无线传感器网络调研报告.ppt

无线传感器网络调研报告,代文文2010年4月,提纲：,一、无线传感器网络简介二、WSN体系结构三、WSN的特点四、WSN的应用领域五、WSN的关键技术七、总结,一、无线传感器网络简介,无线传感器网络是一种特殊的Ad-hoc网络，可应用于布线和电源供给困难的区域、人员不能到达的区域（如受到污染、环境不能被破坏或敌对区域）和一些临时场合（如发生自然灾害时，固定通信网络被破坏）等。它不需要固定网络支持，具有快速展开，抗毁性强等特点，可广泛应用于军事、工业、交通、环保等领域，引起了人们广泛关注。无线传感器网络典型工作方式如下：使用飞行器将大量传感器节（数量从几百到几千个）抛撒到感兴趣区域，节点通过自组织快速形成一个无线网络。节点既是信息的采集和发出者，也充当信息的路由者，采集的数据通过多跳路由到达网关。网关（一些文献也称为Sinknode）是一个特殊的节点，可以通过Internet、移动通信网络、卫星等与监控中心通信。也可以利用无人机飞越网络上空，通过网关采集数据。,传感器，感知对象，观察者构成了传感器网络的三个要素。传感器网络，塑料电子和仿生人体器官又被称为全球未来的三大高科技产业。,二、WSN的体系结构,a.传感器节点结构传感器节点通常由传感单元、处理单元、无线通信单元和电源四个部分组成，如图2-1所示。传感单元监测周围区域、采集相关信息并对其进行模数转换。处理单元负责操控整个节点，对由传感单元采集到的信息和其他节点发送过来的信息进行存储和处理。无线通信单元负责和其他节点或基站进行通信，收发采集的数据，完成信息的传送。电源为传感器节点各部分的运行提供能量支持，一般采用微型电池且不易更换。,b.传感器网络结构无线传感器网络体系结构一般包括三种类型的节点，即传感器节点、汇聚节点和任务管理节点如图2-2所示。传感器节点的散布是通过人工、飞机空投等随机布置的方式完成，较为密集地散落在监测区域内。一旦布置完成，各节点就通过自组织的方式构成网络。节点采集的数据通过网络进行转发，以多跳的方式沿着其他节点逐跳地传送到汇聚节点。汇聚节点将采集到的信息通过互联网或卫星传送给任务管理节点，由后者进行信息的处理、分析、判断，进而作出决策。,c.传感器网络协议栈随着无线传感器网络的不断发展，研究人员提出了各种各样的传感器网络协议栈。其中最经典的协议栈如图2-3所示。此协议栈受到互联网协议栈五层协议的启发，也由低到高包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。此外，其还包括能量管理平台、移动管理平台和任务管理平台三大平台。,各协议层的功能如下:(1)物理层的关键技术是信号调制和无线收发技术。(2)数据链路层负责数据流多路技术、数据帧探测、媒体访问和差错控制。(3)网络层主要关注路由技术，负责路由生成和路由选择。(4)传输层负责数据流的传输控制，其任务是保证通信服务的质量。(5)应用层包括各种应用软件，并为应用软件的开发提供有效的开发环境和工具。,三大平台的功能如下:(1)能量管理平台对节点如何使用自身能量进行管理，且考虑如何在协议层进行节能。(2)移动管理平台探测和记录传感器节点的移动，使得节点能够跟踪判断邻居节点的位置。(3)任务管理平台平衡和调度特定区域内传感器节点的监测任务，以衡网络负载。,三、WSN的特点,(1)大规模网络。为了获得精确的信息，往往需要在检测区域布置大量的传感器节点。(2)自组织网络。无线传感器网络的布设没有任何的基础设施作为辅助，当大量传感器节点被撒到监测区域后，需要它们迅速组织成一个独立的网络。(3)动态拓扑。传感器网络的拓扑结构可能会因为节点的死亡或者新节点的加入而动态变化。(4)应用相关的网络。物理世界的多样性需要我们针对不同的应用设计出不同的传感器网络。(5)以数据为中心。用户使用传感器网络查询数据时，只需要把任务信息告诉给传感器网络就可以了，不需要关心到底是哪个节点监测到的结果。,四、WSN的应用领域,传感器网络的应用前景非常广阔，能够广泛应用于军事、环境监测和预报、健康护理、智能家居、建筑物状态监控、复杂机械监控、城市交通、空间探索、大型车间和仓库管理，以及机场、大型工业园区的安全监测等领域。随着传感器网络的深入研究和广泛应用，传感器网络将逐渐深入到人类生活的各个领域。,1、军事领域,由于无线传感器网络具有密集型、随机分布的特点，使其非常适合应用于恶劣的战场环境中，使其非常适合应用于恶劣的战场环境中，包括侦察敌情、监控兵力、装备和物资，判断生物化学攻击等多方面用途。美国国防部远景计划研究局已投资几千万美元，帮助大学进行"智能尘埃"传感器技术的研发。哈伯研究公司总裁阿尔门丁格预测：智能尘埃式传感器及有关的技术销售将从2004年的1000万美元增加到2010年的几十亿美元。,2、民用领域,1995年，美国交通部制订了“国家智能交通系统项目规划”。该规划计划建立一个大范围全方位实时高效的综合交通运输管理系统，此系统将融合传感器技术、通信技术、控制技术、计算机处理技术等多种技术，利用无线传感器网络进行交通管理。而后于2002年10月24日，IT巨头美国英特尔公司发布了“基于微型传感器网络的新型计算发展规划”。英特尔将分三个阶段实施该规划，即物理阶段、实现阶段和应用阶段。物理阶段的任务是开发超微型传感器，也称作尘粒(Mote)或智能微尘(Sm盯tDust)。实现阶段将在商务实践中使用传感器网络的监测数据。应用阶段将把传感器网络推广到医疗健康、环境监测等实际领域。,3、学术界,美国加州大学洛杉矶分校、伯克利分校、南加州大学、麻省理工学院等学校首先开展了对无线传感器网络的研究。随着传感器网络巨大应用价值的日益凸显，加拿大、德国、英国、日本、意大利等国家的研究机构也纷纷加入到了无线传感器网络的研究之中。我国这方面的研究虽然开展时间较晚，但发展势头迅猛。中科院软件所、计算所、自动化所、电子所、上海微系统研究所、合肥智能技术研究所等科研机构，哈尔滨工业大学、黑龙江大学、国防科技大学、清华大学、北京邮电大学、西北工业大学等高校均已开展无线传感器网络的研究。目前，学术界的研究主要集中在如下三个领域:传感器网络技术、传感器网络通信协议和感知数据查询处理技术。,五、WSN的关键技术,网络拓扑控制网络协议网络安全时间同步定位技术数据融合数据管理无线通信技术嵌入式操作系统,网络拓扑控制,传感器网络拓扑控制目前主要研究的问题是在满足网络覆盖和联通度的前提下通过功率控制和骨干网节点的选择，剔除节点间不必要的通信链路，生成一个高效的数据转发的网络拓扑结构。,网络协议,目前的研究重点是网络层协议和数据链路层协议，网络层的路由协议决定监测信息的传输路径，数据链路层的介质访问控制用来构建底层的基础机构以控制传感器节点的通信过程和工作模式。,网络安全,为了保证任务执行的机密性、数据产生的可靠性、数据融合的高效性以及数据传输的安全性等。Wsn需要实现一些最基本的安全机制。,时间同步,时间同步时需要协同工作的传感器网络系统的一个关键机制，如测量移动车辆的速度需要计算不同传感器监测事件的时间差。,定位技术,确定事件发生的位置或采集数据节点的位置是传感器网络的基本功能之一。由于传感器节点存在资源有限、随机部署、通信易受环境干扰甚至节点失效等特点，定位机制必须满足自组织性、健壮性、能量高效性、分布式计算等要求。,数据融合,传感器网络存在能量的约束。减少传输的数据量能够有效的节省能量。因此，在从各个传感器节点收集数据的过程中，可以利用节点的本地计算和存储能力处理数据的融合，去除冗余信息，从而达到节省能量的目的，由于传感器节点的失效性使得传感器网络也需要数据融合技术对多份数据进行综合，提高信息的准确度。,数据管理,传感器网络的数据管理系统的结构主要有集中式、半分布式、分布式以及层次式结构，目前大多数研究工作均集中在半分布式结构方面。,七、总结,基于前期所作的工作，我做出以上总结，并希望能在路由算法这一块有所研究。,谢谢,