无线传感器网络基础综述.ppt

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1、无线传感器网络学习汇报,学号：2011111669-苏令 2012/2/17,主要内容：,WSN概述WSN的体系结构WSN的特征WSN的应用WSN的无线通信特点WSN的协议（MAC协议）WSN的覆盖以及相关问题,WSN概述,无线传感器网络（wireless sensor network,WSN）系统是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等。,WSN概述（续）,无线传感器网络（wireless sensor network,WSN）就是由部署在检测区域内大量的廉价卫星传感器节点组

2、成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知的对象信息，并发送给观察者。构成WSN的三要素：传感器、感知对象、观察者。,WSN的体系结构,传感器网络结构,WSN的体系结构（续）,传感器节点结构,WSN的体系结构（续）,传感器网络协议栈,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（

3、续）,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,WSN的特征（续）,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的应用,军事上的应用智能家居环境观测和预报系统医疗护理建筑物状态监控（航天等）空间探索,WSN的无线通信特点,无线信道特性信道环境的复杂性信道环境的随机性信道环境的时变性,无线信道的传播模型分为：路径损耗模型阴影衰落损耗模型多径衰落损耗模型,WSN的无线通信特点(续),无线通信的能耗 通常情况下，无线传感器节点由电池供电，受到电池容量的限制，提高能量效率以延长工作

4、时间成为wsn主要的设计准则。wsn单节点能耗特性数据采集模式能耗特性（由传感器特性决定）数据处理模块能耗特性(主要包括微处理器与存储器）无线通信模块能耗特性（主要包括功率放大器和电路）,WSN的无线通信特点(续),降低单节点能耗相关技术设计阶段调制技术协作通信技术应用阶段休眠技术,WSN的协议,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,WSN的协议（续）,MAC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

5、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。,WSN的协议（续）,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（续）,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（续）,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：网络业务具有明显的方向性能量优先基于局部拓扑信息以数据为中心密集

6、布设的大规模网络,WSN的协议（续）,路由协议分类基于层次的路由协议。基于查询的路由协议。地理位置的路由协议。可靠的路由协议。,WSN的覆盖及其相关问题,覆盖是对目标监控区域探测性的一种度量覆盖问题：网络布设固定目标的网络布设移动目标的监控布设节点休眠调度覆盖性连通性覆盖性和连通性的关系,WSN的覆盖及其相关问题(续),节点重布设增补重布设移动重布设覆盖模型是指空间位置与探测质量的关系布尔覆盖模型一般覆盖模型协作覆盖模型概率覆盖模型,WSN的覆盖及其相关问题(续),覆盖的度量指标面积覆盖率(静止监控区域)检测概率（移动目标）,关键技术,网络拓扑控制网络协议网络安全时间同步定位技术数据融合数据管

7、理无线通信技术嵌入式操作系统应用层技术,复杂网络的scale-free性研究,复杂网络的定义复杂网络（Complex Network），具有自组织、自相似、吸引子、小世界、无标度中部分或全部性质的网络称为复杂网络。幂律分布：系统中个体的尺度相差悬殊,缺乏一个优选的规模。可以说,凡有生命的地方,有进化,有竞争的地方都会出现不同程度的无标度（scale-free）现象。,复杂网络的两个拓扑参数,构造Internet拓扑结构图的两种方法：,研究表明这两种拓扑结构的Internet均是scale-free网络，服从幂律分布,复杂网络的两个拓扑参数（续）,连接率：描述了一个图中节点与节点之间相互连接的程度，连接率越大，相互连接的程度越高。,复杂网络的两个拓扑参数（续）,吸引率：试图定量描述节点集V1对其外部节点的吸引程度，即在所有外部节点发射出来的连接数当中指向V1的连接数所占的比例恰好衡量了这种吸引程度。我们将V1的吸引率定义为：,谢谢大家！,