第4章无线传感器网络技术信息科学与工程学院宁波大学

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1、第4章无线传感器网络技术无线传感器网络与物联网的区别：(1)物联网以互联网为基础，无线网络为补充；传感网以无线网为基础(2)物联网解决“是谁”，传感网解决“怎样”无线传感器网络与传统网络的区别：“收集和处理信息为目的”“通信为目的”4.1无线传感器网络概述4.1.1无线传感器网络介绍4.1.2传感器网络体系结构4.1.3传感器网络的发展4.1.1无线传感器网络介绍无线传感器网络（WirelessSensorNetwork,WSN）是由部署在监测区域内大量的微型传感器节点通过无线电通信形成的一个多跳的自

2、组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域内被监测对象的信息，并发送给观察者。“智能尘埃”无线数据网络：专为数据传输而设计，如IEEE502.11、蓝牙热点问题：无线自组织网络技术无线传感网络：逻辑上的信息世界与客观上的物理世界融合在一起，改变人与自然界的交互方式无中心节点的全分布系统无线传感器网络具有以下的特点：（1）大规模网络（2）自组织网络（3）多跳路由（4）动态性网络（5）可靠的网络（6）以数据为中心的网络（7）应用相关的网络传感网与现有无线网络具有明显区别：传感网与无线Mesh

3、网络相比，传感网的业务量较小，无线Mesh网络业务量较大，主要是互联网业务(包括多媒体业务)；传感网移动性较强，因而能源问题是传感网的主要问题，而无线Mesh网络是固定的，即使移动其移动性也很小，所以可以直接由电网供电，其节点能量不受限制。(3）计算和存储能力有限（1）电源能量有限（2）通信能力有限现实约束传感器节点的现实约束传感器网络的应用前景非常广阔，随着传感器网络的深入研究和广泛应用，传感器忘了将逐渐深入到人类生活的各个领域。（1）军事应用（2）环境观测和预报系统（3）医疗护理（4）智能家居（5

4、）建筑物状态监控4.1.2传感器网络体系结构传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分组成。传感器节点基本组成传感器节点的网络协议栈物理层提供简单但健壮的信号调制和无线收发技术；数据链路层负责数据成帧、帧检测、媒体访问和差错控制；网络层主要负责路由生成与路由选择；传输层负责数据流的传输控制，是保证通信服务质量的重要部分；应用层包括一系列基于监测任务的应用层软件；能量管理平台管理传感器节点如何使用能源，在各个协议层都需要考虑节省能量；移动管理平台检测并注册传感器节点的移动，维护

5、到汇聚节点的路由，使得传感器节点能够动态跟踪其邻居的位置；任务管理平台在一个给定的区域内平衡和调度监测任务。4.1.3传感器网络的发展无线传感器网络的基本思想起源于20世纪70年代。1978年，DARPA在卡耐基-梅隆大学成立了分布式传感器网络工作组。1980年DARPA的分布式传感器网络项目（WSN）开启了传感器网络的研究先河。20世纪80年代至90年代，研究主要在军事领域，成为网络中心战的关键技术，拉开了无线传感器网络研究的序幕。20世纪90年代中后期，WSN引起了学术界、军界和工业界的广泛关注，

6、开启了现代意义的无线传感器网络技术。WSN的地位可从以下三方面分析：（1）第四代传感器网络（2）新一代计算设备（3）普适计算的一个重要途径4.2无线传感器网络的技术体系4.2.1自组网技术4.2.2节点定位技术4.2.3时间同步技术4.2.4安全技术4.2.1自组网技术移动自组织(Ad-Hoc)网络是一种多跳的临时性自治系统，它的原型是美国早在1968年建立的ALOHA网络和之后于1973提出的PR(PacketRadio)网络。IEEE在开发802.11标准时，提出将PR网络改名为Ad-Hoc网络，

7、也即今天我们常说的移动自组织网络。作为一种分布式网络，移动自组织网络是一种自治、多跳网络，整个网络没有固定的基础设施，能够在不能利用或者不便利用现有网络基础设施(如基站、AP)的情况下，提供终端之间的相互通信。由于终端的发射功率和无线覆盖范围有限，因此距离较远的两个终端如果要进行通信就必须借助于其它节点进行分组转发，这样节点之间构成了一种无线多跳网络。与其他传统通信网络相比，自组织网络具有以下显著特点：(1)无中心和自组织性。(2)动态变化的网络拓扑。(3)受限的无线传输带宽。(4)安全性较差。(5)

8、多跳路由。4.2.2节点定位技术在传感器网络节点定位技术中，根据节点是否已知自身的位置，把传感器节点分为信标节点和未知节点。4.2.2节点定位技术邻居节点（neighbornode）跳数（hopcount）跳段距离（hopdistance）基础设施（infrastructure）到达时间（TimeOfArrival，TOA）到达时间差（TimeDifferenceOfArrival，TDOA）接收信号强度指示（ReceivedSignalStrength