無線傳感器網(wǎng)絡(luò)ppt課件

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內(nèi)容提要 WSN研究歷史什么是WSN特點(diǎn)WSN特點(diǎn)WSN研究方向WSN關(guān)鍵技術(shù)WSN應(yīng)用 計(jì)算設(shè)備的演化歷史 發(fā)展歷程 一 二十世紀(jì)70年代 冷戰(zhàn)時(shí)期的聲音監(jiān)測(cè)系統(tǒng) SoundSurveillanceSystem SOSUS 空中預(yù)警與控制系統(tǒng) AirborneWarningandControlSystem AWACS 1980年 DARPA的分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目 DistributedSensorNetworks DSN 1994年 加州大學(xué)洛杉磯分校的WilliamJ Kaiser向DARPA提交建議書 LowPowerWirelessIntegratedMicrosensors 里程碑 二十世紀(jì)80年代至90年代之間 美國(guó)海軍研制的協(xié)同交戰(zhàn)能力系統(tǒng) CooperativeEngagementCapability CEC 用于反潛的確定性分布系統(tǒng) FixedDistributedSystem FDS 和高級(jí)配置系統(tǒng) AdvancedDeploymentSystem ADS 以及遠(yuǎn)程戰(zhàn)場(chǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) RemoteBattlefieldSensorSystem REMBASS 和戰(zhàn)術(shù)遠(yuǎn)程傳感器系統(tǒng) TacticalRemoteSensorSystem 等無人看管地面?zhèn)鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 發(fā)展歷程 二 1998年 Gregory J Pottie闡釋了WSN的科學(xué)意義 DARPA巨資啟動(dòng)了SensIT項(xiàng)目 目標(biāo)是實(shí)現(xiàn) 超視距 戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè) 1999年9月 商業(yè)周刊將其列位21世紀(jì)最重要的21項(xiàng)技術(shù)之一 橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 OakRidgeNationalLaboratory ORNL 提出了 網(wǎng)絡(luò)就是傳感器 NetworkisSensor 的論斷 2001年1月 MIT技術(shù)評(píng)論 將WSN列于十種改變未來世界新興技術(shù)之首 2003年8月 商業(yè)周刊 預(yù)測(cè) WSN和其他三項(xiàng)信息技術(shù)將會(huì)在不遠(yuǎn)的將來掀起新的產(chǎn)業(yè)浪潮 2004年 IEEESpectrum 雜志發(fā)表一期專集 傳感器的國(guó)度 論述WSN的發(fā)展和可能的廣泛應(yīng)用 我們國(guó)家未來20年預(yù)見技術(shù)的調(diào)查報(bào)告 信息領(lǐng)域157項(xiàng)技術(shù)課題中有7項(xiàng)與傳感器網(wǎng)絡(luò)直接相關(guān) 2006年初發(fā)布的 國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要 為信息技術(shù)確定了三個(gè)前沿方向 其中兩個(gè)與WSN的研究直接相關(guān) 即智能感知技術(shù)和自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 什么是傳感器網(wǎng)絡(luò) WSN WirelessSensorNetworks基礎(chǔ)微電子技術(shù) 嵌入式計(jì)算技術(shù) 現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù) 分布式信息處理技術(shù) 傳感器接近感知對(duì)象傳感器僅產(chǎn)生數(shù)據(jù)流傳感器無計(jì)算能力無傳感器間通信能力 傳統(tǒng)的感知方法 有線 無線連接 現(xiàn)代感知方法 SensingArea 傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋感知對(duì)象區(qū)域每個(gè)傳感器完成其臨近感知對(duì)象的觀測(cè)多傳感器協(xié)同完成感知區(qū)域的大觀測(cè)任務(wù)使用多跳路由算法向用戶報(bào)告觀測(cè)結(jié)果 Sink Internet或通信衛(wèi)星 Sensornetwork 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) WSN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常包括傳感器節(jié)點(diǎn) 匯聚節(jié)點(diǎn) 大量傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)部或附近 能夠通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò) 經(jīng)過多跳后路由到匯聚節(jié)點(diǎn) 傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)體 傳感器節(jié)點(diǎn)功能 采集 處理 控制和通信等網(wǎng)絡(luò)功能 兼顧節(jié)點(diǎn)和路由器資源受限 存儲(chǔ) 計(jì)算 通信 能量Sink節(jié)點(diǎn)功能 連接傳感器網(wǎng)絡(luò)與Internet等外部網(wǎng)絡(luò) 實(shí)現(xiàn)兩種協(xié)議棧之間的通信協(xié)議轉(zhuǎn)換 發(fā)布管理節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)任務(wù) 轉(zhuǎn)發(fā)收集到的數(shù)據(jù) 特點(diǎn) 連續(xù)供電 功能強(qiáng) 數(shù)量少等 傳感器網(wǎng)絡(luò)與adhoc的不同 WSN結(jié)點(diǎn)數(shù)量更為龐大多數(shù)節(jié)點(diǎn)為靜止節(jié)點(diǎn)分布更為密集能量約束結(jié)點(diǎn)更容易出錯(cuò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化頻繁 Adhoc幾十至上百個(gè)節(jié)點(diǎn)局域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)全移動(dòng)結(jié)構(gòu)變化 移動(dòng) 能量可連續(xù)提供點(diǎn)到點(diǎn)通信 傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn) 大規(guī)模網(wǎng)絡(luò) 地理區(qū)域大 部署密集提高信噪比 提高監(jiān)測(cè)精度 增強(qiáng)容錯(cuò)性 減少盲區(qū)自組織網(wǎng)絡(luò) 不確定性 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化資源受限 計(jì)算 存儲(chǔ) 通訊 能量動(dòng)態(tài)拓?fù)?節(jié)點(diǎn)故障 通訊故障 移動(dòng)性 節(jié)點(diǎn)加入可靠網(wǎng)絡(luò) 適應(yīng)環(huán)境條件 魯棒性 容錯(cuò)性應(yīng)用相關(guān) 沒有統(tǒng)一的通信協(xié)議平臺(tái)以數(shù)據(jù)為中心 感知能力 計(jì)算能力 通信能力體積小能耗小由四部分組成 現(xiàn)代微型傳感器 傳感器節(jié)點(diǎn) 傳感器模塊 信息采集 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理器模塊 控制 數(shù)據(jù)處理 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議無線通訊模塊 無線通信 交換控制信息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)能量供應(yīng)模塊 提供能量 電源能量有限 通信能力有限 計(jì)算和存儲(chǔ)能力有限 WSN協(xié)議體系結(jié)構(gòu) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)由分層的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議 傳感器網(wǎng)絡(luò)管理以及應(yīng)用支撐技術(shù)3個(gè)部分組成 四 傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù) 通信能力有限節(jié)點(diǎn)通信覆蓋范圍只有幾十到幾百米 關(guān)鍵之一如何在有限的通信能力條件下 完成探測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸 無線通信技術(shù)是第一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù) 電源能量有限通常電池供電 工作環(huán)境惡劣 一次部署終生使用 更換電池困難 關(guān)鍵之二如何節(jié)省電源 最大化網(wǎng)絡(luò)的使用壽命 低功耗設(shè)計(jì)問題是第二項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù) 計(jì)算能力有限節(jié)點(diǎn)體積小 處理器和存儲(chǔ)器性能有限 不允許進(jìn)行復(fù)雜算法的運(yùn)算 關(guān)鍵之三嵌入式操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)是第三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù) 自組織的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)沒有基站節(jié)點(diǎn)失效 新節(jié)點(diǎn)加入 導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性 需要自動(dòng)愈合 關(guān)鍵之四多跳自組織的網(wǎng)絡(luò)路由是第四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù) 傳感器網(wǎng)絡(luò)是以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)用戶感興趣的是數(shù)據(jù)而不是網(wǎng)絡(luò)和傳感器硬件 關(guān)鍵之五如何建立以數(shù)據(jù)為中心的傳感器網(wǎng)絡(luò) 傳感器網(wǎng)絡(luò)的第五項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)是數(shù)據(jù)融合方法 網(wǎng)絡(luò)攻擊無處不在傳感器節(jié)點(diǎn)的物理操縱傳感信息的竊聽拒絕服務(wù)攻擊私有信息的泄露 關(guān)鍵之六安全性是傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的重要問題 如何保護(hù)機(jī)密數(shù)據(jù)和防御網(wǎng)絡(luò)攻擊是第六項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù) WSN的應(yīng)用 SensorNetworks BattlefieldMonitoring HabitatMonitoring EarthquakeMonitoring Oceanographiccurrentmonitoring TrafficCongestionDetection TargetTracking Detection IntrusionDetection Videosurveillance 大鴨島海燕監(jiān)測(cè) 項(xiàng)目開始時(shí)間 2002年參與者 英特爾研究實(shí)驗(yàn)室和加州大學(xué)伯克利分校 大鴨島WSN的結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是 自治 的 mote構(gòu)成了多跳的網(wǎng)絡(luò) 每個(gè)網(wǎng)管mote節(jié)點(diǎn)利用外向天線將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到基站 基站 350英尺外的一臺(tái)筆記本計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)并轉(zhuǎn)發(fā)到Internet 冰河監(jiān)測(cè) 利用WSN監(jiān)測(cè)冰河的變化情況 目的在于通過分析冰河環(huán)境的變化來推斷地球氣候的變化 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)埋在冰床下 深淺不同 冰面上作為簇頭的節(jié)點(diǎn)通過GSM鏈路將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳回基站 本項(xiàng)目一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)是如何在水中和冰里提供可靠的無線通信支持 橋梁監(jiān)測(cè) 電子牧場(chǎng) 醫(yī)療監(jiān)測(cè)系統(tǒng)CodeBlue 項(xiàng)目開始時(shí)間 2003年參與者 哈佛大學(xué)http www eecs harvard edu mdw proj codeblue 火山觀測(cè) 項(xiàng)目開始時(shí)間 2005年參與者 哈佛大學(xué)http www eecs harvard edu mdw proj 智能家居 太空探測(cè) GreenOrbs綠野千傳 項(xiàng)目開始時(shí)間 2009年杭州天目山http greenorbs org 超過1000個(gè)節(jié)點(diǎn) 300多個(gè) 工作在1年以上 礦井監(jiān)測(cè) 海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè) 項(xiàng)目開始時(shí)間 2008年黃海海域100多個(gè)節(jié)點(diǎn) WirelessMultimediaSensorNetworks BodyArea SensorNetworks 是附著在人體身上的一種網(wǎng)絡(luò) 由一套小巧可移動(dòng) 具有通信功能的傳感器和一個(gè)身體主站 或稱BAN協(xié)調(diào)器 組成 每一傳感器既可佩戴在身上 也可植入體內(nèi) 協(xié)調(diào)器是網(wǎng)絡(luò)的管理器 也是BAN和外部網(wǎng)絡(luò) 如3G WiMAX Wi Fi等 之間的網(wǎng)關(guān) 使數(shù)據(jù)能夠得以安全地傳送和交換 Vehicularadhocnetworks 車載自組網(wǎng)分為2部分 車與車 V2V 車與設(shè)施 V2I vehicletoinfrastructure 水下WSN 常用網(wǎng)址 國(guó)外TINYOS網(wǎng)站相關(guān)用tinyos的應(yīng)用