第4章 无线传感器网络技术ppt课件.ppt

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1、内容提要：物联网的支撑技术融合了RFID、传感器技术、无线传感器网络、智能网络等多种技术。无线传感器网络立足于无线通信协议。物联网的基础是互联网，无线网络是补充。传感网的基础是无线网络。本章介绍无线传感网技术体系、通信协议与信息整合。第4章无线传感器网络技术4.1无线传感网络概述4.2无线传感网络技术体系4.3无线传感网络的通信协议4.4无线传感网络的技术标准本章目录无线传感器网络技术无线传感器网络（WSN，wirelessSensorNetwork）是由具有感知、计算及通信能力的一群微型传感器节点组成的一个自组网络系

2、统。目的是协作感知、采集处理区域的信息如环境参数、温度、振动、化学浓度等数据发送到汇聚节点供分析。无线传感器网络涉及传感器技术、网络通信技术、无线传输技术、嵌入式技术、分布式、微电子、软件编程。4.1.1无线传感器网络介绍4.1无线传感器网络概述无线传感器网络的特点大规模网络自组织网络多跳路由动态性网络可靠的网络以数据为中心的网络应用相关的网络4.1无线传感器网络概述无线传感器网络的实现条件与约束电源能量有限通信能力有限计算和存储能力4.1无线传感器网络概述无线传感器网络的应用军事应用环境观测和预报系统医疗护理智能家居

3、建筑物状态监控其他应用：如空间探索4.1.2传感器网络体系结构4.1无线传感器网络概述图4-3传感器网络体系结构传感器网络协议栈4.1无线传感器网络概述图4-5传感器网络协议栈改进的模型？讨论：p87教材图4-5b4.1.3传感器网络的发展4.1无线传感器网络第一代传感器网络出现在20世纪70年代。使用具有简单信息信号获取能力的传统传感器，采用点对点传输、连接传感控制器构成传感器网络；第二代传感器网络，由智能传感器，现场控制站组成的测控网络。采用串，并接口(如Rs-232)与传感控制器相联第三代传感器网络出现在20世纪

4、90年代后期和本世纪初，用具有现场总线的智能传感器网络第四代传感器网络-无线传感器网络。本文所介绍的无线传感器网络就是指第四代传感器网络。新一代计算设备普适计算的重要途经4.2.1自组网技术4.2无线传感网络技术体系移动自组网(Ad-Hoc)Adhoc网络的前身是分组无线网（PacketRadioNetwork）1991年成立的IEEE802.11标准委员会采用了“Adhoc网络”一词来描述这种特殊的对等式无线移动网络。移动自组网的特点无中心自组织动态变化的网络拓朴受限的无线传输安全性差多跳路由4.2.2节点定位技术1

5、.基本概念和算法在传感器网络中，为了实现定位的需要，随机播撒的节点主要有两种：信标节点（BeaconNode）和未知节点（UnknownNode）。通常将已知自身位置的节点称为信标节点，信标节点可以通过携带GPS定位设备等手段获得自身的精确位置，而其它节点称之为未知节点，未知节点以信标节点作为参考点，通过信标节点的位置信息来确定自身位置。图4-6传感器网络中信标节点和未知节点1.基本概念和算法(1)邻居节点（NeighborNodes）：无需经过其它节点能够直接与之进行通信的节点；(2)跳数（HopCount）：两个要

6、实现通信的节点之间信息转发所需要的最小跳段总数；(3)连通度（Connectivity）：一个节点拥有的邻居节点数目；(4)跳段距离（HopDistance）两个节点间隔之间最小跳段距离的总和(5)接收信号传播时间差(TimeDifferenceofArrival，TDOA)：两种不同频率的信号到达同一目的地时由于不同的传输速度所造成的时间差；(6)接收信号传播时间（TimeofArrival，TOA）：信号在两个不同节点之间传播所需要的时间；(7)信号返回时间（Round-tripTimeofFlight，RTOF）

7、：信号从一个节点传到另一个节点后又返回来的时间；(8)到达角度(AngleofArrival，AOA)：节点自身轴线相对于其接收到的信号之间的角度；(9)接收信号强度指示(ReceivedSigna1StrengthIndicator，RSSI)：无线信号到达传感器节点后的强弱值。（1）三边测量法4.2传感网技术体系根据上式可得未知节点D的坐标方程为：（2-2）（2）三角测量法4.2传感网技术体系（2-2）（3）最大似然估计法（2-2）图4-9最大似然估计法（3）最大似然估计法（2-2）4.2.2传感器网络定位算法的分

8、类基于距离和距离无关的定位算法基于TOA的定位（基于到达时间的定位机制）基于TDOA的定位（基于到达时间差的定位机制）基于AOA的定位（基于到达角度的定位机制）基于RSSI的定位（基于接收信号强度的定位机制）2.递增式和并发式3.基于信标和无信标的定位基于距离的定位（ToA）基于距离基于距离差基于信号特征距离测量方法距离d=波速v