，而不是针对通用目的根据应用定制，而不是针对通用目的根据应用定制，而不是针对通用目的根据应用定制，而不是针对通用目的根据应用定制，而不是针对通用目的根据应用定制，而不是针对通用目的l ll硬件变化巨大硬件变化巨大硬件变化巨大硬件变化巨大硬件变化巨大硬件变化巨大uu数目众多，且无需人为管理数目众多，且无需人为管理数目众多，且无需人为管理数目众多，且无需人为管理数目众多，且无需人为管理数目众多，且无需人为管理四四四四、微微微微型型型型网网网网络络络络设设设设备备备备系系系系统统统统结结结结构构构构“微粒微粒微粒微粒”-系统硬件系统硬件系统硬件系统硬件uu4Mhz,8bit MCU 4Mhz,8bit MCU(ATMEL)512 bytes RAM,8K(ATMEL)512 bytes RAM,8K ROMROMuu900Mhz Radio(RF 900Mhz Radio(RF Monolithics)10-100 m.rangeMonolithics)10-100 m.rangeuuTemperature SensorTemperature SensoruuLight SensorLight SensoruuLED outputsLED outputsuuSerial PortSerial Port四四四四、微微微微型型型型网网网网络络络络设设设设备备备备系系系系统统统统结结结结构构构构CrossbowCrossbowCrossbowCrossbow开发板开发板开发板开发板四四四四、微微微微型型型型网网网网络络络络设设设设备备备备系系系系统统统统结结结结构构构构各种封装的节点各种封装的节点各种封装的节点各种封装的节点四四四四、微微微微型型型型网网网网络络络络设设设设备备备备系系系系统统统统结结结结构构构构微操作系统微操作系统微操作系统微操作系统(TinyOS)-(TinyOS)-(TinyOS)-(TinyOS)-软件软件软件软件uu提供基于模型的组件以便从应用程序中提供基于模型的组件以便从应用程序中提供基于模型的组件以便从应用程序中提供基于模型的组件以便从应用程序中提供基于模型的组件以便从应用程序中提供基于模型的组件以便从应用程序中抽象出硬件细节抽象出硬件细节抽象出硬件细节抽象出硬件细节抽象出硬件细节抽象出硬件细节uu维护高度的并发处理机制维护高度的并发处理机制维护高度的并发处理机制维护高度的并发处理机制维护高度的并发处理机制维护高度的并发处理机制uu允许多任务执行允许多任务执行允许多任务执行允许多任务执行允许多任务执行允许多任务执行uu包括无线传输协议、时钟触发、数据传包括无线传输协议、时钟触发、数据传包括无线传输协议、时钟触发、数据传包括无线传输协议、时钟触发、数据传包括无线传输协议、时钟触发、数据传包括无线传输协议、时钟触发、数据传输同步、静态持久的存储机制输同步、静态持久的存储机制输同步、静态持久的存储机制输同步、静态持久的存储机制输同步、静态持久的存储机制输同步、静态持久的存储机制uu能够替换系统组件以支持新的需求能够替换系统组件以支持新的需求能够替换系统组件以支持新的需求能够替换系统组件以支持新的需求能够替换系统组件以支持新的需求能够替换系统组件以支持新的需求uu整个程序在整个程序在整个程序在整个程序在整个程序在整个程序在4KB ROM 4KB ROM 4KB ROM 4KB ROM 4KB ROM 4KB ROM 和和和和和和 256KB RAM256KB RAM256KB RAM256KB RAM256KB RAM256KB RAM能够能够能够能够能够能够运行运行运行运行运行运行四四四四、微微微微型型型型网网网网络络络络设设设设备备备备系系系系统统统统结结结结构构构构微操作系统微操作系统微操作系统微操作系统(TinyOS)(TinyOS)(TinyOS)(TinyOS)内核内核内核内核uu使用任务和事件组件进行调度使用任务和事件组件进行调度使用任务和事件组件进行调度使用任务和事件组件进行调度使用任务和事件组件进行调度使用任务和事件组件进行调度uu组件包括：组件包括：组件包括：组件包括：组件包括：组件包括：l ll框架（管理）框架（管理）框架（管理）框架（管理）框架（管理）框架（管理）l ll任务（并发性）任务（并发性）任务（并发性）任务（并发性）任务（并发性）任务（并发性）l ll命令和处理（事件）命令和处理（事件）命令和处理（事件）命令和处理（事件）命令和处理（事件）命令和处理（事件）uu受限的存储模式受限的存储模式受限的存储模式受限的存储模式受限的存储模式受限的存储模式l ll每个组件一个框架，共享的堆栈每个组件一个框架，共享的堆栈每个组件一个框架，共享的堆栈每个组件一个框架，共享的堆栈每个组件一个框架，共享的堆栈每个组件一个框架，共享的堆栈uu非常依赖于多线程非常依赖于多线程非常依赖于多线程非常依赖于多线程非常依赖于多线程非常依赖于多线程uu受限的存储模式受限的存储模式受限的存储模式受限的存储模式受限的存储模式受限的存储模式l ll组件传输命令到低层的组件组件传输命令到低层的组件组件传输命令到低层的组件组件传输命令到低层的组件组件传输命令到低层的组件组件传输命令到低层的组件l ll事件驱动高层的事件，并调用低层的命令事件驱动高层的事件，并调用低层的命令事件驱动高层的事件，并调用低层的命令事件驱动高层的事件，并调用低层的命令事件驱动高层的事件，并调用低层的命令事件驱动高层的事件，并调用低层的命令四四四四、微微微微型型型型网网网网络络络络设设设设备备备备系系系系统统统统结结结结构构构构基于事件的编程模型基于事件的编程模型基于事件的编程模型基于事件的编程模型uu系统由状态机组成系统由状态机组成系统由状态机组成系统由状态机组成系统由状态机组成系统由状态机组成uu每一个状态机就是微操作系统的一每一个状态机就是微操作系统的一每一个状态机就是微操作系统的一每一个状态机就是微操作系统的一每一个状态机就是微操作系统的一每一个状态机就是微操作系统的一个个个个个个“组件组件组件组件组件组件”uu命令和事件驱动组件从一个状态转命令和事件驱动组件从一个状态转命令和事件驱动组件从一个状态转命令和事件驱动组件从一个状态转命令和事件驱动组件从一个状态转命令和事件驱动组件从一个状态转换为另一个状态换为另一个状态换为另一个状态换为另一个状态换为另一个状态换为另一个状态uu每一个状态机允许许多独立的组件每一个状态机允许许多独立的组件每一个状态机允许许多独立的组件每一个状态机允许许多独立的组件每一个状态机允许许多独立的组件每一个状态机允许许多独立的组件共享一个执行环境共享一个执行环境共享一个执行环境共享一个执行环境共享一个执行环境共享一个执行环境uu任务用来完成计算工作，完整的运任务用来完成计算工作，完整的运任务用来完成计算工作，完整的运任务用来完成计算工作，完整的运任务用来完成计算工作，完整的运任务用来完成计算工作，完整的运行，互相为原子操作行，互相为原子操作行，互相为原子操作行，互相为原子操作行，互相为原子操作行，互相为原子操作四四四四、微微微微型型型型网网网网络络络络设设设设备备备备系系系系统统统统结结结结构构构构系统结构图系统结构图系统结构图系统结构图四四四四、微微微微型型型型网网网网络络络络设设设设备备备备系系系系统统统统结结结结构构构构未来的目标未来的目标未来的目标未来的目标uu短期目标：短期目标：短期目标：短期目标：短期目标：短期目标：l ll能够更加快速的部署传感节点框架（存储）能够更加快速的部署传感节点框架（存储）能够更加快速的部署传感节点框架（存储）能够更加快速的部署传感节点框架（存储）能够更加快速的部署传感节点框架（存储）能够更加快速的部署传感节点框架（存储）l ll在网络内部决定数据聚集和分析算法在网络内部决定数据聚集和分析算法在网络内部决定数据聚集和分析算法在网络内部决定数据聚集和分析算法在网络内部决定数据聚集和分析算法在网络内部决定数据聚集和分析算法l ll应用能够通过漫游数据搜集节点获得数据应用能够通过漫游数据搜集节点获得数据应用能够通过漫游数据搜集节点获得数据应用能够通过漫游数据搜集节点获得数据应用能够通过漫游数据搜集节点获得数据应用能够通过漫游数据搜集节点获得数据uu长期目标：长期目标：长期目标：长期目标：长期目标：长期目标：l ll部署能够超过数千个节点的网络部署能够超过数千个节点的网络部署能够超过数千个节点的网络部署能够超过数千个节点的网络部署能够超过数千个节点的网络部署能够超过数千个节点的网络l ll能够拥有数年生命且无需管理的网络能够拥有数年生命且无需管理的网络能够拥有数年生命且无需管理的网络能够拥有数年生命且无需管理的网络能够拥有数年生命且无需管理的网络能够拥有数年生命且无需管理的网络五五五五、无无无无线线线线传传传传感感感感器器器器网网网网络络络络其其其其它它它它技技技技术术术术结点定位技术结点定位技术结点定位技术结点定位技术uu系统由状态机组成系统由状态机组成系统由状态机组成系统由状态机组成系统由状态机组成系统由状态机组成uu每一个状态机就是微操作系统的一每一个状态机就是微操作系统的一每一个状态机就是微操作系统的一每一个状态机就是微操作系统的一每一个状态机就是微操作系统的一每一个状态机就是微操作系统的一个个个个个个“组件组件组件组件组件组件”uu命令和事件驱动组件从一个状态转命令和事件驱动组件从一个状态转命令和事件驱动组件从一个状态转命令和事件驱动组件从一个状态转命令和事件驱动组件从一个状态转命令和事件驱动组件从一个状态转换为另一个状态换为另一个状态换为另一个状态换为另一个状态换为另一个状态换为另一个状态uu每一个状态机允许许多独立的组件每一个状态机允许许多独立的组件每一个状态机允许许多独立的组件每一个状态机允许许多独立的组件每一个状态机允许许多独立的组件每一个状态机允许许多独立的组件共享一个执行环境共享一个执行环境共享一个执行环境共享一个执行环境共享一个执行环境共享一个执行环境uu任务用来完成计算工作，完整的运任务用来完成计算工作，完整的运任务用来完成计算工作，完整的运任务用来完成计算工作，完整的运任务用来完成计算工作，完整的运任务用来完成计算工作，完整的运行，互相为原子操作行，互相为原子操作行，互相为原子操作行，互相为原子操作行，互相为原子操作行，互相为原子操作