无线传感器网络系
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第一章物联网:通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
无线传感器网络综合了计算技术、通信技术及传感器技术,其任务是利用传感器节点来监测节点周围的环境,收集相关数据,然后通过无线收发装置采用多跳路由的方式将数据发送给汇聚节点,再通过汇聚节点将数据传送到用户端,从而达到对目标区域的监测。
无线传感器网络通常包括传感器节点、汇聚节点和任务管理节点。
典型的无线传感器网络结构包括哪几部分?一般情况下由以下四个基本单元组成:数据采集单元、控制单元、无线通信单元以及能量供应单元。
无线传感器网络基本节点拓扑结构可分为基于簇的分层结构和基于平面的拓扑结构两种选择题:无线传感器网络可实现数据的采集量化,处理融合和传输应用,具有无线自组织网络的移动性、电源能力局限性,规模大、自组织性、动态性、可靠性、以数据为中心等等。
第2章无线传感器网络物理层的传输介质主要包括电磁波和声波。
无线电波、红外线、光波等负责使在两个网络主机之间透明传输二进制比特流数据成为可能,为在物理介质上传输比特流建立规则,以及在传输介质上收发数据时定义需要何种传送技术。
无线传感器网络物理层接口标准对物理接口具有的机械特性、电气特性、功能特性、规程特性进行了描述。
作为一种无线网络,无线传感器网络物理层协议涉及传输介质以及频段的选择、调制、扩频技术方式等,同时实现低能耗也是无线传感器网络物理层的一个主要研究目标。
IEEE 802.15.4 该标准把低能量消耗、低速率传输、低成本作为关键目标,旨在个人或者家庭范围内不同设备之间建立统一的低速互连标准。
有16个信道工作于2.4GHz ISM频段,2.4GHz频段提供的数据传输速率为250kb/s,对于高数据吞吐量、低延时或低作业周期的场合更加适用有1个信道工作于868MHz频段以及10个信道工作于915MHz频段。
无线传感器网络名词解释1、无线自组织网络:是一种不同于传统无线通信网络的技术传统的无线蜂窝通信网络,需要固定的网络设备如基地站的支持,进行数据的转发和用户服务控制。
而无线自组织网络不需要固定设备支持,各节点即用户终端自行组网,通信时由其他用户节点进行数据的转发。
这种网络形式突破了传统无线蜂窝网络的地理局限性,能够更加快速、便捷、高效地部署,适合于一些紧急场合的通信需要,如战场的单兵通信系统。
2、无线传感器网络WSN无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息,并发送给观察者。
传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素3、基带信号:信源(信息源,也称发送端)发出的没有经过调制(进行频谱搬移和变换)的原始电信号,其特点是频率较低,信号频谱从零频附近开始,具有低通形式。
根据原始电信号的特征,基带信号可分为数字基带信号和模拟基带信号(相应地,信源也分为数字信源和模拟信源。
)其由信源决定。
4、模拟调制:调制在通信系统中的作用至关重要。
广义的调制分为基带调制和带通调制(也称载波调制)。
在无线通信中和其他大多数场合,调制一般均指载波调制。
调制信号是指来自信源的消息信号(基带信号),这些信号可以是模拟的,也可以是数字的。
调制方式有很多。
根据调制信号是模拟信号还是数字信号,载波是连续波(通常是正弦波)还是脉冲序列,相应的调制方式有模拟连续波调制(简称模拟调制)、数字连续波调制(简称数字调制)、模拟脉冲调制和数字脉冲调制等。
5、数字调制:数字调制是现代通信的重要方法,它与模拟调制相比有许多优点。
数字调制具有更好的抗干扰性能,更强的抗信道损耗,以及更好的安全性;数字传输系统中可以使用差错控制技术,支持复杂信号条件和处理技术,如信源编码、加密技术以及均衡等。
在数字调制中,调制信号可以表示为符号或脉冲的时间序列,其中每个符号可以有m种有限状态,而每个符号又可采用n比特来表示。
无线传感网络无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)是一种分布式传感网络。
是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统。
WSN中的传感器节点通过无线方式通信,网络设置灵活,设备位置可以随时更改,还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。
且在科技水平大幅度提高的基础上传感器节点的成本和能耗也逐渐降低,使得WSN在很多领域得到应用。
最早现代意义上的传感器是1879年德国科学家霍尔在研究金属的导电机制时制作的磁场传感器。
经过100多年的发展,传感器的功能不再单一,可以采集温度、湿度、位置、光强、压力、生化等标量数据。
1996年,美国军方资助加州大学洛杉矶分校(UCLA)等单位开展低功耗无线传感器网络(Low-power Wireless Integrated Microsensors,LWIM)的研究。
LWIM III型无线传感器节点将传感器、控制电路与电源电路集成为一体。
两年之后,UCLA与Rockwell合作,开发了Rockwell WINS(Wireless Integrated Network Sensor)无线传感器节点。
该节点使用32位微处理器Strong ARM、1MB的内存与4MB的闪存,数据传输速率是100kbps,工作时的功耗为200mw,睡眠时的功耗是0.8mw。
与此同时,加州大学伯克利分校(UCB)也开展了“Smart Dust”(智能尘埃)项目的研究。
“智能尘埃”意指传感器节点的体积非常小,如尘埃一般。
该项目研究的目标是通过MEMS技术,实现传感、计算与通信能力的集成,用智能传感器技术增强微型机器人的环境感知与智慧处理能力。
其研究任务是开发一系列低功耗、自组织、可重构的无线传感器节点。
1998年研制的WeC智能传感器节点使用的是8位、主频为4MHz的AT90LS8535微处理器芯片,内存是512B,闪存为8kB,数据传输速率为10kbps,工作时的功耗为15mw,睡眠时的功耗是45μw。