无线传感器网络ppt课件

4.2.2 基于测距的定位技术
2、多边定位
假设已知信标锚点A1，A2，A3，A4，…的坐标依次分别为（x1，y1）， （x2，y2），（x3，y3），（x4，y4），…，即各锚点位臵为 。如果
待定位节点的坐标为（x, y），并且已知它至各锚点的测距数值为 ，
可得如下图，其中(x，y)为待求的未知坐标。
[ xi - di , yi - di ][ xi di , yi di ]
4.2.2 基于测距的定位技术
在所有位臵点 [ xi di , yi di ] 中取最小值、所有
[max( xi di ), max( yi di )][min( xi di ), min( yi di )]
4.1.1 传感器网络的时间同步机制
1、传感器网络时间同步的意义
时间同步机制是分布式 系统基础框架的一个关键机 制。
4.1.1 传感器网络的时间同步机制
在分布式系统中，时间同步涉及“物理时间”和 “逻辑时间”两个不同的概念。
“物理时间”用来表示人类社 会使用的绝对时间；
“逻辑时间”体现了事件发生 的顺序关系，是一个相对概念。
用矩阵和向量表达为形式Ax=b，其中：
2( y1 yn ) 2( x1 xn ) A ... ... 2( xn 1 xn ) 2( yn 1 yn )
2 2 2 x12 xn y12 yn dn d12 b ... x2 x2 y2 y2 d 2 d 2 n 1 n n n 1 n 1 n
⑥(602,23) 房间602
11 (601,24)
26
房间601
4.4 能量管理

应用相关 ：由于应用环境区别很大，传感网路
由机制由应用确定
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设计无线传感器网络路由机制的要求
(1) 能量高效 (2) 可扩展性 (3) 鲁棒性：路由机制有一定的容错能力。 (4) 快速收敛性 ：路由表更新，并将分组
发送到新的接口所用的时间。
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路由协议分类
根据不同应用对传感器网络各种特性的敏感度不同，可以将 路由协议分为四种类型：
(1)能量感知路由协议。早期传感网络路由协议仅考虑能量 因素，如能量路由算法和能量多路径路由算法。
(2)基于查询的路由协议。实时监测应用中，以数据查询为 主，通信流量主要是查询节点和传感器节点之间的命令 和数据传输，同时传感器节点通常进行数据融合。
(3)地理位置路由协议。目标跟踪应用中，需要知道节点的 地理位置，以此作为路由依据。
通常采用微型电池。
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3.无线传感器网络的协议体系
❖ 图a是早期协议栈模型，与互联网五层协议栈 对应
❖ 图b是细化后的协议栈模型
时间同步和定位子层既要依赖于数据传输通道进 行协作定位和时间同步协商，又要为其他各层提 供信息支持，如基于时分复用的MAC协议，基于 地理位置的路由协议等。
b右边诸多机制一部分融入到协议中，另一部分
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MAC协议分类标准:
❖ 缺乏统一的分类标准，采用以下几种： 采用分布式控制还是集中控制 使用单一共享信道还是多个信道 采用固定分配信道方式还是随机访问信道方式
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采用第三种标准的MAC协议分类:
(1) 采用无线信道的时分复用方式，给每个传感器节点分配固 定的无线信道使用时段，从而避免节点之间的相互干扰。 包括基于分簇网络的MAC协议、DEANA协议、基于周期性 调度的协议、TRAMA协议、DMAC协议等。

理和应用服务等。
通信协议转换
中间件可以实现不同通信协议之 间的转换和适配，包括TCP/IP、 UDP、HTTP、MQTT等，使得 无线传感器网络能够与外部系统
进行无缝通信。
中间件的发展历程与现状
发展历程
无线传感器网络中间件的发展经历了多个阶段，从早期的嵌 入式系统到现代的云计算和物联网平台，中间件的角色和功 能也在不断演进和扩展。
安全与隐私保护需要采用一系列的安全技术，例如加密技术、认证技术、访问控制技术等， 以实现网络的安全和隐私保护。
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无线传感器网络中间件的设计与实现
设计原则与目标
跨平台性
中间件应能在多种平台上运行，保证 其在不同硬件和操作系统环境下的兼 容性。
分布式
中间件应支持分布式处理和存储，以 满足无线传感器网络中大量数据传输 和处理的需求。
耗芯片等措施。
未来的研究将致力于制定统 一的通信协议标准，以适应
各种环境和应用需求。
安全性增强
跨平台兼容性提升
未来的研究将更加注重安全 防护措施的加强，包括数据 加密、访问控制等手段。
未来的中间件将更加注重跨 平台兼容性的提升，以实现
不同设备的互操作。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
06
相关研究与参考文献
相关研究机构与项目
无线传感器网络中间件研究组
智能交通
无线传感器网络中间件可以用于智能交通管理，如监测道 路交通流量、车辆速度、事故情况等，以实现智能调度和 优化交通流。
医疗健康
无线传感器网络中间件还可以应用于医疗健康领域，如监 测病人的生理参数、健康状况等，为医生诊断和治疗提供 数据支持。
案例一：环境监测
应用背景
监测参数
环境监测是无线传感器网络中间件的重要 应用领域之一，对于保护环境和生态平衡 具有重要意义。

42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
无线传感器网络ห้องสมุดไป่ตู้
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹

据。

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5.1 无线传感器网络安全概述
A -> B: NA, {RQST}(Ke,C), {C||{RQST}(Ke,C)}Kmac
B -> A: {RPLY}(Ke,C’), {NA||C’||{RPLY}(Ke,C’)}Kmac
➢ SNEP中节点间的安全通信
A -> B: NA，A B -> S: NA，NB，A，B，{NA||NB||A||B}KBS
.
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5.1 无线传感器网络安全概述
3. 网络层的攻击和防御
• 传感器网络的动态性,因此没有固定的基础结构,所以 每个节点都需要具有路由的功能，更易于受到攻击。
(1) 虚假路由信息
• 通过欺骗,更改和重发路由信息,攻击者可以创建路由 环,吸引或者拒绝网络信息流通量,延长或者缩短路由 路径,形成虚假的错误消息,分割网络,增加端到端的时 延。
（4）真实性。
点到点的消息认证使得在收到另一节点发送来 的消息时，能够确认这个消息确实是从该节点发送 过来的；广播认证主要解决单个节点向一组节点发 送统一通告时的认证安全问题。
.
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5.1 无线传感器网络安全概述
（5）新鲜性。
WSN中由于网络多路径传输延时的不确定性和 恶意节点的重放攻击使得接收方可能收到延后的相 同数据包。新鲜性要求接收方收到的数据包都是最 新的、非重放的，即体现消息的时效性。
验证P1和P2的完整性，利用K2来验证P3的完整性。
.
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5.1 无线传感器网络安全概述
• 基本的流认证协议
P1
P2
Pn
Pn+1
M1
M2
Mn
H(P n)
H(P1)

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什么是无线传感器网络？
Internet、卫星或 移动通信网络等
任务管理中心
汇聚节点 监测区域
传感器节点
2
无线传感器网络的应用
地震监测 深海监控
生活习性监测
战场评估
传感器网络
医疗状况监控 精细农业
目标跟踪和检测
森林火灾监控
小区安全监控
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精细农业 种植
智能家居
厂房设备及 环境监控Biblioteka 医院病房 电子巡检11
精细农业 种植
智能家居
厂房设备及 环境监控
医院病房 电子巡检
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无线传感器网络应用举例—智能家居
监测节点
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无线传感器网络应用举例—智能家居
穿戴具有感知设备衣服， 一旦发现人体状况异常时， 会向房间内的节点发出信 号
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精细农业 种植
智能家居
厂房设备及 环境监控
医院病房 电子巡检
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无线传感器网络应用举例—厂房设备及环境监控
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无线传感器网络应用举例—厂房设备及环境监控
监控人员发现厂房设备 及环境有异常情况时， 通知相关负责人迅速到 达故障地点
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汇报结束 欢迎指正
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无线传感器网络应用举例—医院病房电子巡检
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无线传感器网络应用举例—医院病房电子巡检
在病人身上安装带 有射频标签的微型 无线传感器，动态 感知病人信息。
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无线传感器网络应用举例—医院病房电子巡检
病房外的医生 携带PDA等通 讯设施
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无线传感器网络应用举例—医院病房电子巡检
得知病人病情后， 医生将通知值勤护 士或者急救人员前 往病房救助
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国内WSN的应用前景
众多类型的传感器探测:
地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力 （大桥承重）、土壤成分（作物培养）、移动物 体的大小、速度和方向等
潜在应用领域：
航空、防爆、救灾、环境、医疗、保健、家居、 工业、商业等
2020/3/23
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WSN+医疗
2012-2050年中国老龄化情况预测(单位：%)
2020/3/23
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Sproutling幼儿脚环
适用：0-4岁的幼儿
外形：类似一个小红心
功能：内置四个传感器，随 时监控幼儿的体温、脉搏 （心跳）、动作，还能监控 室内的温度、光线等环境因 素。
适合在家庭或幼儿园等场合 使用，监控还不能很好地表 达身体情况的孩子的健康状 况。
2020/3/23
能量供应模块：提供电源，一般都是用电池来提供电源。
2020/3/23
3
WSN的网络体系结构
定义：协议分层以及网络协议的集合, 是对网络 及其部件所应完成功能的定义和描述。
无线传感器网络的结构不同于传统的计算机网络 和通信网络。
无线传感器网络的协议模型，既参考了现有的计 算机网络的TCP / IP和OSI模型的架构，又包含了 传感网络特有的电源管理、移动管理及任务管理。
中国目前有失能老人1036万、半失能老人2123 万，不同程度地需要提供护理照料服务。

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背景与前景
背景： 人口老龄化趋势增强，生育率下降，空巢老人增加，老人的数量 增加。上班族无法亲自照顾老人小孩。
前景： 技术成熟 随着经济增长，中产阶级增多，人们的消费观念产生了变化，愿 意为健康投资，市场需求大。
2020/3/23