20傳感器網(wǎng)絡(luò)

1、第20章 傳感器網(wǎng)絡(luò),,自動檢測技術(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：完成特定的檢測和分析任務(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)管理的最終用戶連接起來任務(wù)管理端：最終用戶實現(xiàn)對傳感器網(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)點的成本越來越低，而功能日益強大，使得以前造價昂貴

3、的傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)能夠進入民用領(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、基礎(chǔ)設(shè)施安全、先進制造、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,（1）傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要功能 基本功能：參數(shù)計算事件檢測目標(biāo)監(jiān)測目標(biāo)跟蹤,20.2 傳感器網(wǎng)絡(luò)的功能與特點,（2）傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要特點傳感器節(jié)點數(shù)量巨大且密度較高常規(guī)運行處于低功耗狀態(tài)具有很強的網(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)搜索功能對檢測環(huán)境干擾和侵蝕小具備魯棒性和容錯能力,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)點在網(wǎng)絡(luò)中的 地位平等，為傳送數(shù) 據(jù)彼此會自動形成相 互連通的網(wǎng)絡(luò)，并通 過某些節(jié)點與傳感器 網(wǎng)絡(luò)外界進行通信。 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)分級結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)被劃分成多個族， 每個族由一個族頭和 多個成員組成，族頭 彼此形成高一級網(wǎng)絡(luò)。 族頭結(jié)點負(fù)責(zé)族間數(shù) 據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。 傳感器網(wǎng)絡(luò)分級結(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)點可能會不斷的改變自身的位置，任意節(jié)點都有可能隨時關(guān)機

6、與開機，使得網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)處于動態(tài)變化的過程，要求網(wǎng)絡(luò)具備自組織能力。傳感器節(jié)點除了必須具有報文轉(zhuǎn)發(fā)能力外，還要具備理由器的功能，負(fù)責(zé)維護網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由信息以完成報文的轉(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嵎绞剑械墓?jié)點都是使用這個共享的信道盡心通訊，因此，每個節(jié)點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)點的微型化技術(shù)主要集中在硬件電路的設(shè)計上隨著微機電加工（MEMS）技術(shù)的日趨成熟，在不久的將來

8、，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的體積將會越來越小。,20.3 傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù),（6）檢測與數(shù)據(jù)融合技術(shù)傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器功能單一，只具備檢測一個簡單參數(shù)的功能。復(fù)雜和綜合的參數(shù)檢測需要多傳感器的協(xié)作和數(shù)據(jù)融合利用MEMS技術(shù)，使各類傳感器微型化，保證各類檢查功能的完整是實現(xiàn)，并使用多傳感器檢測和數(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）動物習(xí)性監(jiān)測在美國COA的主持下，于2002年在

9、名為Great Duck Island、面積僅為237英畝的小島上進行了機傳感器網(wǎng)絡(luò)動物習(xí)性監(jiān)測實驗，監(jiān)測內(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，在24~72小時的生活周期中，他們?nèi)绾问褂贸惭?？在長達7個月的繁殖其中，巢穴和海綿的環(huán)境變化如何？海燕數(shù)控的多少對海燕生存的微環(huán)境會產(chǎn)生何種變化,20.4 傳感器網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用,（1）動物習(xí)性監(jiān)測 動物習(xí)性監(jiān)測實驗系

10、統(tǒng)結(jié)構(gòu),20.4 傳感器網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用,（1）動物習(xí)性監(jiān)測 第95號海燕巢穴溫度差統(tǒng)計,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)就是將先進的自動檢測技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊技術(shù)、自動控制技術(shù)以及智能信息處理與決策等有效融合起來，運用于整個交通系統(tǒng)而建立起一種在大范圍內(nèi)，全方位發(fā)揮作用的實時、準(zhǔn)確、高效的運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