无线传感器网络概述 ● 无线传感器网络简介 ● 无线传感器网络与物联网 ● 无线传感器网络的应用领域 ● 无线传感器网络的体系结构 无线传感器网络研究及发展现状 无线传感器网络面临的挑战 ● 无线传感器网络的未来展望 2024/5/16
2024/5/16 1 无线传感器网络概述 ⚫无线传感器网络简介 ⚫无线传感器网络与物联网 ⚫无线传感器网络的应用领域 ⚫无线传感器网络的体系结构 ⚫无线传感器网络研究及发展现状 ⚫无线传感器网络面临的挑战 ⚫无线传感器网络的未来展望
●无线传感器网络简介 概念： >随着计算机及相关技术的发展，使得将计算、通信、传 感等功能都集成在一个设备成为了可能，无线传感器网 络正是这些技术的紧密结合。 >无线传感器网络是一种由传感器节点构成的网络，能够 实时地监测、感知和采集节点部署区的环境或观察者感 兴趣的感知对象的各种信息（如光强、温度、湿度、噪 声和有害气体浓度等物理现象)，并对这些信息进行处 理后以无线的方式发送出去。 >无线传感器网络使普通物体具有了感知能力和通信能力， 在军事侦察、环境监测、医疗护理、智能家居、工业生 产控制以及商业等领域有着广阔的应用前景。 2024/15/16 2
2024/5/16 2 概念： ➢ 随着计算机及相关技术的发展，使得将计算、通信、传 感等功能都集成在一个设备成为了可能，无线传感器网 络正是这些技术的紧密结合。 ➢ 无线传感器网络是一种由传感器节点构成的网络，能够 实时地监测、感知和采集节点部署区的环境或观察者感 兴趣的感知对象的各种信息（如光强、温度、湿度、噪 声和有害气体浓度等物理现象），并对这些信息进行处 理后以无线的方式发送出去。 ➢ 无线传感器网络使普通物体具有了感知能力和通信能力， 在军事侦察、环境监测、医疗护理、智能家居、工业生 产控制以及商业等领域有着广阔的应用前景。 ⚫无线传感器网络简介
典型场景 Internet Sink节点 控制中心 传感区域 O传感器节点 无线传感器网络由传感区域内大量的无线节点、Sik节点、外 部网络构成。如图中节点A感知到数据之后，通过节点B、C、 D、E多跳传送给Sink节点，再由Sink节点传送给外部网络 (如Internet) 2024/5/16 3
2024/5/16 3 典型场景 Internet 控制中心 Sink节点 传感区域 传感器节点 无线传感器网络由传感区域内大量的无线节点、Sink节点、外 部网络构成。如图中节点A感知到数据之后，通过节点B、C、 D、E多跳传送给Sink节点，再由Sink节点传送给外部网络 （如Internet）
特点：是一种自组织网路 >自组织：在节点位置确定之后，节点需要自己寻找其邻 居节点，实现相邻节点之间的通信，通过多跳传输的方式 搭建整个网络，并且需要根据节点的加入和退出来重新组 织网络，使网络能够稳定正常的运行。 >分布式：网络的感知能力由若干冗余节点共同完成，每 一个节点具有相同等的硬件资源和通信距离，没有哪一个 节点严格地控制网络的运行，节点消亡之后网络能够重组， 任意一个节点的加入或退出都不会影响网络的运行，抗击 毁能力强。 >节点平等：除了Sik节点之外，无线传感器节点的分布 随机，以自己为中心只负责自己通信范围内的数据交换： 每个节点都是平等的，没有先后优先级之间的差别，具有 相同的通信能力，既可以产生数据也可以转发数据。 >可靠性要求高：自组织网络采用的是无线信道，通信需 要通过多跳路由，因此数据的可靠性不高；而且信道容易 受到干扰、和窃听，保密性能差。 2024/15/16
2024/5/16 4 特点：是一种自组织网络 ➢自组织：在节点位置确定之后，节点需要自己寻找其邻 居节点，实现相邻节点之间的通信，通过多跳传输的方式 搭建整个网络，并且需要根据节点的加入和退出来重新组 织网络，使网络能够稳定正常的运行。 ➢分布式：网络的感知能力由若干冗余节点共同完成，每 一个节点具有相同等的硬件资源和通信距离，没有哪一个 节点严格地控制网络的运行，节点消亡之后网络能够重组， 任意一个节点的加入或退出都不会影响网络的运行，抗击 毁能力强。 ➢节点平等：除了Sink节点之外，无线传感器节点的分布 随机，以自己为中心只负责自己通信范围内的数据交换； 每个节点都是平等的，没有先后优先级之间的差别，具有 相同的通信能力，既可以产生数据也可以转发数据。 ➢可靠性要求高：自组织网络采用的是无线信道，通信需 要通过多跳路由，因此数据的可靠性不高；而且信道容易 受到干扰、和窃听，保密性能差
特征： >节点微型化、资源有限：如节点的电源能量、通信能力、 计算存储能力有限。而且难以维护，对节点运行的程序包括 使用的存储空间、算法时间开销有较高的要求： >可感知：节点具备感知外部物理世界的能力 >自组织能力：网络自组织、自维护 >网络规模大：大部分无线传感器网络的覆盖范围很大并且 部署密集，在单位面积内可能存在大量的传感器节点： >时效性：无线传感器网络采集的信息需要在一定时间内及 时送达观察者或是数据处理中心，对可能发生的事故和危险 情况进行及时预告和提醒 2024/5/16 5
2024/5/16 5 特征： ➢节点微型化、资源有限：如节点的电源能量、通信能力、 计算存储能力有限。而且难以维护，对节点运行的程序包括 使用的存储空间、算法时间开销有较高的要求； ➢可感知：节点具备感知外部物理世界的能力 ➢自组织能力：网络自组织、自维护 ➢网络规模大：大部分无线传感器网络的覆盖范围很大并且 部署密集，在单位面积内可能存在大量的传感器节点； ➢时效性：无线传感器网络采集的信息需要在一定时间内及 时送达观察者或是数据处理中心，对可能发生的事故和危险 情况进行及时预告和提醒
独特的特征： >节点的可感知，微型化和自组织能力是无线传感器网络所具 有的三个最基本的特点 >无线传感器网络的特点决定了无线传感器网络非常适合应用 于恶劣的环境尤其是无人值守的场景 >即使被监测区域中的部分节点损坏或休眠时，也不会造成该 区域的无线传感网络崩溃或影响数据的获得，网络仍能为系统 提供可靠的监测数据。 2024/15/16 6
2024/5/16 6 独特的特征： ➢节点的可感知，微型化和自组织能力是无线传感器网络所具 有的三个最基本的特点 ➢无线传感器网络的特点决定了无线传感器网络非常适合应用 于恶劣的环境尤其是无人值守的场景 ➢即使被监测区域中的部分节点损坏或休眠时，也不会造成该 区域的无线传感网络崩溃或影响数据的获得，网络仍能为系统 提供可靠的监测数据
信息感知优势： >分布节点中多角度和多方位信息的综合，有效地提高了 对被监测区域的观测的准确度和信息的全面性 >传感器网络低成本、高冗余的设计原则为整个系统提供 了较强的容错能力。即使在极为恶劣的应用环境中，监控 系统也可以正常工作 >节点中多种传感器的混合应用有利于提高探测的性能指 标 >多节点联合，可形成覆盖面积较大的实时探测区域。借 助于个别具有移动能力的节点对网络拓扑结构的调整能力， 可以有效地消除探测区域内的阴影和盲点 2024/5/16
2024/5/16 7 信息感知优势： ➢分布节点中多角度和多方位信息的综合，有效地提高了 对被监测区域的观测的准确度和信息的全面性 ➢传感器网络低成本、高冗余的设计原则为整个系统提供 了较强的容错能力。即使在极为恶劣的应用环境中，监控 系统也可以正常工作 ➢节点中多种传感器的混合应用有利于提高探测的性能指 标 ➢多节点联合，可形成覆盖面积较大的实时探测区域。借 助于个别具有移动能力的节点对网络拓扑结构的调整能力， 可以有效地消除探测区域内的阴影和盲点
无线传感网的基本特点 传感器节点体积小，能量有限 传感器节点计算和存储能力有限 通信半径小，带宽低 传感器书点数量大旺青 以数据为中心的网络 自适应性 无中心和自组织 网络动态性强 2024/15/16 8
2024/5/16 8 传感器节点体积小，能量有限 传感器节点计算和存储能力有限 通信半径小，带宽低 传感器节点数量大且有 自适应性 无中心和自组织 网络动态性强 以 数 据 为 中 心 的 网 络 无线传感网的基本特点
●无线传感器网络与物联网 物联网(IoT,Internet of Things),最早由美国麻省理工学院(MTT)于l999年首次 提出，国际电信联盟ITU)在2005年的年度报告中对概念的涵义进行了扩展，但没有对 物联网进行明确的定义。 初期的概念： 物联网是将把所有物品通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器 等信息传感设备与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，实现智能化识别、定位、跟踪、 监控和管理。 其实质是利用射频自动识别(RFID)技术，通过计算机互联网实现物品（商品）的自动识别和 信息的互联与共享，其关键在于身份的识别。 在我国的政府工作报告中注释： 物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信 息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。它是在互联网 基础上延伸和扩展的网络。 在国内较为普遍的一种观点是物联网主要组成为“传感网”，至少传感网是物联网的关键 性技术所在。 2024/5/16 9
2024/5/16 9 物联网（IoT, Internet of Things），最早由美国麻省理工学院（MIT）于1999年首次 提出，国际电信联盟ITU）在2005年的年度报告中对概念的涵义进行了扩展，但没有对 物联网进行明确的定义。 初期的概念： 物联网是将把所有物品通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器 等信息传感设备与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，实现智能化识别、定位、跟踪、 监控和管理。 其实质是利用射频自动识别(RFID)技术，通过计算机互联网实现物品(商品)的自动识别和 信息的互联与共享，其关键在于身份的识别。 在我国的政府工作报告中注释： 物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信 息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。它是在互联网 基础上延伸和扩展的网络。 在国内较为普遍的一种观点是物联网主要组成为“传感网”，至少传感网是物联网的关键 性技术所在。 ⚫无线传感器网络与物联网
物联网系统架构：三层架构 High-tier 应用层 Application Internc ·数据挖掘 ■决策 Middle-tier 网络层 ■融合接入 ■信息存储 Generic management Application Profile Low-tier 感知层 ■智能嵌入式 ■标识、感知 ■协同、互动 2024/5/16 10
2024/5/16 10 物联网系统架构：三层架构 感知层 ◼ 智能嵌入式 ◼ 标识、感知 ◼ 协同、互动 网络层 ◼ 融合接入 ◼ 信息存储 应用层 ◼ 数据挖掘 ◼ 决策