无线传感器网络概论幻灯片.ppt

WSN的特征 ☆与无线网络的区别 传感器网络集成了监测、控制以及无线通信的网络系统，节点数目庞大（上千甚至上万），分布密集，因环境和能量的耗尽，容易出现故障，节点通常固定不动。能量、处理能力、存储能力、通信能力有限。不同于传统无线网络的高服务质量和高效的带宽的利用，节能是其设计的首要考虑因素。 WSN的特征 ☆节点的限制 ※电池能量有限 ※通信能力有限 能量消耗和通信距离关系E正比于d (n).{2n4} ※计算和存储能力有限 ☆传感器网络的特点： 大规模网络 自组织网络 动态性网络 可靠性网络 应用性相关的网络 以数据为中心的网络 WSN的特征 关键技术 网络协议 时间同步 定位技术 网络拓扑控制 数据融合 数据管理 无线通信技术 嵌入式操作系统 应用层技术 传感器网络协议栈 WSN的协议 MAC协议 MAC协议 在无线传感器网络中，介质访问控制协议决定无线信道的使用方式，在传感器节点之间分配有限的无线通信资源，用来构建传感器网络系统的底层基础结构。 ☆设计MAC协议时考虑： ※节省能量 ※可扩展性 ※网络效率 Time A B C cs DATA cs DATA A B C D Time cs DATA RTS CTS Blocked ACK WSN的协议 MAC网络能量浪费主要原因： 数据重传，耗费节点更多能量。 节点接受不必要的数据。 节点不需要发送数据时，过度侦听。 信道分配时，控制消息过多。 MAC协议 节点无线通信模块的状态包括：发送状态、接受状态、侦听状态、睡眠状态。 各状态耗能按上述顺序依次减少，因此通常采用”侦听/睡眠”交替使用的无线信道使用策略。 WSN的协议 MAC协议 针对不同的传感器网络应用，提出不同的MAC协议，主要分3类： 时分复用（TDMA）的MAC协议。 随机竞争的MAC协议。 其他MAC协议。如：频分复用或码分复用等协议。 WSN的协议 路由协议 和传统的路由协议相比，无线传感器的路由协议有以下特点： ☆能量优先 ☆基于局部拓扑信息 ☆以数据为中心 ☆应用相关 WSN的协议 Source Sink Interest Gradient WSN的协议 DD(Directed Diffusion)协议 WSN的协议 DD(Directed Diffusion)协议 Source Sink Gradient Data Reinforcement WSN的时间同步技术 NIC Sender Receiver 1 Receiver 2 Critical Path NIC Sender Receiver Critical Path Time Traditional critical path: From the time the sender reads its clock, to when the receiver reads its clock RBS: Only sensitive to the differences in receive time and propagation delay RBS reduces error by removing much uncertainty from critical path 研究两物体间的空间关系 WSN的定位技术 WSN的定位技术 给定部分节点的位置信息，确定其他节点的位置 Known Location Unknown Location Any Questions * 《MIT技术评论》：麻省理工学院学刊 传感器网络、塑料电子学和仿生人体器官被列为未来3大高科技产业 效用计算、传感器网络、塑料电子学和仿生人体器官是全球未来的四大高技术产业 * DARPA：（Defence Advanced Research Projects Agency） 洛杉矶加利福尼亚大学（University of California, Los Angeles，通常缩写为UCLA，也常譯稱為加州大學洛杉磯分校） * 在美国军方、美国国家自然科学基金和一些跨国企业的支持下，美国在90年代初便开展了无线传感器网络的研究和开发。其中，具有代表性的项目包括： 1993?D1999年间由美国国防高级研究计划署(DARPA)资助，加州大学洛杉矶分校(UCLA)承担的WINS项目；1999?D2001年间由 DAPRA资助，UC?Berkeley承担的Smart?Dust项目；1998?D2002年DARPA资助，加州大学伯克利分校等25个机构联合承 担的SensIT计划；1999?D2004年间海军研究办公室的S