1、1通信新技術講座通信新技術講座第第4 4講：傳感器網絡與物聯網講：傳感器網絡與物聯網2通信通信技術與業務的發展趨勢技術與業務的發展趨勢網絡的融合兩化融合（工業化+信息化）三網融合新一代寬帶無線移動技術-移動互聯網傳感器網絡 - 物聯網云計算大數據時代3第四講：傳感器第四講：傳感器網絡與物聯網網絡與物聯網4第四部分：傳感器網絡與物聯網 4.1 無線傳感器網絡 4.2 物聯網 4.3 物聯網的發展趨勢54.1 4.1 無線傳感器網絡概述無線傳感器網絡概述 無線傳感器網絡（wireless sensor network, WSN），簡稱傳感網，是當前在國際上備受關注的、涉及多學科高度交叉、知識高度集

2、成的前沿熱點研究領域。它綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現代網絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等。 6無線傳感器無線傳感器網絡網絡 無線傳感器網絡（wireless sensor network, WSN）就是由部署在檢測區域內大量的廉價傳感器節點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的、自組織的網絡系統，目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中感知的對象信息，并發送給觀察者。 構成WSN的三要素： 傳感器、感知對象、觀察者。7WSNWSN的優勢：成本優勢的優勢：成本優勢布線成本是制約系統應用的瓶頸問題布線成本是制約系統應用的瓶頸問題工程布線投資和使用成本過高2001年全球工業用傳感器的

3、市場份額是110億美元，而安裝和使用成本（主要是布線成本）超過1000億美元。有線有線無線無線硬件成本硬件成本$1k$1.5安裝成本安裝成本$2k20k$1k維護成本維護成本可忽略可忽略$0.5k(更換電池更換電池)合計合計$3k21k$3k單個節點的成本8WSNWSN的網絡結構的網絡結構 結構入上圖所示，傳感器網絡系統通常包括傳感器節點（sensor node），匯聚節點（sink node），和管理節點。大量傳感器節點隨機的部署在檢測區域內部或附近，能夠通過自組織方式構成網絡。傳感器節點檢測的數據沿著其它節點逐跳的進行傳輸，其傳輸過程可能經過多個節點處理，經過多跳后到達匯聚節點，最后通過互

4、聯網和衛星到達管理節點，用戶通過管理節點對傳感器網絡進行配置和管理，發布檢測任務以及收集檢測數據。9傳感器節點結構傳感器節點結構 從右圖我們可以看到一個典型的傳感器節點由傳感器模塊，無線通信模塊和能量供應模塊四部分組成。每一個模塊的功能如下所示：1)傳感器模塊：負責監視區域內信息的采集和數據轉換。2)處理器模塊：負責控制整個傳感器節點的操作，存儲處理本身采集的數據以及其它節點發來的數據。3)無線通信模塊：負責與其它傳感器節點進行無線通信，交換控制信息和收發采集數據。4)能量供應模塊：為傳感器節點提供運行所需的能量，通常采用微型電池。10WSNWSN的關鍵技術的關鍵技術 網絡的拓撲控制 網絡協議

5、 網絡安全 時間同步 定位技術 數據融合 11無線傳感器網絡的特征無線傳感器網絡的特征 大規模網絡 自組織網絡 動態性網絡 可靠性網絡 應用相關網絡 以數據為中心的網絡12（1）通信能力有限 節點帶寬窄，而且經常變化 節點通信覆蓋范圍只有幾十到幾百米， 而且經常變化WSNWSN的局限與挑戰（的局限與挑戰（1 1）13（2）多源、多跳是主要通信方式 多個傳感器節點向一個目標傳送信息 一次多源信息傳輸需要多條由多個傳感器節點組成的路徑WSNWSN的局限與挑戰（的局限與挑戰（2 2）14（3）節點移動、斷接頻繁 在移動網絡中，節點移動頻繁 節點間通信的斷接頻繁，導致通信失敗. 經常受到高山、建筑物、

6、障礙物等地勢地貌以及風雨雷電等自然環境的影響, 因此傳感器可能會長時間脫離網絡, 離線工作WSNWSN的局限與挑戰（的局限與挑戰（3 3）15（4）電源能量有限 傳感器的電源能量極其有限 由于電源能量的原因經常失效或廢棄 電源能量約束是傳感器網絡應用的障礙 現有電源部件不能滿足傳感器網絡的需要 傳感器傳輸信息比執行計算更消耗電能 傳感器傳輸1位信息需要的電能足以執行3000條計算指令WSNWSN的局限與挑戰（的局限與挑戰（4 4）16（5）計算能力有限 傳感器網絡中傳感器通常都具有嵌入式處理器和存儲器，具有計算能力 但是，處理器性能、存儲器容量和能源都很有限，導致傳感器的計算能力十分有限WSN

7、WSN的局限與挑戰（的局限與挑戰（5 5）17彭明盛：智慧的地球彭明盛：智慧的地球智慧地球智慧地球IBM CEO彭明盛:世界不僅正變得更小、更扁平，而且“更智慧”。 首先，高科技應用越發普遍；其次，世界將連為一體；最后，所有的事物都變得智能。 從互聯網到“物聯網”(the Internet of things)時代，世界的智慧化將實現“無所不在的連接無所不在的連接”。4.2 4.2 物聯網物聯網18傳感網傳感網= =物聯網？物聯網？傳感器網絡：是利用各種傳感器（光、電、溫度、濕度、壓力等）加上中低速的近距離無線通信技術構成一個獨立的網絡。是由多個具有有線/無線通信與計算能力的低功耗、小體積的微

8、小傳感器節點構成的網絡系統，它一般提供局域或小范圍物與物之間的信息交換。是物聯網末端采用的關鍵技術之一。19物聯網：是指在物理世界的實體中部署具有一定感知能力、計算能力或執行能力的各種信息傳感設備，通過網絡設施實現信息傳輸、協同和處理，從而實現廣域或大范圍的人與物、物與物之間信息交換需求的互聯。其中末端網包括各種實現與物互聯的技術，例如：傳感器網絡、RFID、二維碼、短距離無線通信技術、移動通信模塊等。物聯網是繼電信網和互聯網實現人與人通信之后，著重連接物理世界的應用及相關產業。傳感網傳感網= =物聯網？物聯網？20物聯網離我們很遠物聯網離我們很遠英國生命信托基金會計劃建設全智能化老年公寓，使

9、老人在未來可以不受養老院束縛，在自己家中過上高質量生活。公寓將采用電腦技術、無線傳輸技術等手段，在地板和家電中植入電子芯片裝置，使老人的日常生活處于遠程監控狀態。如果老人走出房屋或摔倒，地面安全傳感器會立即通知醫護人員或親屬；冰箱里的牛奶翻倒撒出，或是鍋在爐灶上無人看管，冰箱和廚房的傳感器也會發出警報；自動化“藥劑師”會提醒老人準時吃藥；娛樂傳感器則在老人進門時自動播放主人喜愛的音樂，并適時調節暖氣和燈光。預計這種智能化老年公寓的雛形最早可在2028年問世，技術成熟則要到2048年。21物聯網離我們很近物聯網離我們很近 物聯網的部分應用已經存在在我們的生活之中。基于物體識別技術的應用M2M應用

10、二代身份證ETC（ElectronicToll Collection），電子不停車收費系統營運車輛監控和調度無線POS22溫總理：感知中國溫總理：感知中國 隨后，溫總理又在政府工作報告中指出，中國要大力培育戰略性新興產業，并特別提出要加強物聯網物聯網的研發應用。 “物聯網=傳感器網絡+互聯網” 2009年8月，溫總理指出，要盡快突破核心技術，把傳感技術傳感技術和TD-SCDMA等通信技術的發展結合起來，盡快建立“感知中國”中心； 23應用應用互聯互聯感知感知標識標識物聯網應用的關鍵環節標識：身份標識（RFID、二維條碼等）、位置標識（GPS等）感知：面向生產、生活等各種應用的傳感器互聯：廣泛的

11、物物相聯，低成本、低功耗、小型化應用：由感知延伸出來的各種信息處理及應用24物聯網技術體系應用層應用層信息應用信息應用智能電網智能電網 工業監控工業監控智能交通智能交通環境監測環境監測應用支撐（信息處理）子層應用支撐（信息處理）子層信息開放平臺信息開放平臺服務支撐平臺服務支撐平臺通信環境平臺通信環境平臺公共中間件公共中間件網絡層網絡層電信網增強電信網增強云計算云計算資源和存儲管理資源和存儲管理異構網融合異構網融合遠程控制遠程控制下一代承載網下一代承載網M2M無線接入無線接入移動通信網移動通信網互聯網互聯網感知感知/延伸層延伸層組網技術組網技術中間件中間件信息處理信息處理無線無線/有線傳輸有線傳

12、輸數據采集數據采集二維條碼二維條碼多媒體信息多媒體信息RFID傳感器傳感器網絡層與感知網絡層與感知/延伸層互通延伸層互通公共技術業務需求業務需求網絡架構網絡架構標識解析標識解析安全技術安全技術QOS管理管理網絡管理網絡管理25傳感網-物聯網-泛在網泛在網（Ubiquitous Network）： 是指基于個人和社會的需求，實現人與人、人與物、物與物之間按需進行的信息獲取、傳遞、存儲、認知、決策、使用等服務，網絡具有超強的環境感知、內容感知及其智能性，為個人和社會提供泛在的、無所不含的信息服務和應用。4.3 4.3 物聯網的發展趨勢物聯網的發展趨勢26泛在網、物聯網和傳感網的關系泛在網、物聯網和傳感網的關系網絡網絡關鍵設備和技術關鍵設備和技術對象對象傳感器網絡傳感器、近距離無線通信 -物聯網傳感器、條形