物联网实验平台技术培训物联联网实验实验 平台技术术培训训无线传感器技术基础培训成都道惟尔科技有限公司 易杰洋主要内容一、物联网与WSN二、WSN基础常识三、WSN应用四、WSN体系结构五、WSN常见协议六、WSN关键技术2011-3-282/21物联网实验平台技术培训物联联网与WSN2011-3-28物联网实验平台技术培训3图1 物联网4大技术物联联网与WSN2011-3-28物联网实验平台技术培训4n 2009年8月7日下午，温家宝总总 理在中科院无锡锡高新微纳传纳传 感 网工程技术术研发发中心考察时时指 出要大力发发展传传感网，掌握核 心技术术： 一、是把传传感系统统和3G中的TD技术结术结 合起来 二、是在国家重大科技专项专项 中，加快推进传进传 感网发发展 三、是尽快建立中国的传传感信息中心，或者叫“感知中国”中心 图2 温家宝总理考察无锡高新微 纳传感网工程技术研发中心物联联网与WSN2011-3-28物联网实验平台技术培训5图3 教育部关于新兴产业相关专业申报和审批的通知物联联网与WSN2011-3-28物联网实验平台技术培训6图4 教育部关于新兴产业相关专业申报和审批的通知物联联网与WSN2011-3-28物联网实验平台技术培训7n中国国家规规划 16个重大专项专项 之三 国家中长长期科学技术发术发 展规规划（2006-2020年）在重大专项专项 、优优先主题题、前沿 领领域三个层层面均明确列入传传感网 2050年国家产业产业 路线图线图 （信息篇）网络络分为为有线线网、无线线网和传传感网。n美国：“智慧地球” 2008年IBM“更透彻彻的感知 + 更全面的互联联互通 + 更深入的智能化 = 智慧地球”。 2009年经济经济 危机爆发发后，奥巴马马政府高度重视视。为为了刺激经济经济 复苏苏，将其上升为为 国家战战略。 n日本U-Japan 计计划 传传感网是四项项重点战战略之一 n韩韩国U-Korea 战战略 IT839战战略：泛在传传感网USN是三大基础础建设设之一 U-Life计计划：2014年建成松岛岛泛在城市250亿亿美元n新加坡 “下一代I-Hub” 计计划 n台湾的U-Taiwan 推动动 n欧洲：FP7 Internet of things, i2010计计划表1 全球物联网发展规划WSN基础础常识识n 无线传感器网络（wireless sensor network, WSN） 由部署在检测区域内大量廉价传感器节点组成，通过 无线通信方式形成一个多跳自组织的网络系统。 目的：协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知 对象信息，并发送给观察者。n 构成WSN的三要素： 传感器、感知对象、观察者。2011-3-288/21物联网实验平台技术培训WSN应应用n 虽虽然无线传线传 感器网络络的大规规模商业应业应 用，由于技术术 等方面的制约还约还 有待时时日，但是最近几年，随着计计算 成本的下降以及微处处理器体积积越来越小，已经为经为 数不 少的无线传线传 感器网络络开始投入使用。2011-3-289/21物联网实验平台技术培训图5 WSN的应用WSN体系结结构n 无线传感器网络结构2011-3-2810/21物联网实验平台技术培训图6 WSN网络结构WSN体系结结构n 无线传感器网络节点结构2011-3-2811/21物联网实验平台技术培训传传感模块块SensorADCMCUMEM数据及信号处处理Base band无线线通信Power图7 节点结构RFWSN常见协议见协议n ZigBee是一种新兴低复杂度、低成本、低功耗、低速率的 无线通信技术。2011-3-2812/21物联网实验平台技术培训图8 无线通信协议WSN常见协议见协议n ZigBee协议栈标准，物理层和MAC层采用的IEEE802.15.4 标准，网络层、安全层、路由层和应用层是由ZigBee联盟 合作制定的。其协议构架如下图所示：2011-3-2813/21物联网实验平台技术培训图9 Zigbee协议栈WSN常见协议见协议n ZigBee的特点： 数据传输速率低：10KB/秒250KB /秒，专注于低传输应用 功耗低：在低功耗待机模式下，两节普通5号电池可使用624个 月 成本低：数据传输速率低，协议简单，大大降低了成本 网络容量大：网络可容纳65,000个设备 时延短：通常时延都在15ms30ms 安全：提供了数据完整性检查和鉴权功能，采用AES-128加密算 法 有效范围小：有效覆盖范围1075米 工作频段灵活：2.4GHz、868MHz（欧洲）和915MHz（美国） 传输可靠：采用碰撞避免策略，为需要固定带宽的业务预留专 用时隙2011-3-2814/21物联网实验平台技术培训WSN关键键技术术n 网络拓扑控制 n 网络协议 n 网络安全 n 时间同步 n 定位技术 n 数据融合2011-3-2815/21物联网实验平台技术培训WSN关键键技术术n 网络拓扑控制 目前主要研究的问题是在满足网络覆盖和联通度的前提下 ，通过功率控制和骨干网节点选择，剔除节点间不必要的 通信链路，生成一个高效的数据转发的网络的拓扑结构。2011-3-2816/21物联网实验平台技术培训WSN关键键技术术n 网络协议 目前的研究重点是网络层协议和数据链路层协议，网络层 的路由协议决定检测信息的传输路径；数据链路层的介质 访问控制用来构建底层的基础结构，控制传感器节点的通 信过程和工作模式。2011-3-28物联网实验平台技术培训17WSN关键键技术术n 网络安全 为保证任务执行的机密性，数据产生的可靠性，数据融合 的高效性以及数据传输的安全性等，WSN需要实现一些最 基本的安全机制：机密性，点到点消息认证，完整性鉴别 ，新鲜性，认证广播和安全管理，除此之外，为了确保数 据融合后数据源信息的保留，水印技术也成为WSN网络安 全的研究内容。2011-3-28物联网实验平台技术培训18/21WSN关键键技术术n 时间同步 时间同步是需要协同工作的传感器网络系统的一个关键机 制，如测量移动车辆的速度需要计算不同传感器检测事件 的时间差。Jeremy和Kay Romer在2002.8月的HotNets-I国 际会议上首次提出并阐述了WSN中的时间同步机制的研究 课题，引起了广泛的关注，目前已经提出多个时间同步机 制（RBS,TINY/MINI-SYNC和TPSN和）RBS机制是基于 接收者-接收者的时钟同步；TINY/MINI-SYNC是简单的 轻量级同步机制；TPSN采用层次结构实现整个网络节点 的时间同步。2011-3-2819/21物联网实验平台技术培训WSN关键键技术术n 定位技术 确定事件发生的位置或采集数据节点的位置是传感器网络 的基本功能之一，如：我们可以利用定位技术来确定火灾 发生的准确位置。根据定位过程中是否实际测量节点间的 距离或角度，把传感器网络中的定位分类为基于距离的定 位和距离无关的定位。2011-3-2820/21物联网实验平台技术培训WSN关键键技术术n 数据融合 传感器网络存在能量的约束，减少传输的数据量能够有效 的节省能量，因此在从各个传感器节点收集数据的过程中 ，可以利用节点的本地计算和存储能力处理数据的融合， 去除冗余信息，从而达到节省能量的目的，由于传感器节 点的失效性传感器网络也需要数据融合技术对多份数据进 行综合，提高信息的准确度。2011-3-28物联网实验平台技术培训21/21