電氣工程學院通信工程系第2章現代無線通信系統

（IntroductiontoWirelessCommunicationSystems）電氣工程學院通信工程系§2.7無線傳感器網絡WirelessSensorNetwork(WSN)電氣工程學院通信工程系普適計算未來計算將充斥于我們的日常生活中的每個角落智能空間(Ambientintelligence)/普適計算(Ubiquitouscomputing)大量不同種設備采集、處理來自不同來源的信息以供控制實際過程并與用戶交互?智能空間所需信息的來源：無線傳感器網絡?這些由單個節點組成的網絡需要相互合作完成指定任務。?節點間通過無線通信完成相互的合作無線傳感器網絡是實現智能空間的重要組成部分電氣工程學院通信工程系普適計算需求——自組織網絡

只能有效地處理有限的連接設備下一代網絡需要具有自治和主動的能力電氣工程學院通信工程系普適計算需求——傳感信息

傳感信息是我們了解世界的唯一手段新型計算需要獲取環境信息以便提供用戶相應的服務電氣工程學院通信工程系普適計算需求——無線連接

有線方式連接：高額費用和使用局限性電氣工程學院通信工程系信息獲取與信息發布

有線方式連接：高額費用和使用局限性電氣工程學院通信工程系WSN概述

無線傳感器網絡（WirelessSensorNetwork,WSN）系統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。

電氣工程學院通信工程系無線傳感器網絡（WirelessSensorNetwork,WSN）就是由部署在檢測區域內大量的廉價衛星傳感器節點組成，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。WSN概述（續）電氣工程學院通信工程系MEMS技術對WSN的推動電氣工程學院通信工程系無線傳感器網絡結構電氣工程學院通信工程系影響力☆美國商業周刊和MIT技術評論在預測未來技術發展報告中將無線傳感器網絡列為21世紀最有影響的21項技術和改變世界的10大技術之一。☆傳感器網絡被列為未來3大高科技產業一。☆美國的《技術評論》將無線傳感器網絡列為第一項未來新興技術。

☆《商業周刊》預測的未來4大新技術中，無線傳感器網絡也列入其中等。WSN概述（續）電氣工程學院通信工程系歷史以及發展現狀國外：起源于美國，根源可追溯到1978年由國防部高級研究計劃署（DARPA）在卡內基-梅隆大學發起的分布式傳感器研討會。具有代表性的項目包括：1993-1999年間由美國國防高級研究計劃署(DARPA)資助，加州大學洛杉磯分校(UCLA)承擔的WINS項目；

1999-2001年間由DAPRA資助UC

Berkeley承擔的Smart

Dust項目。電氣工程學院通信工程系

1998-2002年DARPA資助，加州大學伯克利分校等25個機構聯合承擔的SensIT計劃；

1999-2004年間海軍研究辦公室的SeaWeb計劃等。國內：中國的一些研究機構近年開始研究：中國科學技術大學、清華大學、華中科技大學、浙江大學、北京郵電大學、中科院計算所、上海微系統所、沈陽自動化所以及合肥智能所等研究單位。之所以國內外都投入巨資研究機構紛紛開展無線傳感器網絡的研究，很大程度歸功于其廣闊的應用前景和對社會生活的巨大影響。電氣工程學院通信工程系WSN的應用☆軍事上的應用傳感器網絡具有可快速部署、可自組織、隱蔽性強和高容錯性的特點，因此非常適合軍事上的應用。通過飛機或炮彈直接將傳感器節點散播到敵方陣地內部，或者在公共隔離帶部署傳感網絡，就能隱蔽而且近距離的準確收集戰場信息。例:傳感器網絡已經成為美軍事C4ISRT系統必不可少的一部分。電氣工程學院通信工程系☆環境觀測和預報系統可以用于檢視農作物灌溉情況、土壤空氣情況、牲畜和家禽的環境狀況和大面積的地表監測、氣象和地理研究、洪水監測等。例：ALERT系統中就有用于監測降雨量、河水水位和土壤水分，并依此預測爆發山洪的可能性。電氣工程學院通信工程系☆醫療護理用于人體的各種生理數據，跟蹤和監控醫院內醫生和患者的行動，醫院的藥物管理等。例：一個可以成像的特殊發送器芯片與精巧設計的超低功率無線技術結合，就可以實現可用于一個胃腸道診斷的微型吞服攝像膠囊。患者吞下維C片大小的成像膠囊后，膠囊經過食道、胃和小腸時就可將圖象廣播出來。膠囊由一個攝象機、LED、電池、特制芯片和天線組成。（如圖）電氣工程學院通信工程系精細農業醫療保健電氣工程學院通信工程系☆智能家居家電和家具中嵌入傳感器節點，通過無線網絡與Internet連在一起。為人提供人性化的家居環境。例：Avaak提供一個只有1立方英寸大小的自治產品。這個微型的無線視頻平臺包含有一節電池、無線電、攝像相機、(彩色成像器加鏡頭)、控制器、天線和溫度傳感器。電氣工程學院通信工程系☆建筑物狀態監控利用傳感器網絡監控建筑物的安全狀態。例：Microstrain在佛蒙特州的一座重載橋梁上安裝了一套該公司研制的系統，將位移傳感器安裝在鋼梁上用來測量靜態和動態應力，并通過無線網絡來采集數據。該無線系統可以保留在橋梁上用于長期監測橋梁是否處于正常受控狀態。電氣工程學院通信工程系電氣工程學院通信工程系☆完成空間探索借助于航天器在外星體撒播一些傳感器網絡節點，可以對星球表面進行長時間監測。成本低、節點體積小，相互之間可以進行通信，也可以和地面站進行通信。例：NASA的JPL（JetPropulsionLaboratory）實驗室研制的SensorWebs就是為將來的火星探測進行技術準備。該系統已經在實施測試和完善。電氣工程學院通信工程系☆廠房安全☆故障診斷電氣工程學院通信工程系WSN的體系結構傳感器網絡結構電氣工程學院通信工程系傳感器節點結構電氣工程學院通信工程系傳感器網絡協議棧WSN的體系結構電氣工程學院通信工程系WSN的特征☆與無線網絡的區別傳感器網絡集成了監測、控制以及無線通信的網絡系統，節點數目龐大（上千甚至上萬），分布密集，因環境和能量的耗盡，容易出現故障，節點通常固定不動。能量、處理能力、存儲能力、通信能力有限。不同于傳統無線網絡的高服務質量和高效的帶寬的利用，節能是其設計的首要考慮因素。電氣工程學院通信工程系WSN的特征☆節點的限制

※電池能量有限

※通信能力有限能量消耗和通信距離關系E正比于d(n).{