无线传感器网络.doc

HUBEI NORMAL UNIVERSITY
《无线传感器网络》
课程设计论文
Course’s Thesis
课程名称
无线传感器网络
论文题目
无线传感器网络课件概略
学生姓名
何刚
学号
20**********
指导教师
柯宗武
所在院系
计算机科学与技术学院
专业名称
通信工程
完成时间
2015/1/1
无线传感器网络
第一讲:无线传感器网络
一、短距离无线通信
红外(IrDA)例控、Blue Tooth(蓝牙)可穿设备、WIFI、(MAC)、UWB(超宽带)、ZigBee等。
二、无线网络
:
需要固定基站,如使用的手机,属于无线蜂窝网,需要高大的天线和大功率基站来支持,基站就是最重要的基础设施;使用无线网卡上网的无线局域网,由于采用了接入点这种固定设备,也属于有基础设施网。
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hoc网络:
节点是分布式的,没有专门的固定基站。无线Ad hoc网络分为两类: 一类是移动Ad hoc网络(Mobile Ad work,),终端是快速移动的;另一类就是无线传感器网络,节点是静止的或者移动很慢。
:
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,目的是协作地采集、处理和传输网络覆盖地域内感知对象的监测信息,并报告给用户。
传感器网络的标准定义是这样的:传感器网络是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,其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息,并报告给用户。它的英文是Wireless work, 简称WSN。
无线传感器网络的体系结构:
终端节点(采集数据)、汇聚节点、路由器(konter)、协调器。
五层协议包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。物理层负责载波频率的产生、信号调制、解调;数据链路层负责媒体接入和差错控制;网络层负责路由发现与维护;传输层负责数据流的传输控制;应用层负责任务调度、数据分发等具体业务。
三、基本工作过程
(1) 传感器节点的处理器模块完成计算与控制功能,射频模块完成无线通信传输功能,传感器探测模块完成数据采集功能,通常由电池供电,封装成完整的低功耗无线传感器网络。
(2) 网关节点只需要具有处理器模块和射频模块,通过无线方式接收探测终端发送来的数据信息,再传输给有线网络的PC机或服务器。
(3) 各种类型的低功耗网络终端节点可以构成星形拓扑结构,或者混合型的ZigBee拓扑结构,有的路由节点还可以采用电源供电方式。
四、传感器网络节点的结构
由数据采集部分(传感模块)、处理模块(CPU)和无线通信模块组成:
从无线联网的角度来看,传感器网络节点的体系由分层的网络通信协议、网络管理平台和应用支撑平台三个部分。
网络中的TCP/IP协议体系,它由物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层组成。
五、传感器节点的限制条件
传感器网络由数据获取子网、数据分布子网和控制管理中心三部分组成。主要组成部分是集成了传感器、数据处理单元和通信模块的节点,节点通过协议自组织成一个分布式网络,将采集的数据优化后经无线电波传输给信息处理中心。传感器节点在实现各种网络协议和应用系统时,存在一些限制和约束。
1、电源能量有限
耗能模块包括传感器模块、处理器模块和无线通信模块。随着集成电路工艺的进步,处理器和传感器模块的功耗变得很低,绝大部分能量主要消耗在无线通信模块上。传感器节点的绝大部分能量消耗在无线通信模块。传感器节点传输信息时要比执行计算时更消耗电能;
传输l比特信息100m距离需要的能量大约相当于执行3000条计算指令所消耗的能量。
2、通信能力受限,传输距离小,采用多跳方式通信
通常无线通信的能量消耗与通信距离的关系符合如下规律:;n满足关系2<n<4。n的取值与很多因素有关,如传感器节点部署贴近地面时,障碍物多、干扰大,n取值就大;天线质量对信号发射质量影响也很大。通常取n为3,假定通信能耗与距离三次方成正比。随着通信距离的增加,能耗会急剧增加;在满足通信连通性的前提下应尽量减少单跳的通信距离。
3、计算和存储能力受限,处理能力低,内存小花费少
节点是微型嵌入式设备,价格低、功耗小,导致其携带的处理器能力比较弱,存储器容量比较小。节点需要完成监测数据的采集和转换、数据的管理和处理、应答汇聚节点的任务请求和节点控制等多种工作。
六、无线传感器网络特点
具有Ad Hoc网络的移动性、断接性、电源能力局限性等共同特征;在组网方面具有一些鲜明的自身特点。它的主要特点包括自组织性、以数据为中心、应用相关性、动态性、网络规模大和需要高的可