高级无线通信_AWMC_第2章_无线传感器网络研究进展

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1、无线传感器网络研究进展1主要内容•概述•协议栈主要研究内容–管理平面–协议层次•研究进展–协议改进–支撑技术–数据为中心的特点2概述：传感器网络•WSN的目的：协作地感知、采集、处理和发布感知信息•WSN三个基本要素：感知对象：EVENT感知节点：既有感知功能，也有路由及转发功能，检测周围事件的发生或环境的变化SINK：从传感器节点采集并处理最终的检测数据。•传感器网络的基本功能–传感器网络是由一组传感器以特定方式构成的有线或无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并发布给观察者•传感器部署–随机性部署：以

2、撒布方式部署，节点随机分布，以AdHoc方式工作。–确定性部署：预先确定部署方案和节点位置，路由预先选定。•传感器网络结构–同构：节点具有同样的运算、存贮能力和能量–异构：节点具有不同的能力和重要性3WSN概述－网络基础架构因特网BCLarge#SensorsDEALowPower网络节点Ad-HocN/W接收发送器（Sink）传感器分布区域传感器板：传感器节点•气体传感器•温度传感器•湿度传感器Sink网关：Mote：•把接收数据传输给其它媒介如：Internet、卫星等•微处理器•RF传输和接受设备•电池和太阳能供电4传感器网络和Adho

3、c网络的比较•传统观点：二者相同，起码类似。•事实上：–WSN中的节点数量、节点密度远大于Adhoc网络–WSN节点没有统一（固定）的节点标识–WSN节点容易失效–WSN网络拓扑的变化十分频繁•WSN主要用广播方式通信，而大部分Adhoc网络是基于点到点通信方式的•WSN节点的电能，计算能力及存储器容量都很有限•WSN并不十分关心单节点上的信息，而中间节点上与具体应用相关的数据处理、融合和缓存则显得很有必要5WSN的网络协议6研究现状•目前对于无线传感器网络的研究主要集中在网络协议：–各类协议研究：约占研究点的35％；–针对能耗管理的研究，约

4、占16％；–各类定位算法、体系结构设计和可靠性研究，三者共占研究点的24％；•但是对于原型系统的设计研究相对较少7传感器网络协议栈•sink和传感器节点之间的协议8管理平面•三个管理平面使传感器节点协同工作达到省电，节点移动和共享资源的要求•电源管理平面–管理传感器节点的电源使用方式•例如，可以使传感器节点在收到一个消息后关闭接收器•当一个节点电量低时，可以向邻居节点广播电量不足消息，并不再参与转发数据•移动管理平面–检测和登记传感器节点的移动–了解谁是自己的相邻节点•任务管理平面–在一个特定的区域内均衡及调度传感任务–在一个区域内并非所有的

5、传感器节点都要同时执行传感任务9主要研究内容－协议栈•物理层：节点无线通信•链路层：使传感器节点公平、有效、节能地共享通信资源•网络层：需要适应拓扑频繁改变和具有高度可扩展性的新协议•传输层：目前还没有关于传感器网络传输层机制和协议的建议•应用层：三种可能的应用层协议–传感器管理协议–任务分配和数据分发协议–传感器查询和数据分发协议10物理层•传输媒体•大多采用ISM频段–短距离的无线低功率通信最适合传感器网络–红外•不需要许可证，抗干扰•要求收发双方在视线之内–光•不排除用光作为通信媒体•主要解决的问题：–频率选择，载频发生，信号检测，调制

6、，数据加密–信号传播•传播信号需要的最小发送功率和传输距离d的n次方（dn）成正比，2<=n<4.–为了减小传输距离，传感器网络采用多跳（multihop）通信方式11数据链路层（MAC）•MAC功能:–使传感器节点公平和有效地共享通信资源•现有的MAC协议不适合传感器网络–现有MAC协议的主要目标是提高网络带宽利用率•传感器网络的MAC协议必须包含节能、移动管理和故障恢复策略12传感器网络的MAC协议•目前建议的几种MAC协议：–SMACS/EAR•Self-organizingMediumAccessControlforSensorNet

7、works•EavesdropAndRegister监听与注册–CSMA/ARC•adaptivetransmissionratecontrol–HybridTDMA/FDMA13SMACS和EAR•SMACS协议完成网络初始化和链路层的组织工作–将邻居发现和信道分配结合起来，当节点获得所有邻节点信息时就完成网络连接–通信链路由一对固定频率按照随机选择的时隙进行–用连接阶段随机唤醒和空闲时隙关闭机制实现节能•EAR算法支持移动节点的无缝连接–实现移动节点提供连续服务–移动节点控制连接过程14基于CSMA的媒体接入协议•二个重要组成部分：侦听，

8、退避（backoff）•传统的CSMA是在随机分布传输假设基础上趋向于独立的点对点数据流,针对传感器的MAC协议必须能够提供数量可变的、时变的数据流。•自适应传输速