第3章_无线传感网

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1、第3章无线传感网•主讲：郭婧•Email：guojing@njupt.edu.cn•QQ群：330228194（物联网导论）课件及配套教材:《物联网导论》第二版(由清华大学物联网导论团队提供)无线传感网无线传感网（WirelessSensorNetworks，WSN）•是指由一组随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信模块的传感器节点以自组织方式构成的无线网络，用于实时监测网络覆盖区域的各类监测对象的信息。•WSN综合了传感器技术、无线通信技术、嵌入式系统技术、分布式信息处理等技术，是一项集成了多学科的技术领域，是物联网实现感知功能的重要技术。2本章内容•3.1发展历史•3.2硬件平

2、台•3.3操作系统＊•3.4组网技术•3.5典型应用3概述•定义•我国国家标准（GB7665-2005）对传感器的定义是：“能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置”。•传统传感器的局限性•网络化、智能化的程度十分有限，缺少有效的数据处理与信息共享能力•现代传感器•特点：微型化、智能化和网络化•典型代表：无线传感节点4概述•无线传感节点的组成：电池、传感器、微处理器、无线通信芯片；相比于传统传感器，无线传感节点不仅包括传感器部件（左上图），还集成了微型处理器和无线通信芯片等，能够对感知信息进行分析处理和网络传输。传感器微处理器无线通信芯片电池被测量电量敏感元件转换元件

3、基本电路5概述•无线传感器的“三化”发展方向微型化25°C1+1=2传感器微处理器无线通信电池智能化网络化6本章内容•3.1发展历史•3.2硬件平台•3.3操作系统＊•3.4组网技术•3.5典型应用7传感器技术发展史：两条主线1996年，LWIM团队将多种传感器、控制和通信芯片集成在一个加州洛杉矶分校LWIN项目设备上，开发了LWIM节点对无线低功耗无线传感节点传感器1998年，LWIM团队和的研究Rockwell科学中心合作开发了始于20WINS节点世纪901999年，该校发布了WeC节点年代加州伯克莱分校SmartDust项目微型化传感器节点之后，该校又发布了一系列节点，包括Mic

4、a、Mica2、Mica2Dot，MicaZ8传感器技术发展史:“智能尘埃”的具体实现•加州大学伯克利分校2002年•美国大鸭岛（GreatDuckIsland）•32个MICA节点•数据采集内容：温度、湿度、光照和大气压力•监测目的：持续监测海燕在繁殖季节的习性，收集相关环境数据供动物学家分析。9传感器技术发展史：更早的无线传感网•前哈佛大学计算机系教授，现任谷歌研究中心资深研究员的MattWelsh认为，最早的无线传感器网络原型系统是美国军方于1967年在越南战争期间部署的“雪屋”系统（IGLOOWHITE）10传感器技术发展史：缓慢提升的性能•计算机硬件的发展通常遵循摩尔定律：集

5、成电路上可容纳的晶体管数量，约每隔18个月增加一倍，性能也将提升一倍。•无线传感器节点并没有像摩尔定律预测的速度发展！硬摩尔定律件预测的曲线能力传感器节点发展曲线2004时间11制约传感器性能提升的因素？•技术发展不均衡：无线传感网传输和感知两大功能不匹配。即易感不易传，易传不易感。•功耗的制约：无线传感节点一般被部署在野外，不能通过有线供电。其硬件设计必须以节能为重要设计目标。•价格的制约：无线传感节点一般需要大量组网，以完成特定的功能。其硬件设计必须以廉价为重要设计目标。•体积的制约：无线传感节点一般需要容易携带，易于部署。其硬件设计必须以微型化为重要设计目标。12大规模长时间部署

6、传感器的设计要求低成本与微型化•低成本的节点才能被大规模部署，微型化的节点才能使部署更加容易•节点的软件设计也需要满足微型化的需求。例如TelosB节点的内存大小只有4KB，程序存储的空间只有10KB。因此，节点程序的设计必须节约计算资源，避免超出节点的硬件能力13大规模长时间部署传感器的设计要求低功耗•在硬件设计上采用低功耗芯片•例如TelosB节点使用的微处理器，在正常工作状态下功率为3mW，而一般的计算机的功率为200到300W•软件节能策略来实现节能•软件节能策略的核心就是尽量使节点在不需要工作的时候进入低功耗模式，仅在需要工作的时候进入正常状态14大规模长时间部署传感器的设计

7、要求灵活性与扩展性•传感器节点被用于各种不同的应用中，因此节点硬件和软件的设计必须具有灵活性和扩展性•节点的硬件设计需满足一定的标准接口，例如节点和传感板的接口统一有利于给节点安装上不同功能的传感器•软件的设计必须是可剪裁的，能够根据不同应用的需求，安装不同功能的软件模块15大规模长时间部署传感器的设计要求鲁棒性•鲁棒性是实现传感器网络长时间部署的重要保障•对于普通的计算机，一旦系统崩溃了，人们可以采用重启的方法恢复系统，而传感器节点则不行，就