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无线传感器网络

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发布时间:2015-11-09 15:56:32 浏览次数:433次
  • 无线传感器网络在智能家居系统中的应用

    无线传感器网络在智能家居系统中的应用

      随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟,具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器开始在世界范围内出现,由这些微型传感器构成的传感器网络(WirelessSensor Network 简称WSN) 引起了人们的极大关注。这种传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术,能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息,并对这些信息进行处理,获得详尽而准确的信息,传送到需要这些信息的用户。随着传感器技术、半导体制作技术、嵌入式处理技术等的发展使无线传感器网络在环境监控、工业控制、智能城市和智能家庭等领域取得了实际可行的应用成果。本文把无线传感器网络引入到智能家居系统中,给出了一套基于传感器网络的智能家居系统解决方案。

      1 无线传感器网络节点和网络体系结构

      传感器网络节点的基本组成和功能包括如下几个单元:传感单元(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。此外,可以选择的其它功能单元包括:定位系统、移动系统以及电源自供电系统等。在传感器网络中,大量的节点部署在感知对象内部或者附近。这些节点通过自组织方式构成无线网络,并以协作的方式感知、采集和处理网络覆盖区域中特定的信息,从而实现对任意地点信息在任意时间的采集、处理和分析。这种以自组织形式构成的网络,通过多跳中继方式将数据传回sink 节点(接收发送器),最后借助sink 链路将整个区域内的数据传送到远程控制中心进行集中处理。在传感器网络中绝大多数的节点只有很小的发射范围,而sink 节点的发射能力较强,具有较高的电能,可以把数据发回远程控制节点。

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  • 智能家居无线传感器网络技术简介

    智能家居无线传感器网络技术简介

      无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN),是随着微电子技术、嵌入式技术计算技术、通信技术发展起釆的。由于人们开始考虑将传感器技术与网络融合,实现“人与人,人与物,物与物”的紧密信息传递,所以,无线传感器网络应运而生。无线传感器网络集信息采集、信息处理和信息传输于一体,它的出现缩短了人与人、人与物以及物与物之间的距离。无线传感器网络利用各种传感器感测温度、压力、湿度、声音、脉搏等状态参数,为用户提供所需信息,广泛应用于医疗护理、智能家居、工业控制环境监测和预报、军事、建筑物状态监控等领域,因此具有十分广阔的应用前景,被认为是21世纪重要的应用技术之一,将对人类的生活和工作方式产生深远旳影响,近几年受到国内外学术界的普遍重视。2000年,美国国防部将传感器网络列为国防5个尖端领域之一。2002年,美国OAK公司预言:IT时代正从The network is Computer向The network is Sensor转变。2003年, 美国《技术评论》将无线网络技术茹为未来改变人类生活的十大技术之首。 

      无线传感器网络是由部署在检测区域内大量的廉价的微型传感器节点组成的、通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统。与常规的无线网络不同,无线传感器网络是一种特殊的无线通信网络,它通常是以数据为中心,采用多跳无线通信方式,是集成了感知、融合与控制的网络系统;它不需要固定网络的支持,具有休眠节能、抗毁性强等特点。尢线传感器节点通常被分布到所需监控的区域,节点数目庞大,分布环境可能复杂多变,节点容易受环境因素或者能源因素影响而出现各种故障,导致网络的拓扑结构可能实时地变化。传感器节点可能散布在任何地理位置,具有地理位置的不确定性,这些节点根据内部协议快速地自组网,该自组网内有一个网关节点,终端节点的传感数据经过多跳路由到达网关节点, 由网关节点通过卫星、Internet移动通信网络等传送方式将传感数据转发到远端的监控中心。  

      由于无线传感器网络是以数据为中心的特殊网络,从网络功能上看,每个传感器节点兼顾传统网络节点的终端和路由器双重功能,除了进行本地信息收集和数据处理外,还要对其他节点转发来的数据进行存储、管理和融合等处理,同时与其他节点协作完成一些特定任务。网关节点的处理能力、存储能力和通信能力相对传感器节点要强,它连接无线传感器网络与Internet等外部网络,实现两种协议栈之间的通信协议转换,同时发布管理节点的监测任务,并把收集到数据转发劉外部的网络上。网关节点既可以是一个具有增强功能和具有足够资源的传感器节点,也可以是没有监測功能,仅带有无线通信接口的专用设备。  

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  • 智能家居无线传感器网络的发展和研究现状

    智能家居无线传感器网络的发展和研究现状

      无线传感器网络是从传感器网络开始的,传感器网络经历了四个发展历程。

      第一代传感器网络出现在20世纪70年代,使用具有简单信息信号获取能力的传统传感器,采用单跳传输,连接传感控制器构成传感器网络;第二代传感器网络,具有获取多种信息信号的综合能力,采用串、并接口(如RS-232、RS-485)与传感控制器相连,构成综合多种信息的传感器网络;第三代传感器网络出现在20世纪90年代后期和21世纪初,用具有智能获取多种信息信号能力的传感器,采用现场总线(fieldbus)连接传感控制器,构成局域网络,成为智能化传感器网络;第四代传感器网络正在研究开发, 目前成形并大量投入使用的产品还没有出现。用大量的具有多功能多信息信号获取能力的传感器,-采用自组织凭磕碰入网络,与传感器网络控制器连接,构成无线传感器网络。本书所介绍的无线传感器网络就是指第四代传感器网络。  

      网络体系结构是网络的协议分层和网络协议的集合,是对网络及其部件所应完成功能的定义和描述。对无线传感器网络来说,其网络体系结构不同于传统的计算机网络和通信网络。网络体系结构由分层的网络通信协议、传感器网络管理和应用支撑技术三部分组成。

      分层的网络通信协议结构类似于TCP/lP体系结构;物理层为系统提供一个简单、稳定的信号调制和数据收发技术;数据链路层负责路由生成和路由选择,协调无线媒介的访问;网络层主要负责数据的传输控制,尽量减少相邻节点之间的沖突,保证通信服务质量:如果需要,传输层可为传感网络保持数据流或保证与Internet连接;应用层为不同的应用提供了一个相对统一的高层接口; 电源、移动和任务管理负责传感节点能量、移动和任务分配的监测,帮助传感节点协调感测任务,尽量减少整个系统的功耗。  阅读全文>>

  • 智能家居无线传感器网络的应用前景

    智能家居无线传感器网络的应用前景

      虽然无线传感器网络的大规模商业应用,由于技术等方面的制约还有待时日,但是最近几年,随着计算成本的下降和微处理器体积越来越小,已经有为数不少的无线传感器网络开始投入使用。目前无线传感器网络的应用主要集中在以下领域。  

      (1)环境的监测和保护。随着人们对于环境问题的关注程度越来越高,需要采集的环境数据也越来越多,无线传感器网络的出现为随机性的研究数据获取提供了便利,并且还可以避免传统数据收集方式给环境带来的侵入式破坏。无线传感器网络还可以跟踪候鸟和昆虫的迁移,研究环境变化对农作物的影响,监测海洋、大气和土壤的成分等。此外,它也可以应用在精细农业中,来监测农作物中的害虫、土壤的酸碱度和施肥状况等。  

      (2)医疗护理。无线传感器网络在医疗研究、护理领域也可以大展身手。利用无线通信将各传感器联网可高效传递必要的信息从而方便接受护理,而且还可以减轻护理人员的负担。

      (3)军事领域。由于无线传感器网络具有密集型、随机分布的特点,使其非常适合应用于恶劣的战场环境中,包括侦察敌情,监控兵力、装备和物资,判断生物化学攻击等多方面用途。美国国防部远景计划研究局己投资几千万美元,帮助大学进行“智能尘埃”传感器技术的研发。阅读全文>>

  • 掀起新产业浪潮的四大技术产业之一“无线传感器网络”

    掀起新产业浪潮的四大技术产业之一“无线传感器网络”

      传统的传感器正逐步实现微型化、智能化、信息化、网络化,正经历着“传统传感器( DumbSensor)一智能传感器(Smart Sensor)一嵌入式Web传感器(Embedded Web Sensor)”的内涵不断丰富的发展过程。

      随着微机电系统、片上系统(System on Chip,SoC)、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展,无线传感网络( Wireless Sensor Networks,WSN)技术应运而生,并以其低功耗、低成本、分布式和自组织等特点带来了信息感知的一场变革。这成为当前所有领域内的新热点。

      无线传感器网络的定义

      无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息,并将这些信息发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。基于MEMS的微传感技术和无线联网技术赋予了无线传感器网络广阔的应用前景。这些潜在的应用领域可以归纳为军事、航空、反恐、防爆、救灾、环境、医疗、保健、家居、工业、商业等。阅读全文>>

  • 无线传感器网络的四类实体“对象”

    无线传感器网络的四类实体“对象”

      早在20世纪70年代,就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感粹制器而构成的传感器网络雏形,此即第一代传感器网络。

      随着相关学科的不断发展和进步,传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力,并通过与传感控制器的相联,组成了有信息综合和处理能力的传感器网络,此即第二代传感器网络。

      从20世纪末开始,现场总线技术开始应用于传感器网络,用以组建智能化传感器网络,大量多功能传感器被运用,并使用无线技术连接,无线传感器网络逐渐形成。无线传感器网络是新一代的传感器网络,具有非常广泛的应用前景,其发展和应用将会给人类生活和生产的各个领域带来深远影响。阅读全文>>

  • 无线传感器网络的“层层”管理功能

    无线传感器网络的“层层”管理功能

      随着应用和体系结构的不同,无线传感器网络的通信协议也不相同,这是传感节点使用的最典型的协议模型。该模型既参考了现有通用网络的TCP/IP和OSI模型的架构,又包含了传感网络特有的电源管理、移动管理及任务管理平台。应用层为不同的应用提供了一个相对统一的高层接口;如果需要,传输层可为传感网络保持数据流或保证与Internet的连接;网络层主要负责数据的路由;数据链路层协调无线媒质的访问,尽量减少相邻节点广播时的冲突;物理层为系统提供一个简单、稳定的调制、传输和接收系统。除此之外,能量、移动和任务管理平台负责传感节点能量、移动和任务分配的监测,帮助传感节点协调感测任务,尽量减少整个系统的功耗。

      无线传感器网络通信协议采用五层协议,即应用层、传输层、网络层、数据链路层及物理层,与以太网协议的五层协议相对应。另外,该协议还应包括能量管理平台、移动管理平台和任务管理平台。这些管理平台使得传感器节点能够按照高效能源的方式协同工作,在节点移动的传感器网络中转发数据,并支持多任务和资源共享。各层协议和管理平台的功能如下:

      1、物理层提供简单但健壮的信号调制和无线收发技术,传输介质可以是无线、红外或者光介质。无线传感器网络主要使用无线传输。阅读全文>>

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