無(wú)線傳感網(wǎng)教材

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

主要內(nèi)容：WSN概述歷史以及發(fā)展現(xiàn)狀關(guān)鍵技術(shù)WSN的體系結(jié)構(gòu)WSN的特征WSN的應(yīng)用未來(lái)發(fā)展機(jī)遇展望WSN概述

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（wirelesssensornetwork,WSN）系統(tǒng)是當(dāng)前在國(guó)際上備受關(guān)注的、涉及多學(xué)科高度交叉、知識(shí)高度集成的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域。它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（wirelesssensornetwork,WSN）就是由部署在檢測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)衛(wèi)星傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知的對(duì)象信息，并發(fā)送給觀察者。構(gòu)成WSN的三要素：傳感器、感知對(duì)象、觀察者。影響力☆美國(guó)商業(yè)周刊和MIT技術(shù)評(píng)論在預(yù)測(cè)未來(lái)技術(shù)發(fā)展報(bào)告中將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為21世紀(jì)最有影響的21項(xiàng)技術(shù)和改變世界的10大技術(shù)之一?！顐鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)被列為未來(lái)3大高科技產(chǎn)業(yè)一?！蠲绹?guó)的《技術(shù)評(píng)論》將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為第一項(xiàng)未來(lái)新興技術(shù)。

☆《商業(yè)周刊》預(yù)測(cè)的未來(lái)4大新技術(shù)中，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)也列入其中等。歷史以及發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)外：起源于美國(guó)，根源可追溯到1978年由國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃署（DARPA）在卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)發(fā)起的分布式傳感器研討會(huì)。具有代表性的項(xiàng)目包括：1993-1999年間由美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃署(DARPA)資助，加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)承擔(dān)的WINS項(xiàng)目；

1999-2001年間由DAPRA資助UC

Berkeley承擔(dān)的Smart

Dust項(xiàng)目。1998-2002年DARPA資助，加州大學(xué)伯克利分校等25個(gè)機(jī)構(gòu)聯(lián)合承擔(dān)的SensIT計(jì)劃；

1999-2004年間海軍研究辦公室的SeaWeb計(jì)劃等。國(guó)內(nèi)：中國(guó)的一些研究機(jī)構(gòu)近年開(kāi)始研究：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、清華大學(xué)、中科院計(jì)算所、上海微系統(tǒng)所、沈陽(yáng)自動(dòng)化所以及合肥智能所等研究單位。傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)WSN的體系結(jié)構(gòu)傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧關(guān)鍵技術(shù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂凭W(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)安全時(shí)間同步定位技術(shù)數(shù)據(jù)融合數(shù)據(jù)管理無(wú)線通信技術(shù)嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)用層技術(shù)WSN的特征☆與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別傳感器網(wǎng)絡(luò)集成了監(jiān)測(cè)、控制以及無(wú)線通信的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，節(jié)點(diǎn)數(shù)目龐大（上千甚至上萬(wàn)），分布密集，因環(huán)境和能量的耗盡，容易出現(xiàn)故障，節(jié)點(diǎn)通常固定不動(dòng)。能量、處理能力、存儲(chǔ)能力、通信能力有限。不同于傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的高服務(wù)質(zhì)量和高效的帶寬的利用，節(jié)能是其設(shè)計(jì)的首要考慮因素?！罟?jié)點(diǎn)的限制

※電池能量有限

※通信能力有限※計(jì)算和存儲(chǔ)能力有限☆傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)：大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)自組織網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性網(wǎng)絡(luò)可靠性網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用性相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)WSN的應(yīng)用☆軍事上的應(yīng)用傳感器網(wǎng)絡(luò)具有可快速部署、可自組織、隱蔽性強(qiáng)和高容錯(cuò)性的特點(diǎn)，因此非常適合軍事上的應(yīng)用。通過(guò)飛機(jī)或炮彈直接將傳感器節(jié)點(diǎn)散播到敵方陣地內(nèi)部，或者在公共隔離帶部署傳感網(wǎng)絡(luò)，就能隱蔽而且近距離的準(zhǔn)確收集戰(zhàn)場(chǎng)信息。

例:傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為美軍事C4ISRT系統(tǒng)必不可少的一部分?！瞽h(huán)境觀測(cè)和預(yù)報(bào)系統(tǒng)可以用于檢視農(nóng)作物灌溉情況、土壤空氣情況、牲畜和家禽的環(huán)境狀況和大面積的地表監(jiān)測(cè)、氣象和地理研究、洪水監(jiān)測(cè)等。

例：ALERT系統(tǒng)中就有用于監(jiān)測(cè)降雨量、河水水位和土壤水分，并依此預(yù)測(cè)爆發(fā)山洪的可能性?！钺t(yī)療護(hù)理

用于人體的各種生理數(shù)據(jù)，跟蹤和監(jiān)控醫(yī)院內(nèi)醫(yī)生和患者的行動(dòng)，醫(yī)院的藥物管理等。例：一個(gè)可以成像的特殊發(fā)送器芯片與精巧設(shè)計(jì)的超低功率無(wú)線技術(shù)結(jié)合，就可以實(shí)現(xiàn)可用于一個(gè)胃腸道診斷的微型吞服攝像膠囊?；颊咄滔戮SC片大小的成像膠囊后，膠囊經(jīng)過(guò)食道、胃和小腸時(shí)就可將圖象廣播出來(lái)。膠囊由一個(gè)攝象機(jī)、LED、電池、特制芯片和天線組成。（如圖）☆智能家居

家電和家具中嵌入傳感器節(jié)點(diǎn)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與Internet連在一起。為人提供人性化的家居環(huán)境。

例：Avaak提供一個(gè)只有1立方英寸大小的自治產(chǎn)品。這個(gè)微型的無(wú)線視頻平臺(tái)包含有一節(jié)電池、無(wú)線電、攝像相機(jī)、(彩色成像器加鏡頭)、控制器、天線和溫度傳感器。（如圖）☆完成空間探索借助于航天器在外星體撒播一些傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，可以對(duì)星球表面進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)。成本低、節(jié)點(diǎn)體積小，相互之間可以進(jìn)行通信，也可以和地面站進(jìn)行通信。

例：NASA的JPL（JetPropulsionLaboratory）實(shí)驗(yàn)室研制的SensorWebs就是為將來(lái)的火星探測(cè)進(jìn)行技術(shù)準(zhǔn)備。該系統(tǒng)已經(jīng)在實(shí)施測(cè)試和完善。未來(lái)發(fā)展機(jī)遇展望

可能會(huì)有人這樣想，既然其還處于科研到應(yīng)用的過(guò)渡階段，那么其所有領(lǐng)域都是未來(lái)的發(fā)展機(jī)會(huì)，的確，