1_导论

无线传感器网络（Wireless Sensor Networks）
适用专业：计算机科学与技术、软件工程、网络工程、物联网工程
先修课程：计算机网络、操作系统
参考书籍：
【1】无线传感器网络，孙利民，清华大学出版社
【2】无线传感器网络：原理与实践，[美] 胡飞 等著，机械工业出版社
【3】无线传感器网络理论、技术与实现，于宏毅 等著，国防工业出版社
【4】从互联到新工业革命，刘云浩著，清华大学出版社

• 什么是无线传感器网络

无线传感器网络(WSN)是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，目的是协作地采集、处理和传输网络覆盖地域内感知对象的监测信息，并报告给用户。

无线传感器网络 = 无线传感器+网络 = 无线 + 传感器 +
网络

• 无线：通信
• 传感器：感知
• 网络：范围扩大、相互协同

无线网络分为两类，一类是基础设施网（无线自组网Mobile Ad hoc Network，简称MANET，如3G\4G\WiFi等）采用无线方式通信，终端快速移动的对等网络，比如车联网；另一类是无基础设施网（无线传感器网络），节点是静止的或者移动很慢，比如森林火灾监测网络等。

需要固定基站，如使用的手机，属于无线蜂窝网，需要高大的天线和大功率基站来支持，基站就是最重要的基础设施；

使用无线网卡上网的无线局域网，由于采用了接入点这种固定设备，也属于有基础设施网。

• 传感器网络协议栈
  OSI参考模型

• 传感器网络节点的组成

传感模块--计算模块--通信模块
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电源模块  存贮模块  嵌入式系统

• 传感器节点的限制
  1、电源能量有限
  耗能模块包括传感器模块、处理器模块和无线通信模块。随着集成电路工艺的进步，处理器和传感器模块的功耗变得很低，绝大部分能量主要消耗在无线通信模块上。
  

  电源能量有限
  2、通信能力有限
  随着通信距离的增加，能耗会急剧增加；在满足通信连通性的前提下应尽量减少单跳的通信距离；一般而言，传感器节点的无线通信半径在100m以内比较合适。

  通常无线通信的能量消耗与通信距离的关系符合如下规律：
  满足关系。的取值与很多因素有关，干扰大，取值就大；通常取为3，假定通信能耗与距离三次方成正比。

  3、计算和存储能力有限
  如何利用有限的计算和存储资源完成诸多协同任务成为传感器网络设计所需要考虑的问题。

  • 节点是微型嵌入式设备，价格低、功耗小，导致其携带的处理器能力比较弱，存储器容量比较小。
  • 节点需要完成监测数据的采集和转换、数据的管理和处理、应答汇聚节点的任务请求和节点控制等多种工作。

• 传感器网络的特点
  无线传感器网络具有无线网络的移动性、断接性、电源能力局限性等共同特征；它的主要特点包括自组织性、以数据为中心、应用相关性、动态性、网络规模大和需要高的可靠性等。
  【敲黑板：划重点！！！要考的】

  • 规模大
  • 自组织性
  • 动态性
  • 可靠性
  • 应用相关性
  • 以数据为中心

• 传感器网络的应用情况
  军事领域、环境科学、森林监控、医疗健康、智能交通、城市建设

  • 环境科学
    检测海洋及土地情况；监控森林，防止火灾；监控野生动物活动；室内环境管理中心通过各类传感器实时获取环境监测数据（水质、大气、噪声、土壤等）；通过各种媒体给楼内群体及相关部门提供情报并做出智能决策和处理

    但由于数据回收率低，持续时间短，系统规模不大等问题，搭建长期稳定运行的大规模传感器网络系统仍面临巨大挑战。

  • 医疗健康
    如果在住院病人身上安装特殊用途的传感器节点，如心率和血压监测设备，利用传感器网络，医生就可以随时了解被监护病人的病情，进行及时处理。

  • 军事领域
    无线传感器网络将会成为C4ISRT系统不可或缺的一部分。C4ISRT系统的目标是利用先进的高科技技术，为未来的现代化战争设计一个集命令、控制、通信、计算、智能、监视、侦察和定位于一体的战场指挥系统，受到了军事发达国家的普遍重视