无基础设施网-无线Ad hoc网络
节点是分布式的，没有专门的固பைடு நூலகம்基站。
无线Ad hoc网络分为两类: 一类是移动Ad hoc 网络(Mobile Ad hoc Network,简称MANET)， 终端是快速移动的。
另一类就是无线传感器网络,节点是静止的或者移 动很慢。
“无线传感器网络”术语的标准定 义 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。
现代信息技术 传感器技术 计算机技术 通信技术
信息系统 感官 大脑 神经
无线传感器网络
应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
应 移用 能 动优 量 管化 分理 配
传感器节点实物示例
1、电源能量有限
传感器节点的绝大部分能量消耗在无线通信模 块。传感器节点传输信息时要比执行计算时更消 耗电能；
传输l比特信息100m距离需要的能量大约相当 于执行3000条计算指令所消耗的能量。
2、通信能力受限
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：
n满足关系2<n<4。n的取值与很多因素有关，如 传感器节点部署贴近地面时，障碍物多、干扰大，n 取值就大；天线质量对信号发射质量影响也很大。
数据链路层
IEEE802.15.4
物理层
(2) 网络管理平台
网络管理平台主要是对传感器节点自身的管理 和用户对传感器网络的管理，包括拓扑控制、服 务质量管理、能量管理、安全管理、移动管理、 网络管理等。
(3) 应用支撑平台
应用支撑平台建立在网络通信协议和网络 管理技术的基础之上，包括一系列基于监测 任务的应用层软件;
节点的体系组成
(1) 网络通信协议
类似于传统 Internet网络中的 TCP/IP协议体系， 它由物理层、数据 链路层、网络层、 传输层和应用层组 成。
应用业务、安全性 应用层
可靠性、流量控制、 传输层 吞吐量
连接/无连接、路由、 网络层 可达性
介质访问、功率管 理、帧格式
信道编码、无线传 输、调制解调
传感器节点在实现各种网络协议和应用系统时， 存在一些限制和约束。
1、电源能量有限
耗能模块包括传感 20
器模块、处理器模块
和无线通信模块。
15
功率/mW
随着集成电路工艺 10
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 5
主要消耗在无线通信
模块上。
0
传感器 处理器 发送 接收 空闲 睡眠
通信
(1) 平面结构
平面结构的网络比 较简单，所有节点的 地位平等，又称为对 等式结构。
源节点和目的节点 之间一般存在多条路 经，网络负荷由这些 路径共同承担，一般 情况下不存在瓶颈， 网络比较健壮。
平面结构的不足
平面型的网络结构在节点的组织、路由建立、 控制与维持的报文开销上都存在问题；
这些开销会占用很大的带宽，影响网络数据 的传输速率；
(3) 各种类型的低功耗网络终端节点可以构成星形 拓扑结构，或者混合型的ZigBee拓扑结构，有的 路由节点还可以采用电源供电方式。
1.2传感器网络节点的结构
1.3 网络体系结构
1、节点的体系组成 从无线联网的角度来看，传感器网络节点的
体系由分层的网络通信协议、网络管理平台和 应用支撑平台三个部分。
通过应用服务接口和网络管理接口来为终 端用户提供各种具体应用的支持。
应用支撑平台包括如下内容： ① 时间同步 ② 定位 ③ 应用服务接口 ④ 网络管理接口
2、传感器网络的结构
根据节点数目的多少，传感器网络的结构可以分 为平面结构和分级结构。
如果网络的规模较小，一般采用平面结构。如果 网络规模很大，则必须采用分级网络结构。
分层结构的不足
簇头的能量消耗问题较大，簇头发送和接收报 文的频率要高出普通节点几倍或十几倍；
在簇内运行簇头选择程序来更换簇头。
1.4传感器节点的限制条件
传感器网络由数据获取子网、数据分布子网和控 制管理中心三部分组成。
主要组成部分是集成了传感器、数据处理单元和 通信模块的节点，节点通过协议自组织成一个分布 式网络，将采集的数据优化后经无线电波传输给信 息处理中心。
911历史事件 寻找拉登藏身之处 应用需求引发研究热潮
综观计算机网络技术的发展史，应用需求始终是推 动和左右全球网络技术进步的动力与源泉。
第一章 绪 论
一 什么是无线传感器网络 二 传感器网络的发展历史 三 传感器网络的应用情况 四 传感器网络的关键技术
❖ 教学目的：掌握传感器网络的基本情况
无线传感器网络技术基础
适用：电气信息类专业
本课章节与课时安排
章节
内容
学时
1
绪论
3
2
常用微型传感器
1
3
传感器网络的通信技术
4
4
传感器网络的支撑技术
6
5
传感器网络的应用开发基础
6
6
传感器网络协议的技术标准
2
7
传感器网络技术的应用
2
8
无线传感器网络设计与实验
8
教材及参考书
1、无线传感器网络简明教程，崔逊学，清华大学 出版社 2、无线传感器网络，孙利民，清华大学出版社 3、智能无线传感器网络，于海斌，科学出版社
1.1传感器网络的常用逻辑结构图
传感器1 传感器2
无线链路
无线接口 模块
…
传感器N
监控主机
基本工作过程
(1) 传感器节点的处理器模块完成计算与控制功能， 射频模块完成无线通信传输功能，传感器探测模 块完成数据采集功能，通常由电池供电，封装成 完整的低功耗无线传感器网络。
(2) 网关节点只需要具有处理器模块和射频模块， 通过无线方式接收探测终端发送来的数据信息， 再传输给有线网络的PC机或服务器。
整个系统在宏观上将损耗很大的能量；
可扩充性差。
(2) 分层结构
簇 簇内节点
簇头
基站
分层结构的特点
传感器网络被划分为多个簇；
每个簇由一个簇头和多个簇成员组成。这些簇 头形成了高一级的网络。
簇头节点负责簇间数据的转发，簇成员只负责 数据的采集。大大减少了网络中路由控制信息的 数量；
具有很好的可扩充性。
❖ 本章重点：基本概念、应用情况
一、什么是无线传感器网络
有基础设施网
无
线
网
移动Ad hoc网络
络 无基础设施网
无线传感器网络
有基础设施的网络
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。