知识3：WSN技术、协议和标准 一：无线传感网概述 1无线传感器网络介绍 无线传感器网络(Vireless Sensor Network,WSN)是由大量的静止或移动的 传感器以自组织和多跳的方式构成的无线例络，以协作地感知、采集、处理和传 输网络覆盖地里区域内被感知对象的信息，并最终把这些信息发送给网络所有 者， 特点： (1)大规模网络 (2)多跳路由 (3)动态特性 (4)可靠网络 (5)以数据为中心的网络 分布式：把一个需要非常巨大的计算能力才能解决的问题分成许多小的部 分，然后把这些部分分配给许多计算机进行处理，最后把这些计算结果综合起来 得到最终的结果。 自组织：如果一个系统靠外部指令而形成组织，就是他组织：如果不存在外 部指令，系统按服相互默契的某种规侧，各尽其责而又协调地自动地形成有序结 构，就是自组织， 多跳路由：在无线网铬中，任何无线设备节点都可以同时作为AP和路由器， 网络中的每个节点都可以发送和接收信号，每个节点都可以与一个或者多个对等 节点进行直接通信 约束：能源有限、通信能力有限、计算存储有限 无线传感器网铬所具有的众多类型的传感器，可探测包括地震、电磁、祖度、 醒度、噪声、光强度、压力、土菜成分、移动物体的大小、速度和方向等周边环 境中多种多样的现象。滑在的应用领域以归纳：军事、航空、防爆，散灾、 环境、医疗、保健、家居、工业、商业等领城。 2传感器网络体系结构 互钢和业是 及节点 务量理情点 刀 0 脑颜风减 传8落节点
知识 3：WSN 技术、协议和标准 一： 无线传感网概述 1 无线传感器网络介绍 无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是由大量的静止或移动的 传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，以协作地感知、采集、处理和传 输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息，并最终把这些信息发送给网络所有 者。 特点： （1） 大规模网络 （2） 多跳路由 （3） 动态特性 （4） 可靠网络 （5） 以数据为中心的网络 分布式：把一个需要非常巨大的计算能力才能解决的问题分成许多小的部 分，然后把这些部分分配给许多计算机进行处理，最后把这些计算结果综合起来 得到最终的结果。 自组织：如果一个系统靠外部指令而形成组织，就是他组织；如果不存在外 部指令，系统按照相互默契的某种规则，各尽其责而又协调地自动地形成有序结 构，就是自组织。 多跳路由：在无线网络中，任何无线设备节点都可以同时作为 AP 和路由器， 网络中的每个节点都可以发送和接收信号，每个节点都可以与一个或者多个对等 节点进行直接通信 约束：能源有限、通信能力有限、计算存储有限 无线传感器网络所具有的众多类型的传感器，可探测包括地震、电磁、温度、 湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等周边环 境中多种多样的现象。潜在的应用领域可以归纳为: 军事、航空、防爆、救灾、 环境、医疗、保健、家居、工业、商业等领域。 2 传感器网络体系结构
3传感器网络的发展 二：无线传感网的技术体系 1自组网技术 自组网技术Ad-Hoc 特点： 阿络拓扑结构动态变化 在移动自组织网铬中，由于用户终端的随机移动、节点的随时开机和关机、 无线发信装置发送功率的变化，无线信道间的相互干扰以及地形等综合因素的影 响，移动终端间通过无线信道形成的网络拓扑结构随时可能发生变化，面且变化 的方式和速度都是不可预测的。 自组凯无中心网铬 移动自组织网络没有严格的控制中心，所有节点的地位是平等的，是一种对 等式阿铬。节点能够随时加入和离开网铬，任何节点的故障都不会影响整个网络 的运行，具有很强的抗毁性。 多殊网络 由于移动终端的发射功率和覆盖范围有限，当终端要与覆盖范围之外的终端 进行通信时，需要利用中间节点进行转发。 2节点定位技术 三边测量法 三角测量法 基于TOA的定位 基于RSSI的定位 时间同步技术 网路时到协议NTP RBS机制 3网络安全技术 1)机密性问圈 2)点到点的清息确认 3)完整性鉴别 4)新鲜性问盟 5)认证组播和广播问题 6)安企管理问题 三：无线传感网的通讯协议 路由协议负责将数据分组从源节点通过网铬转发到目的节点，它主要包括两 个方面的功能：寻找源节点和目的节点间的优化路径，将数据分组沿者优化路径 正确转发
3 传感器网络的发展 二：无线传感网的技术体系 1 自组网技术 自组网技术 Ad-Hoc 特点： 网络拓扑结构动态变化 在移动自组织网络中，由于用户终端的随机移动、节点的随时开机和关机、 无线发信装置发送功率的变化、无线信道间的相互干扰以及地形等综合因素的影 响，移动终端间通过无线信道形成的网络拓扑结构随时可能发生变化，而且变化 的方式和速度都是不可预测的。 自组织无中心网络 移动自组织网络没有严格的控制中心，所有节点的地位是平等的，是一种对 等式网络。节点能够随时加入和离开网络，任何节点的故障都不会影响整个网络 的运行，具有很强的抗毁性。 多跳网络 由于移动终端的发射功率和覆盖范围有限，当终端要与覆盖范围之外的终端 进行通信时，需要利用中间节点进行转发。 2 节点定位技术 三边测量法 三角测量法 基于 TOA 的定位 基于 RSSI 的定位 时间同步技术 网络时间协议 NTP RBS 机制 3 网络安全技术 1）机密性问题 2）点到点的消息确认 3）完整性鉴别 4）新鲜性问题 5）认证组播和广播问题 6）安全管理问题 三：无线传感网的通讯协议 路由协议负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点，它主要包括两 个方面的功能：寻找源节点和目的节点间的优化路径，将数据分组沿着优化路径 正确转发
(1)路由协议 (2)交换 无线传感器树络的路由协议具有以下特点： (1)能量优先。 (2)基于局部拓扑信息。 (3)以数据为中心 (4)应用相关。 能量高效。传感器网络路由协议不仅要选择能量消耗小的消息传输路径，面 且要从整个网络的角度考虑，选择使整个网络能量均衡清耗的路由。传感器节点 的资源有限，传感器树络的路由机制要能够简单面且高效地实现信息传输。 可扩展性。在无线传感器网路中，检测区域范围或节点密度不同，造成网铬 规模大小不同；节点失败、新节点加入以及节点移动等，都会使得网铬拓扑结构 动态发生变化，这就要求路 鲁棒性。能量用尽或环境因素造成传感器节点的失败，周围环境影响无线链 路的通信质量以及无线链路本身的缺点等，这些无线传感器网络的不可常性要求 路由机制具有一定的容铅能力： 快速收敏性。传感器网络的拓扑结构动态变化，节点能量和通信带宽等资源 有限，因此要求路由机制能够快速收敛，以适应网络拓扑的动态变化，威减少通信 协议开销，提高消能量感知路由协议。由机制具有可扩展性，能够适应网络结构 的变化， 针对传感器网络路由机制的上述特点，在根据具体应用设计路由机制时，要 满足下面的传感器网路路由机制的要求： (1)能量高效。 (2)可扩展性。 (3)鲁棒性。 (4)快速收微性 能量感知路由协议：高效利用网络能量是传感器网络路由协议的一个显若特 征，期提出的一些传感器网络路由协议往往仅考忠了能量因素。为了强调高效利 用能量的重要性，在此将它们划分为能量感知路由协议。能量感知略由协议从数 据传输中的能量消耗出发，讨论最优能量消耗路径以及最长网络生存期等间题。 基于查询的路由协议，在诸如环境检测、战场评估等应用中，需要不断查询 传感深集的数据。在这类应用中，通信流量主要是查询节点和传感器节点之间的 命令和数据输，同时传感器节点的采样信息在传输路径通常要进行数据融合，通 过域少通信流量来省能量。 地理位置路由协议。在诸如目标蓝踪类应用中，往往需要唤醒距离跟踪目标 最祈传这器节点，以得到关于目标的更精确位置等相关信息。在这类应用中，通 常需要知道目节点的精确或者大致地理位置。1把节点的位置信息作为路由选择 的依据，不仅能够完成路由功能，还可以降低系统专门维护路由协议的能耗
（1）路由协议 （2）交换 无线传感器网络的路由协议具有以下特点： （1）能量优先。 （2）基于局部拓扑信息。 （3）以数据为中心。 （4）应用相关。 能量高效。传感器网络路由协议不仅要选择能量消耗小的消息传输路径，而 且要从整个网络的角度考虑，选择使整个网络能量均衡消耗的路由。传感器节点 的资源有限，传感器网络的路由机制要能够简单而且高效地实现信息传输。 可扩展性。在无线传感器网络中，检测区域范围或节点密度不同，造成网络 规模大小不同；节点失败、新节点加入以及节点移动等，都会使得网络拓扑结构 动态发生变化，这就要求路 鲁棒性。能量用尽或环境因素造成传感器节点的失败，周围环境影响无线链 路的通信质量以及无线链路本身的缺点等，这些无线传感器网络的不可靠性要求 路由机制具有一定的容错能力。 快速收敛性。传感器网络的拓扑结构动态变化，节点能量和通信带宽等资源 有限，因此要求路由机制能够快速收敛，以适应网络拓扑的动态变化，减少通信 协议开销，提高消能量感知路由协议。由机制具有可扩展性，能够适应网络结构 的变化。 针对传感器网络路由机制的上述特点，在根据具体应用设计路由机制时，要 满足下面的传感器网络路由机制的要求： （1）能量高效。 （2）可扩展性。 （3）鲁棒性。 （4）快速收敛性。 能量感知路由协议：高效利用网络能量是传感器网络路由协议的一个显著特 征，期提出的一些传感器网络路由协议往往仅考虑了能量因素。为了强调高效利 用能量的重要性，在此将它们划分为能量感知路由协议。能量感知路由协议从数 据传输中的能量消耗出发，讨论最优能量消耗路径以及最长网络生存期等问题。 基于查询的路由协议。在诸如环境检测、战场评估等应用中，需要不断查询 传感采集的数据。在这类应用中，通信流量主要是查询节点和传感器节点之间的 命令和数据输，同时传感器节点的采样信息在传输路径通常要进行数据融合，通 过减少通信流量来省能量。 地理位置路由协议。在诸如目标臨踪类应用中，往往需要唤醒距离跟踪目标 最沂传感器节点，以得到关于目标的更精确位置等相关信息。在这类应用中，通 常需要知道目节点的精确或者大致地理位置。l 把节点的位置信息作为路由选择 的依据，不仅能够完成路由功能，还可以降低系统专门维护路由协议的能耗
可靠的路由协议。无线传感器网铬的某此应用对通信的服务质量有较高受 求，靠性和实时性等，而在无线传感器网铬中，链路的稳定性维以保证，通信信 道质量比较低节省能量。 四：无线传感器的技术标准 E主8即215.4是一个低速率无线个人局城网标准。这种低速率无线个人局域 网的网络结构简单、成本低廉、具有有限的功率和灵活的谷吐量。低速率无线个 人局域网的主要目标是实现安装容易，数据传输可堂、短距离通信、极低的成本、 合理的电池寿命，并且拥有一个简单面且灵活的通信网络协议。 ZigBee的技术优势如下。 (1)低功耗。 (2)低成本， (3)低速率。 (4)近距离。 (5)短时延. (6)高容量. (7)高安全， (8)免执照频段。 五：多传感器网络的信息融合 数据融合技术是无线传感器网铬中实现节能的关键技术，通过去除冗余的数 据信息，减少网络通信量，提高能源的有效性。 数据融合具有如下4个显著特点： (1)信息的元余性 (2)信息的互补性 (3)信息处理的及时性 (4)信息处理的低成木性 根据多传感霉数据跟合模型定义方法和无线传感器网络自身特点，数据融合 可根据节点处理层次、融合前后的数据信息量、信息轴象层次的不同而刻分为不 同的形式
可靠的路由协议。无线传感器网络的某些应用对通信的服务质量有较高要 求，靠性和实时性等。而在无线传感器网络中，链路的稳定性难以保证，通信信 道质量比较低节省能量。 四：无线传感器的技术标准 IEEE802.15.4 是一个低速率无线个人局域网标准。这种低速率无线个人局域 网的网络结构简单、成本低廉、具有有限的功率和灵活的吞吐量。低速率无线个 人局域网的主要目标是实现安装容易、数据传输可靠、短距离通信、极低的成本、 合理的电池寿命，并且拥有一个简单而且灵活的通信网络协议。 ZigBee 的技术优势如下。 （1）低功耗。 （2）低成本。 （3）低速率。 （4）近距离。 （5）短时延。 （6）高容量。 （7）高安全。 （8）免执照频段。 五：多传感器网络的信息融合 数据融合技术是无线传感器网络中实现节能的关键技术，通过去除冗余的数 据信息，减少网络通信量，提高能源的有效性。 数据融合具有如下 4 个显著特点： （1）信息的冗余性 （2）信息的互补性 （3）信息处理的及时性 （4）信息处理的低成本性 根据多传感器数据融合模型定义方法和无线传感器网络自身特点，数据融合 可根据节点处理层次、融合前后的数据信息量、信息抽象层次的不同而划分为不 同的形式