无线传感器网络简明教程(第2版)-第1章课件

无无线传感器网感器网络简明教程明教程（第（第2版）版）崔崔逊学学 左从菊左从菊 编著著第1章概述本章内容1.1 1.1 引言引言引言引言1.2 1.2 传感器网络的体系结构传感器网络的体系结构传感器网络的体系结构传感器网络的体系结构1.2.1 1.2.1 传感器网络的应用系统架构传感器网络的应用系统架构传感器网络的应用系统架构传感器网络的应用系统架构1.2.2 1.2.2 传感器网络结点的结构传感器网络结点的结构传感器网络结点的结构传感器网络结点的结构1.2.3 1.2.3 网络体系结构网络体系结构网络体系结构网络体系结构1.3 1.3 传感器网络的特征传感器网络的特征传感器网络的特征传感器网络的特征1.3.1 1.3.1 与现有无线网络的区别与现有无线网络的区别与现有无线网络的区别与现有无线网络的区别1.3.2 1.3.2 与现场总线的区别与现场总线的区别与现场总线的区别与现场总线的区别1.3.3 1.3.3 传感器结点的限制条件传感器结点的限制条件传感器结点的限制条件传感器结点的限制条件1.3.4 1.3.4 组网特点组网特点组网特点组网特点本章内容1.4 1.4 传感器网络的应用领域传感器网络的应用领域传感器网络的应用领域传感器网络的应用领域1.4.1 1.4.1 军事领域军事领域军事领域军事领域1.4.2 1.4.2 工业领域工业领域工业领域工业领域1.4.3 1.4.3 农业领域农业领域农业领域农业领域1.4.4 1.4.4 智能交通领域智能交通领域智能交通领域智能交通领域1.4.5 1.4.5 家庭与健康领域家庭与健康领域家庭与健康领域家庭与健康领域1.4.6 1.4.6 环境保护领域环境保护领域环境保护领域环境保护领域1.4.7 1.4.7 其他领域其他领域其他领域其他领域1.5 1.5 传感器网络的发展简史传感器网络的发展简史传感器网络的发展简史传感器网络的发展简史1.5.1 1.5.1 计算设备的演化历史计算设备的演化历史计算设备的演化历史计算设备的演化历史1.5.2 1.5.2 无线传感器网络的发展过程无线传感器网络的发展过程无线传感器网络的发展过程无线传感器网络的发展过程1.5.3 1.5.3 我国的传感器网络发展情况我国的传感器网络发展情况我国的传感器网络发展情况我国的传感器网络发展情况1.1 引言911历史事件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 综观计算机网算机网络技技术的的发展史，展史，应用需求始用需求始终是推是推动和左右全球网和左右全球网络技技术进步的步的动力与源泉。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Ad hoc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Wireless Sensor Network,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-22F-22猛禽战斗机猛禽战斗机美国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”项目无线链路无线链路目标探测、目标探测、分类和跟踪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 工业领域电电力高力高压线压线高高尔尔夫球夫球场场葡葡萄萄园园道道路路交交通通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智能停车场智能停车场智能停车场物流系统物流系统物流系统物流系统列车铁轨列车铁轨列车铁轨列车铁轨高速公路系统高速公路系统高速公路系统高速公路系统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：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？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第一阶段最最早早可可以以追追溯溯二二十十世世纪纪7 70 0年年代代越越战战时时期期使使用用的的传传统统的的传传感感器器系系统统。1.5.2 传感器网络的发展历史热带树热带树热带树轰炸机轰炸机第一阶段第一阶段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SensorsSensorsObjectObject信号分析信号分析传统感知方法的特征有线/无线连接第一阶段第一阶段1.5.2 传感器网络的发展历史u u感知能力感知能力计算能力计算能力通信能力通信能力19991999年商业周刊将传感器网络年商业周刊将传感器网络列为二十一世纪最具影响的列为二十一世纪最具影响的2121项技术之一项技术之一 。二二十十世世纪纪80年年代代至至90年年代代之之间间第二阶段第二阶段1.5.2 传感器网络的发展历史21世纪开始至今2001911911事件事件2002橡树岭实验室提出橡树岭实验室提出“网络就是传网络就是传感器感器”。20032006美国美国技术评论技术评论杂志评出深远杂志评出深远影响人类未来生活的十大新兴技影响人类未来生活的十大新兴技术，传感器网络列为第一术，传感器网络列为第一 。我国发布我国发布国家中长期科学与技国家中长期科学与技术发展规划纲要术发展规划纲要。第三阶段第三阶段1.5.2 传感器网络的发展历史20062006我国我国发布布国家中国家中长期科学与技期科学与技术发展展规划划纲要要1.5.3 我国的传感器网络发展情况传感器网络研究主体清华大学等高校中国移动等大型企业中科院等研究所机构the end谢谢！