1、物 联 网2018/5/7 1第一节 物联网技术简介 最初的狭义传感器网络指的是由传感器节点和控制节点组成的局域无线网络，后来将互联网加入到传感网的系统结构中来，能将传感器网络的信息传送给更远的用户，这样就形成了广义的传感器网络的结构，将广义传感器网络的感知前端再加入更多的可以感知信息的部件（主要是 RFID，以及所有其他能有助于物与物或人与物之间交换信息的感知部件），就构成了当前讨论的物联网的概念。将来的物联网也必须是智能化的物联网，所依赖的技术应该包含前端技术（传感器、 RFID等）、数据传输技术（无线通信、互联网等）、智能化处理技术（数理统计、模式识别等）、终端技术（给用户呈现信息的软、
2、硬件技术）。2018/5/7 2第二节 传感网技术 图 3-1 传感器节点示意图 2018/5/7 3第二节 传感网技术一、传感网节点传感网是由大量部署在作用区域内、具有无线通信与计算能力的微小传感器节点，通过自组织方式构成能根据环境自主完成指定任务的分布式、智能化网络系统。 传感网节点的组成和功能包括以下四个基本单元：感知单元（由传感器和模 /数转换功能模块组成）、处理单元（由嵌入式系统构成，包括 CPU、存储器、嵌入式操作系统等）、通信单元（由无线通信模块组成）以及电源部分，如 图 3-2所示。图 3-2 传感器节点结构 2018/5/7 4第二节 传感网技术传感网的每个节点可以配备一个或
3、多个传感器、一个无线电收发器、一个微控制器和一个能源（通常为电池）。单个传感器节点的尺寸大到一个鞋盒，小到一粒尘埃。 加州大学伯克利分校主持开发的低功耗无线传感器节点 Mica，Mica节点上可感知多个不同物理量：光强度、温度、地磁强度等。 二、传感网系统结构包括三个方面的技术：感应、通信、计算（硬件、软件、算法）。 典型的传感网的体系结构包括分布式传感器节点（群）、 sink节点、互联网和用户界面等。传感网的系统结构如 图 3-3所示。 2018/5/7 5第二节 传感网技术图 3-3 传感网的系统结构 2018/5/7 6第二节 传感网技术三、传感网协议 无线传感器网络协议也大致包括物理层
4、、数据链路层、网络层、传输层和应用层上的协议。 1物理层 无线传感网物理层通信协议主要解决传输介质选择、传输频段选择、无线电收发器的设计、调制方式等问题。 2数据链路层 MAC协议 传感网的 MAC协议旨在为资源（特别是能量）受限的大量传感器节点建立具有自组织能力的多跳通信链路，实现公平优先的通信资源共享，处理数据包之间的碰撞，重点是如何节省能量。 1）基于随机竞争的 MAC协议 2）基于 TDMA（时分多址）的 MAC协议 2018/5/7 7第二节 传感网技术3网络层路由协议1）基于聚簇的路由协议2）基于地理位置的路由协议3）以数据为中心的路由协议4）能量感知路由协议 4传输层协议 传感网
5、的传输层与传统的网络传输层担负的任务大致相同，负责端到端的传输控制。 2018/5/7 8第二节 传感网技术四、传感网操作系统 节点是传感网中部署到研究区域中用于收集和转发信息、协作完成指定任务的对象。每个节点上运行的程序可以是完全相同的，唯一不同的是其 ID。 存在的问题：应用程序开发的难度大大增加 ，程序员无法继承现有的软件成果 ，无法形成规模化开发 。在传感网中，传感器节点有两个很突出的特点： 并发性很密集。 传感器节点模块化程度很高。TinyOS中引入了四种技术：轻线程、主动消息、事件驱动和组件化编程。 2018/5/7 9第二节 传感网技术五、传感网中间件中间件在软件系统中起到承上启下的作用。中间件是构件化软件的一种表现形式，它抽象了典型的应用模式，应用软件制造者可以基于标准的中间件进行再开发，这种操作系统方式其实就是软件构件化的具体表现。 传感网的特点： 网络节点体积非常小，能量、资源有限，节点很容易出现功能失效。 由于节点本身的移动、能量耗尽或环境影响造成的节点失效，导致网络拓扑动态变化。 由于节点部署往往数量庞大，人工部署和维护不大可能，需要网络自配置和自维护。大量节点使网络更加健壮，但同时会造成数据冗余问题，需要数据的网内融合。 网络往往由许多体系结构、计算能力、存储能力、能量级别各不相同的异构节点组成，网络设计时也要考虑异构性问题。 2018/5/7 10
