第⼀章⽆线传感器⽹络概述知识点整理（⼀）
第⼀章⽆线传感⽹络概述
1.1 ⽆限传感器⽹络的基本感念
⽆线传感器⽹络 Wireless Sdnsor Network
定义：⼤量静⽌或移动的传感器节点以⾃组织和多跳的⽅式构成的⽆线⽹络。
⽬的：协作探测、处理和传输⽹络覆盖区域内感知对象的监测信息，并报告给⽤户。
传感器⽹络
功能：实现数据采集、处理和传输
基本要素：传感器、感知对象和⽤户
Ad Hoc ⽹络：
定义：是⼀种多跳的、⽆中⼼的、⾃组织⽆线⽹络，⼜称为多跳⽹，⽆基础设施⽹或⾃组织⽹。
1.2 ⽆线传感器⽹络的特征
1.2.1与现有⽆线⽹络的区别（其他⽹络）
（1）集成了监测、控制以及⽆线通信的⽹络系统
（2）节点数⽬庞⼤
（3）节点分布密集
（4）节点容易出现故障
（5）⽹络拓扑结构易发⽣变化
（6）传感器节点具有的能量、处理能⼒、存储能⼒和通信能⼒等都⼗分有限
（7）传统⽆线⽹络的⾸要设计⽬标是提供⾼服务质量和⾼效带宽利⽤，其次才考虑节约能源，⽽传感器⽹络的⾸要设计⽬标是能源的⾼效使⽤
1.2.2与现场总线的区别
（1）现场总线是应⽤在⽣产现场和微机化测量控制设备之间、实现双向串⾏多节点数字通信的系统
（2）开放式、数字化、多点通信的底层控制⽹络
（3）现场总线作为⼀种⽹络形式，专门为实现在严格的实时约束条件下⼯作⽽特别设计的
（4）由于现场总线通过报告传感数据从⽽控制物理环境，与传感器⽹络⾮常相似
（5）⽆线传感器⽹络关注的不是数⼗毫秒范围内的实时性，⽽是具体的业务应⽤，这些应⽤能够容许较长时间的延迟和抖动
（6）传感器⽹络⾃适应协议在现场总线中并不需要，如多跳、⾃组织的特点，⽽且现场总线及其协议也不考虑节约能源问题
较为流⾏的现场总线：
（1）CAN（控制局域⽹络）
（2）Lonworks（局部操作⽹络）
（3）Profibus（过程现场总线）
（4）HART（可寻址远程传感器数据通信）
（5）FF（基⾦会现场总线）
1.2.3传感器节点的限制
1.电源能量限制
（1）传感器节点体积微⼩
（2）通常携带能量⼗分有限的电池
（3）传感器节点消耗能量的模块包括传感器模块、处理器模块和⽆线通信模块
（4）传感器节点的绝⼤部分能量消耗在⽆线通信模块
⽆线通信模块存在发送、接收、空闲和睡眠4种状态
空闲时监听⽆线信道的使⽤情况，检查是否有数据发送给⾃⼰
睡眠时关闭通信模块
在发送状态的能量消耗最⼤，接收和空闲时消耗接近，睡眠消耗最少。
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较少不必要的转发和接收，不需要通信时尽快进⼊睡眠状态。
2.通信能⼒限制
（1）节点部署贴近地⾯时，障碍物多，⼲扰⼤
（2）天线对信号发射质量的影响⼤
（3）随着通信距离增加能耗将急剧增加
（4）节点的⽆线通信半径在100m以内
（5）节点通信带宽有限
⽆线通信的能量消耗与通信距离的关系为：
k是系数，n满⾜关系2<n<4，n的取值与很多因素有关，例如传感器节点部署贴近地⾯时，障碍物多⼲扰⼤，n 的取值就⼤传感器节点的⽆线通信速率通常仅有⼏百kbps
3.计算存储能⼒限制
（1）微型嵌⼊式设备
（2）价格低，功耗⼩
（3）携带处理器能⼒较弱
（4）存储器容量较⼩
（5）需动态能量管理和动态电压调节模块⽀持
改进：
开发超低功耗的微处理器
为传感器节点的操作系统设计了动态能量管理和动态点药调节功能，能更有效利⽤节点各种资源
1.2.4传感器组⽹的特点
1.⾃组织性
能够⾃动地进⾏配置和管理，通过拓扑控制和⽹络协议，，⾃动形成转发监测数据的多跳⽆线⽹络系统。
2.以数据为中⼼
支付宝怎么提现传感器⽹络以数据本⾝作为查询或传输线索，当⽤户需要查询事件时，⽹络在获得制定事件的信息后汇报给⽤户。
3.应⽤相关性
4.动态性
5.⽹络规模⼤
6.可靠性
1.3 ⽆线传感器⽹络的关键性能指标
1.⽹络的⼯作寿命
2.⽹络覆盖范围
3.⽹络搭建成本和难易程度
4.⽹络响应时间
1.4 ⽆线传感器⽹络的应⽤
1.军事应⽤
2.环境科学
3.空间探索
4.医疗健康
5.智能家居
6.建筑物和⼤型设备安全状态的监控
7.紧急援救
8其他商业应⽤
1.5 ⽆线传感器⽹络研究历史
1.5.2研究历史
第⼀阶段传统的传感器系统
1970-1980
传感器系统特征：传感器节点只产⽣探测数据流，没有计算能⼒，并且相互之间不能通信。
第⼆阶段传感器⽹络节点集成化
1980-1990
今年中秋节放假几天技术特征：采⽤线代微型化的传感器节点，节点具备感知能⼒、计算能⼒和通信能⼒
第三阶段多跳⾃组⽹
2000-
属龙的今年多大技术特点⽹络传输⾃组织、节点设计低功耗
1.5.3 发展趋势
1. ⽆线多媒体传感器⽹络
（1）⽆线多媒体传感器⽹络(Wireless Multimedia Sensor Networks，WMSN)
（2）随着半导体技术的发展，在⽆线传感器⽹络中引⼊低功耗视频和⾳频传感器⽽形成的
（3）⽆线多媒体传感器⽹络由于丰富的传感信息（⾳频、视频和图像等）已成为⼀个研究热点
（4）被⼴泛应⽤于图像注册、分布式视频监控、环境监控以及⽬标跟踪等项⽬中
2. 泛在传感器⽹络
泛在⽹络（Ubiquitous Network）是指⽆所不在的⽹络
泛在⽹络时代的显著特征是⼈们可随时随地利⽤⽹络资源
每个⼈周围的物品，如家电、汽车、计算机、机器、仪表等互联，实现⼈与⼈（P2P），⼈与物（P2M），物与物（M2M）的交流和互动
企划部职责对⽹络⽽⾔，⽆处不在意味着⽹络、设备的多样化以及⽆线通信⼿段的⼴泛运⽤
各类传感器是⼈们获取物理世界信息的重要途径，传感器⽹络是泛在⽹络的末梢神经⽹络
⼈与⼈通信能扩展到更为丰富多彩和⼈与物、物与物通信，⼈们可以利⽤⽹络提供的多维环境信息，如位置、家电等机器设备状态、温度、湿度等，进⾏精确的处理和控制
开发和实现丰富的业务，更好地满⾜不断增长的社会⽣活对信息技术的需求。1升等于多少斤
3. 具有认知功能的传感器⽹络
⽆线认知传感器⽹络（Wireless Cognitive Sensor Network，WCSN）
⽆线认知传感器节点的分布式⽹络
感知事件信号
机会地使⽤频谱空洞
采⽤多跳⽅式
完成信息的动态协同通信
满⾜各种应⽤需求
4. 基于超宽UWB带技术的⽆线传感器⽹络
超宽带（U ltra-wideband，简称UWB）
⼀种具备低耗电与⾼速传输的⽆线个⼈局域⽹络通讯技术
适合需要⾼质量服务的⽆线通信应⽤，可以⽤在⽆线个⼈局域⽹络（WPAN）、家庭⽹络连接和短距离雷达等领域
超宽带的传输距离都是在⼗⽶之内，传输速率⾼达480Mbps，是蓝⽛的159倍，是Wi-Fi的18.5倍
⾮常适合多媒体信息的⼤量传输
5. 基于协作通信技术的⽆线传感器⽹络
协作通信技术，是⼀种使得仅有单天线的移动终端也可以实现空间分集的新技术
通过系统中各个⽤户帮助其伙伴⽤户传输信息
共享彼此的天线和空间信道资源
构成虚拟MIMO系统
获得空间分集增益
在⽆线传感器⽹络中，每个节点的传输功率受电池能量有限的约束，难以进⾏有效的长距离通信
利⽤协作通信技术，可以将多个传感器节点构成虚拟天线阵列，通过多节点间的协作进⾏可靠通信
降低因为信号衰落造成的误码引起的重传
提⾼节点能量的利⽤率
克服传感器节点能量受限的弱点
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