传感器技术与应用第3版教学课件作者金发庆第11章节传感器网络课件

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1、第11章传感器网络11.1传感器网络概述11.2传感器网络信息交换体系11.3OSI开放系统互连参考模型11.4传感器网络通信协议11.5无线传感器网络11.6实训11.1传感器网络概述通信技术和计算机技术的飞速发展，人类社会已经进入了网络时代。智能传感器的开发和大量使用，导致了在分布式控制系统中，对传感信息交换提出了许多新的要求。单独的传感器数据采集已经不能适应现代控制技术和检测技术的发展，取而代之的是分布式数据采集系统组成的传感器网络。传感器1传感器2传感器3信号处理器信号处理器信号处理器计算机计算机计算机

2、传输线执行器执行器执行器图11-1分布式传感器网络系统结构11.1.1传感器网络的作用1.可以实施远程采集数据，并进行分类存储和应用。2.多个用户可同时对同一过程进行监控。3.凭借智能化软硬件，灵活调用网上各种计算机、仪器仪表和传感器各自的资源特性和潜力。4.区别不同的时空条件和仪器仪表、传感器的类别特征，测出临界值，作出不同的特征响应，完成各种形式、各种要求的任务。专家们高度评价和推崇传感器网络，把传感器网络同塑料、电子学、仿生人体器官一起，看作是全球未来的四大高技术产业。预言它们将掀起新的产业浪潮。11.1

3、.2传感器网络的结构传感器网络可用于人类工作、生活、娱乐的各个方面，可用于办公室、工厂、家庭、住宅小区、机器人、汽车等多种领域。传感器网络的结构形式多种多样，可以是如图11-1所示全部互连形的分布式传感器网络系统。也可以是如图11-2所示的多个传感器计算机工作站和一台服务器组成的主从结构传感器网络。可以是以太网或其他网络形式，总线连接可以是环形、星形、线形。传感器1传感器n计算机n计算机1执行器执行器存储器服务器总线连接图11-2主从结构传感器网络传感器网络还可以是多个传感器和一台计算机或单片机组成的智能传感器

4、，如图11-3所示。亮度传感器烟雾传感器温度传感器声音传感器气压传感器按键接口电路数字信号处理接口单片机执行设备LCD显示设备图11-3传感器网络组成的智能传感器传感器网络可以组成个人网、局域网、城域网，甚至可以连上遍布全球的Internet互联网，如图11-4所示。若将数量巨大的传感器加入互联网络，则可以将互联网延伸到更多的人类活动领域。传感器1传感器n数字信号处理器A/D转换A/D转换数字信号处理器Internet网用户1用户n图11-4数量巨大的传感器加入Internet互联网络目前，传感器网络建设工作遇

5、到的最大问题是传感器的供电电源问题。理想的情况是能保持几年不更换的高效能电池，或采用耗电少的传感器。值得关注的是，随着移动通信技术的发展，传感器网络也正朝着开发无线传感器网络的方向发展。11.2传感器网络信息交换体系传感器网络系统信息交换体系涉及到：协议、总线、器件标准总线、复合传输、隐藏、数据链接控制。协议是传感器网络上各分布式系统之间进行信息交换而达成共识的一套规则或约定。对于一个给定的具体应用，在选择协议时，必须考虑传感器网络系统功能和使用硬件、软件与开发工具的能力。传感器网络上各分布式系统之间进行可靠的

6、信息交换，最重要的是选择和制定协议。一个统一国际标准的协议可以使各厂家都生产符合标准规定的产品，不同厂家的传感器和仪器仪表可以互相代用，不同的传感器网络可以互相连接，相互通信。11.3OSI开放系统互连参考模型有好几个工业委员会和公司花费了大量精力去创造一种各个企业和机构可接受的协议。其中最重要的为国际标准化组织（ISO）定义了一种开放系统互连参考模型，即OSI参考模型。11.3.1OSI参考模型的层次结构OSI参考模型规定了一个网络系统的框架结构，把网络从逻辑上分为七层。各层通信设备和功能模块分别为一个实体，

7、相对独立，通过接口与其相邻层连接。相应协议也分七层，每一层都建立在下层之上，每一层的目的都是为上层提供一定的服务，并对上层屏蔽服务实现的细节。各层协议互相协作构成一个整体，称为协议簇或协议套。所谓开放系统互连，是指按这个标准设计和建成的计算机网络系统都可以互相连接。用户进程（设备和文件）经过OSI开放系统互连参考模型的七层模型规范操作后，进入光纤、电缆、电波等物理传输媒质，传输到对方。OSI的七层模型和规范如图11-5所示。用户设备和文件第六层表示层数据表示形式转换及加密等规范第七层应用层应用程序间的通信步骤规

8、范第五层会话层用户间会话的传输控制步骤规范第四层传输层数据传输的分组、异常回复规范第三层网络层虚拟的通信线路选择确定方式规范第二层链路层相同媒体间的数据传输规范第一层物理层线路上连接的设备电气特性规范光纤、电缆、电波等物理传输媒质图11-5OSI的七层模型和规范发送用户数据信息进入第七层实体，经该层协议操作后，在其前面加上该层协议操作标头（协议控制信息PCI），组成协议数据单元PDU。