20傳感器網(wǎng)絡(luò)

1、第20章 傳感器網(wǎng)絡(luò),,自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版,化學(xué)工業(yè)出版社,Contents,,20.1傳感器網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展,（1）傳感器網(wǎng)絡(luò),20.1傳感器網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展,（1）傳感器網(wǎng)絡(luò) 傳感器節(jié)點(diǎn)示意圖,20.1傳感器網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展,（2）傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成 傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成示意圖,20.1傳感器網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展

2、,（2）傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成基站：連結(jié)傳感器網(wǎng)絡(luò)與外部世界是樞紐，信息 中轉(zhuǎn)站傳感器節(jié)點(diǎn)：完成特定的檢測(cè)和分析任務(wù)通信系統(tǒng)：將傳感器網(wǎng)絡(luò)通信基站與傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù)管理的最終用戶(hù)連接起來(lái)任務(wù)管理端：最終用戶(hù)實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的控制和管理的設(shè)備和系統(tǒng)。,20.1傳感器網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展,（3）傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展傳感器網(wǎng)絡(luò)最初主要應(yīng)用與軍事領(lǐng)域，但是隨著技術(shù)的發(fā)展，傳感器節(jié)點(diǎn)的成本越來(lái)越低，而功能日益強(qiáng)大，使得以前造價(jià)昂貴

3、的傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)能夠進(jìn)入民用領(lǐng)域。傳感器網(wǎng)絡(luò)在民用領(lǐng)域的應(yīng)用：生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、基礎(chǔ)設(shè)施安全、先進(jìn)制造、物流管理、醫(yī)療健康、工業(yè)傳感、智能交通控制和智能能源等。,20.2 傳感器網(wǎng)絡(luò)的功能與特點(diǎn),（1）傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要功能 基本功能：參數(shù)計(jì)算事件檢測(cè)目標(biāo)監(jiān)測(cè)目標(biāo)跟蹤,20.2 傳感器網(wǎng)絡(luò)的功能與特點(diǎn),（2）傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量巨大且密度較高常規(guī)運(yùn)行處于低功耗狀態(tài)具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)自組織能力具備信息融合的數(shù)

4、據(jù)處理具有靈活的數(shù)據(jù)搜索功能對(duì)檢測(cè)環(huán)境干擾和侵蝕小具備魯棒性和容錯(cuò)能力,20.3 傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù),（1）自組織網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)平面結(jié)構(gòu) 所有節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的 地位平等，為傳送數(shù) 據(jù)彼此會(huì)自動(dòng)形成相 互連通的網(wǎng)絡(luò)，并通 過(guò)某些節(jié)點(diǎn)與傳感器 網(wǎng)絡(luò)外界進(jìn)行通信。 傳感器網(wǎng)絡(luò)平面結(jié)構(gòu)示意,20.3 傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)

5、鍵技術(shù),（1）自組織網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分級(jí)結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)被劃分成多個(gè)族， 每個(gè)族由一個(gè)族頭和 多個(gè)成員組成，族頭 彼此形成高一級(jí)網(wǎng)絡(luò)。 族頭結(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)族間數(shù) 據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。 傳感器網(wǎng)絡(luò)分級(jí)結(jié)構(gòu)示意,20.3 傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù),（2）自組織路由算法傳感器網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)后，某些節(jié)點(diǎn)可能會(huì)不斷的改變自身的位置，任意節(jié)點(diǎn)都有可能隨時(shí)關(guān)機(jī)

6、與開(kāi)機(jī)，使得網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)處于動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程，要求網(wǎng)絡(luò)具備自組織能力。傳感器節(jié)點(diǎn)除了必須具有報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)能力外，還要具備理由器的功能，負(fù)責(zé)維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由信息以完成報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)。,20.3 傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù),（3）信息接入技術(shù)信道接入式傳感器網(wǎng)絡(luò)“智能塵?！笔褂玫氖枪蚕淼膯涡诺劳ㄓ嵎绞?，所有的節(jié)點(diǎn)都是使用這個(gè)共享的信道盡心通訊，因此，每個(gè)節(jié)點(diǎn)如何有效的接入與使用該信道是傳感器網(wǎng)絡(luò)能否高效工作的核心技術(shù)。采用CSMA（Carri

7、er Sense Multiple Access）協(xié)議,20.3 傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù),（4）電源管理技術(shù)能源是傳感器網(wǎng)絡(luò)正常工作的最重要技術(shù)，如何有效節(jié)約能源是網(wǎng)絡(luò)化微型傳感器必須考慮的關(guān)鍵技術(shù)。節(jié)點(diǎn)按功耗分，工作模式分為：睡眠模式、空閑模式、接收模式、發(fā)送模式。,20.3 傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù),（5）微型化技術(shù)現(xiàn)階段傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的微型化技術(shù)主要集中在硬件電路的設(shè)計(jì)上隨著微機(jī)電加工（MEMS）技術(shù)的日趨成熟，在不久的將來(lái)

8、，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的體積將會(huì)越來(lái)越小。,20.3 傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù),（6）檢測(cè)與數(shù)據(jù)融合技術(shù)傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器功能單一，只具備檢測(cè)一個(gè)簡(jiǎn)單參數(shù)的功能。復(fù)雜和綜合的參數(shù)檢測(cè)需要多傳感器的協(xié)作和數(shù)據(jù)融合利用MEMS技術(shù)，使各類(lèi)傳感器微型化，保證各類(lèi)檢查功能的完整是實(shí)現(xiàn)，并使用多傳感器檢測(cè)和數(shù)據(jù)融合技術(shù)，是傳感器網(wǎng)絡(luò)得以產(chǎn)生、發(fā)展和應(yīng)用根本。,20.4 傳感器網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用,（1）動(dòng)物習(xí)性監(jiān)測(cè)在美國(guó)COA的主持下，于2002年在

9、名為Great Duck Island、面積僅為237英畝的小島上進(jìn)行了機(jī)傳感器網(wǎng)絡(luò)動(dòng)物習(xí)性監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)，監(jiān)測(cè)內(nèi)容有：當(dāng)承擔(dān)繁殖任務(wù)的海燕因覓食而需要調(diào)整孵蛋工作時(shí)，在24~72小時(shí)的生活周期中，他們?nèi)绾问褂贸惭?？在長(zhǎng)達(dá)7個(gè)月的繁殖其中，巢穴和海綿的環(huán)境變化如何？海燕數(shù)控的多少對(duì)海燕生存的微環(huán)境會(huì)產(chǎn)生何種變化,20.4 傳感器網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用,（1）動(dòng)物習(xí)性監(jiān)測(cè) 動(dòng)物習(xí)性監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)系

10、統(tǒng)結(jié)構(gòu),20.4 傳感器網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用,（1）動(dòng)物習(xí)性監(jiān)測(cè) 第95號(hào)海燕巢穴溫度差統(tǒng)計(jì),20.4 傳感器網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用,（2）智能交通系統(tǒng)智能交通系統(tǒng)就是將先進(jìn)的自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及智能信息處理與決策等有效融合起來(lái)，運(yùn)用于整個(gè)交通系統(tǒng)而建立起一種在大范圍內(nèi)，全方位發(fā)揮作用的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的運(yùn)輸綜合職能管理系統(tǒng)。傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和產(chǎn)生，將在一定程度