无线传感器网络的理论及应用课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,无线传感器网络的理论及应用,56、极端的法规，就是极端的不公。西塞罗,57、法律一旦成为人们的需要，人们就不再配享受自由了。毕达哥拉斯,58、法律规定的惩罚不是为了私人的利益，而是为了公共的利益；一部分靠有害的强制，一部分靠榜样的效力。格老秀斯,59、假如没有法律他们会更快乐的话，那么法律作为一件无用之物自己就会消灭。洛克,60、人民的幸福是至高无个的法。西塞罗,无线传感器网络的理论及应用无线传感器网络的理论及应用56、极端的法规，就是极端的不公。西塞罗,57、法律一旦成为人们的需要，人们就不再配享受自由了。毕达哥拉斯,58、法律规定的惩罚不是为了私人的利益，而是为了公共的利益；一部分靠有害的强制，一部分靠榜样的效力。格老秀斯,59、假如没有法律他们会更快乐的话，那么法律作为一件无用之物自己就会消灭。洛克,60、人民的幸福是至高无个的法。西塞罗第一章 无线传感器网络概述无线传感器网络介绍,无线传感器网络的体系结构,无线传感器网络的研究进展无线传感器网络介绍无线传感器网络的概念,无线传感器网络的特征,无线传感器网络的应用,无线传感器网络的理论及应用56、极端的法规，就是极端的不公。,1,无线传感器网络的理论及应用课件,2,无线传感器网络的理论及应用课件,3,无线传感器网络的理论及应用课件,4,无线传感器网络的理论及应用课件,5,分布式,网络没有严格的控制中心，所有节点地位平等，节点之间通过分布式的算法来协调彼此行为，是一个对等网络。,节点可以随时加入或离开网络，任何节点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。,分布式网络没有严格的控制中心，所有节点地位平等，节点之间通过,6,自组织,无需人工干预和任何其他预置的网络设施，可以在任何时刻，任何地方快速展开并自动组网，自动进行配置和管理，通过适当的网络协议和算法自动转发监测数据。,自组织无需人工干预和任何其他预置的网络设施，可以在任何时刻，,7,多跳路由,由于节点发射功率限制，节点的覆盖范围有限，通常只能与它的邻居节点通信。,多跳路由是由普通网络节点协作完成，没有专门的路由设备。每个节点既可以是信息的发起者，也可以是转发者。,多跳路由由于节点发射功率限制，节点的覆盖范围有限，通常只能与,8,安全性差,由于采用了无线信道、分布式控制等技术，网络更容易受到被动窃听、主动入侵等攻击。,网络的通信保密和安全性十分重要，信道加密、抗干扰、用户认证和其他安全措施都需要特别考虑。,安全性差由于采用了无线信道、分布式控制等技术，网络更容易受到,9,无线传感器网络的特征,深入研究表明，无线传感器网络有着与无线自组网络明显不同的技术要求和应用目标。无线自组网络以传输数据为目的，致力于在不依赖于任何基础设施的前提下为用户提供高质量的数据传输服务；而无线传感器网络以数据为中心，将能源的高效使用作为首要设计目标。,无线传感器网络的特征深入研究表明，无线传感器网络有着与无线自,10,无线传感器网络的特征,规模大、密度高,动态性强,应用相关,以数据为中心,可靠性,节点能力受限,无线传感器网络的特征规模大、密度高,11,规模大、密度高,为获取尽可能精确、完整的信息，无线传感器网络通常密集部署在大片的监测区域中，其节点的数量和密度较无线自组网络成数量级地提高。,通过大量冗余节点的协同工作来提高系统工作质量。,规模大、密度高为获取尽可能精确、完整的信息，无线传感器网络通,12,动态性强,要求传感器节点能够随着环境的变化而适时地调整自身工作状态。,网络拓扑结构的变化也要求系统能够很好地适应自身动态多变的“内在环境”。,动态性强要求传感器节点能够随着环境的变化而适时地调整自身工作,13,应用相关,由于不同应用关心不同物理量，其硬件平台、软件系统和通信协议也必然会有很大差异。,无线传感网络不能像Internet那样有统一的通信协议平台。应针对每一个具体的应用来开展设计工作。,应用相关由于不同应用关心不同物理量，其硬件平台、软件系统和通,14,以数据为中心,在无线传感器网络中，人们通常只关心某个区域内某个观测指标的数值，而不会去具体关心单个节点的观测数据。,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。,以数据为中心在无线传感器网络中，人们通常只关心某个区域内某个,15,可靠性,由于无线传感网络可以大规模部署于指定的恶劣环境或无人区域，使得网络维护困难或不可维护，因而要求传感器节点非常坚固、不易损坏、适应极端环境。,为防止数据被盗和伪造，无线传感器网络设计必须具有很好的鲁棒性和容错性。,可靠性由于无线传感网络可以大规模部署于指定的恶劣环境或无人区,16,节点能力受限,电源能量受限,计算和存储能力有限,通信能力有限,节点能力受限电源能量受限,17,无线传感器网络的应用,军事应用,环境应用,医疗应用,家庭应用,工业应用,其他应用,无线传感器网络的应用军事应用,18,无线传感器网络的体系结构,无线传感器网络的系统架构,传感器节点的结构,无线传感器网络的体系结构概述,无线传感器网络的体系结构无线传感器网络的系统架构,19,无线传感器网络的系统架构,终端用户,无线传感器网络的系统架构终端用户,20,无线传感器网络的系统架构,大量的传感器节点随机密布于整个被观测区域中，通过自组织的方式构成网络。,传感器节点通常是一个嵌入式系统。要访问通信范围以外的节点，必须使用多跳路由。,汇聚节点通常具有较强的处理能力、存储能力和通信能力。它连接传感器网络与外部网络，通过协议转换实现管理节点与传感器网络之间的通信，把收集到的数据信息转发到外部网络上，同事发布管理节点提交的任务。,无线传感器网络的系统架构大量的传感器节点随机密布于整个被观测,21,传感器节点的结构,传感器节点的结构,22,传感器节点的结构,传感器节点由传感单元、处理单元、无线收发单元和电源单元等几部分组成。,传感单元用于感知、获取监测区域内的信息，并将其转换为数字信号。,处理单元负责控制和协调节点各部分工作，存储和处理自身采集的数据以及其他节点发来的数据。,无线收发单元负责与其他传感器节点进行通信，交换控制信息和收发采集数据。,电源单元能够为传感器节点提供正常工作所必须的能源。,此外，传感器节点还可以包括其他辅助单元，如移动系统、定位系统和自供电系统等。,传感器节点的结构传感器节点由传感单元、处理单元、无线收发单元,23,无线传感器网络的体系结构概述,应用服务接口,网络管理接口,拓,扑,控,制,服,务,质,量,安,全,/,移,动,/,能,量,网,络,管,理,网络管理平台,网络通信协议,无线传感器网络的体系结构概述应用服务接口网络管理接口拓服安网,24,无线传感器网络的体系结构概述,分层的网络通信协议,网络管理平台,应用支撑平台,无线传感器网络的体系结构概述分层的网络通信协议,25,分层的网络通信协议,物理层：负责信号的调制和数据的收发，所采用的传输介质主要有无线电、红外线、光等。,数据链路层：负责数据成帧、帧监测、媒体访问和差错控制。,网络层：负责路由发现和维护。通常大多数节点无法直接与网关通信，需要中间节点以多跳路由的方式将数据传送至汇聚节点。,传输层：负责数据流的传输控制。主要通过汇聚节点采集传感器网络内的数据，并使用卫星、移动通信网络、Internet等与外部网络通信。,分层的网络通信协议物理层：负责信号的调制和数据的收发，所采用,26,网络管理平台,拓扑控制：拓扑控制利用链路层、路由层完成拓扑生成，反过来又为它们提供基础信息支持，优化MAC协议和路由协议，降低能耗。,服务质量管理：服务质量（QoS）管理在各个协议层设计队列管理、优先级机制或者带宽预留等机制，并对特定应用的数据给予特别处理。,能量管理：每个协议层次中都要增加能量控制代码，并提供给操作系统进行能量分配决策。,安全管理：传统安全机制无法使用。采用扩频通信、接入认证/鉴权、数字水印和数据加密等技术。,移动管理：监测和控制节点的移动，维护到汇聚节点的路由，还可以使传感器节点跟踪它的邻居。,网络管理：对无线传感器网络上的设备及传输系统进行有效监视、控制、诊断和测试所采用的技术和方法。它要求协议各层嵌入各种信息接口，并定时收集协议运行状态和流量信息，协调控制网络中各个协议组件的运行。,网络管理平台拓扑控制：拓扑控制利用链路层、路由层完成拓扑生成,27,应用支撑平台,包括一系列基于监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各种具体应用的支持：,时间同步,定位,应用服务接口,网络管理接口,应用支撑平台 包括一系列基于监测任务的应用层软件，通过应,28,无线传感器网络的研究进展,无线传感器网络的发展历程,无线传感器网络的关键技术,无线传感器网络所面临的挑战,无线传感器网络的研究进展无线传感器网络的发展历程,29,无线传感器网络的发展历程,无线数据网络,无线传感器网络,普适计算,ALOHA系统,分组无线网,无线局域网,无线个域网,无线自组网络,SensorIT,WINS,Smart Dust,SeaWeb,Hourglass,SensorWebs,IrisNet,NEST,无线传感器网络的发展历程ALOHA系统SensorIT,30,普适计算,1991年，Mark Weiser提出了“普适计算（Pervasive Computing）”的思想，即把计算机嵌入到环境或日常工作中去，让计算机本身从人们的视线中消失，使人们注意的中心回归到要完成的任务本身，并可以随时随地和透明地获得数字化的服务。它有如下特点：,普适性,透明性,动态性,自适应性,永恒性,普适计算1991年，Mark Weiser提出了“普适计算（,31,无线传感器网络的关键技术,网络通信协议,核心支撑技术,自组织管理,开发与应用,无线传感器网络的关键技术网络通信协议,32,网络通信协议,受传感器节点能源的限制，计算、存储、通信能力都十分有限，因为节点网络通信协议不能太复杂。,拓扑结构和外界环境的不断变化，对通信协议设计提出更高要求。,传感器网络的通信协议包括物理层、数据链路层、网络层、传输层。,网络通信协议受传感器节点能源的限制，计算、存储、通信能力都十,33,核心支撑技术,核心支撑技术使用网络通信协议提供的服务，并通过应用服务接口来屏蔽底层网络的细节，这些丰富的核心支撑技术构成了一个具体的面向特定应用的网络系统。,无线传感器网络的核心支撑技术包括：拓扑控制、节点定位、时间同步、网内信息处理、网络安全等。,核心支撑技术核心支撑技术使用网络通信协议提供的服务，并通过应,34,自组织管理,自组织管理技术使用网络通信协议提供的服务，通过网络管理接口层来屏蔽底层网络的细节，使终端用户可以方便地管理配置无线传感器网络。,自组织管理技术包括：节点管理、资源与任务管理、数据管理、初始化与系统维护管理等。,自组织管理自组织管理技术使用网络通信协议提供的服务，通过网络,35,开发与应用,作为一种源于应用而又服务于应用的现实可行的网络技术，无线传感器网络还要有一套完整的软硬件设计原则、高效的开发平台以及一系列别具特色的应用实例。,以后的教学内容涉及：仿真平台、硬件系统开发、操作系统、软件开发、环境监测应用、目标追踪应用等。,开发与应用作为一种源于应用而又服务于应用的现实可行的网络技术,36,无线传感器网络所面临的挑战,网络通信协议,实时性,低成本,安全，抗干扰,协作,无线传感器网络所面临的挑战网络通信协议,37,无线传感器网络技术的发展趋势,灵活、自适应的网络协议体系,跨层设计,ZigBee标准规范（一种新兴无线网络通信规范，主要用于近距离无线连接）,与其他网络的融合,无线传感器网络技术的发展趋势灵活、自适应的网络协议体系,38,谢谢！,61,、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈。,CocoChanel,62,、少而好学，如日出之阳；壮而好学，如日中之光；志而好学，如炳烛之光。,刘向,63,、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。,孔丘,64,、人生就是学校。在那里，与其说好的教师是幸福，不如说好的教师是不幸。,海贝尔,65,、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦。,杰纳勒尔,乔治,S,巴顿,谢谢！61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈。CocoCha,39,