無線傳感器網絡技術 金梧 主要內容 無線傳感器網絡認識 無線傳感器網絡應用 無線傳感器網絡概述 無線傳感器網絡實例 無線傳感器網絡發展歷程和挑戰 1/42 什么是無線傳感器網絡？ 巨型機說：“我認為全球大概只需要五臺計算機就夠了”； 每個家庭的桌面上都應該有一臺電腦” ; 太大了，應該每人口袋里放一臺” ; 每粒沙子都應該是一臺計算機”。 任務管理中心 星或移動通信網絡等 匯聚節點 監測區域 傳感器節點 2/42 傳感器網絡的影響力 傳感器網絡將物理世界和信息技術連接起來 傳感器網絡具有改造社會的潛力，將來廣闊的應用領域使得傳感器網絡成為我們生活中不可缺少的部分 傳感器網絡已經引起國內外科技界和工業界高度重視 3/42 傳感器網絡的影響力 4/42 傳感器網絡的影響力 改變世界的十大新興技術 5/42 傳感器網絡的影響力 未來四大高技術將掀起新產業浪潮 6/42 無線傳感器網絡應用 軍事領域 醫療護理 環境觀測和預報系統 智能家居 建筑物狀態監控 工業自動化 7/42 無線傳感器網絡應用 軍事領域 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 不可少的一部分。 8/42 無線傳感器網絡應用 9/42 無線傳感器網絡應用 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 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、 池、特制芯 片和天線組成。 10/42 智能醫院 在病人身上安裝帶有射頻標簽的微型無線傳感器，動態感知病人信息。 智能醫院 病房外的醫生攜帶 智能醫院 得知病人病情后，醫生將 通知值勤護士或者急救人員前往病房救助。 無線傳感器網絡應用 環境觀測和預報系統 無線傳感器網絡可以用于檢視農作物 灌溉 情況、土壤 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： 水水位和土壤水分，并依此預測爆發山洪的可能性 。 15/42 了 解 火 山 習 性 研 究 鳥 類 習 性 海洋環境監測 無線傳感器網絡應用 16/42 I n t e r n e ：大棚基地倉 庫大棚基地大棚基地大棚基地大棚基地大棚基地大棚基地大棚基地倉 庫農 場 監 控 端傳 感 器 節 點農 田無 線 信 道公 司 總 服 務 器溫度 濕度 光照 紫外線 無線傳感器網絡應用 地溫 土壤水分 土壤鹽分 土壤水勢 17/42 無線傳感器網絡應用 智能家居 家電和家具中 嵌入傳感器節點 ，通過無線網絡與人提供人性化的家居環境。 例： 供一個只有 1立方英寸大小的產品。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。 18/42 智能家居 監測節 點 智能家居 穿戴有數據衣等感知設備的人體感知到人體狀況異常時，會向房間內的節點發出信號。 無線傳感器網絡應用 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： 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 。 21/42 無線傳感器網絡應用 22/42 工業自動化 隨著企業效益和自動化的提高，無線傳感器網絡（ 廣泛應用到生產中， 房監控、 高壓電纜 檢測、 煤礦 生產現場以及 設備故障 檢測，在生產中 幫助現場點檢人員及時發現設備故障，避免事故的發生，創造了潛在的經濟價值 。 無線傳感器網絡應用 23/42 無線傳感器網絡應用 24/42 監控人員發現廠房設備及環境有異常情況時，通知相關負責人迅速到達故障地點。 無線傳感器網絡應用 25/42 無線傳感器網絡概述 計算機網絡 指將地理位置不同的具有獨立功能的 多臺計算機及其外部設備，通過 通信線路 連接起來，在網絡操作系統，網絡管理軟件及網絡通信協議的管理和協調下，實現資源共享和信息傳遞的計算機系統。 無線網絡 利用 無線電波作為信息傳輸的媒介 構成的無線局域網 有線網絡的用途十分類似，最大的不同在于傳輸媒介的不同，利用無線電技術取代網線，可以和有線網絡互為備份。 26/42 什么是無線傳感器網絡？ 無線傳感器網絡是由部署在監測區域內的大量的傳感器節點 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，并發給觀察者 27/42 無線傳感器的實體 傳感器節點 感知、計算、通信 體積小，能耗低 連接傳感器網絡與 現兩種協議之間的轉換 發布管理節點的監測任務，轉發收集到的數據。 28/42 無線傳感器網絡特點 大規模網絡 自組織網絡 動態性網絡 可靠性網絡 大規模性包含兩個方面： 傳感器網絡節點分布區域廣 在一個區域不大的空間內密集部署大量節點 能夠自動進行配置和管理，通過拓撲控制機制和網絡協議自動形成轉發監測數據的 多跳無線網絡系統 。 29/42 線傳感器網絡 自組織網絡 能夠自動進行配置和管理，通過拓撲控制機制和網絡協議 自動形成轉發監測數據的多跳無線網絡系統。 30/42 無線傳感器網絡特點 大規模網絡 自組織網絡 動態性網絡 可靠性網絡 傳感器節點出現故障或失效 無線通信鏈路帶寬變化 傳感器節點、感知對象和觀 察者之間的移動 新節點的加入 31/42 線傳感器網絡 動態性網絡 32/42 工程應用實例 L L X L L L L L 冷軋廠 3#連退爐區 軸承溫度監測 系統 無線傳感器網絡廣泛應用于工業自動化，尤其是設備狀態監測 ，可以通過傳感器檢測設備的運行情況，發現設備潛在的危險，提前做出反應。 33/42 傳統監測系統的特點 有線連接 有源供電 存在的主要困難 對于 移動和旋轉 設備，應用受限 對于 分布區域廣 的監測對象，布線復雜、成本增加、可擴展性差，可維護性差 信號長距離傳輸 常會引入噪聲干擾，可靠性降低 高溫 /高危 等環境中監測節點和線路的維護 臨時監測節點 與監控系統之間通信 工程應用實例 34/42 鞍鋼冷軋廠 3#線連退爐區 軸承溫度遠程監測系統 是無線傳感器網絡技術在工業生產中的典型應用范例。 冷軋廠連退爐區現場 現場需求 監測空間： 200m 20m 30m 監測點數： 406個 傳感器工作時間： 10個月以上 采樣間隔 : 最快 5分鐘 一次 工程應用實例 35/42 數據采集部分共有 三層結構 ： 測溫節點 將采集到溫度數據發送到 簇頭節點 ，之后匯集到 匯聚節點 ，再通過網線將數據傳輸到遠程監測服務器，用戶通過企業內部局域網和客戶端程序可以實時查看軸承溫度情況。 工程應用實例 測溫節點 簇頭節點 匯聚節點 36/42 系統架構及組成 遠 程 監 測 服 務 器3 # 線 局 域 網交 換 機匯 聚 節 點中 繼 節 點中 繼 節 點備 份 中 繼 節 點 測 溫 節 點 節 點 2測 溫 節 點 1測 溫 節 點 節 點 2測 溫 節 點 1交 換 機C / S 客 戶 端 1 C / S 客 戶 端 n B / S 客 戶 端 1 B / S 客 戶 端 中 繼 節 點冷 軋 廠 局 域 網C / S 客 戶 端 1 C / S 客 戶 端 n B / S 客 戶 端 1 B / S 客 戶 端 匯 聚 節 點網 絡 1網 絡 2報 警 中 繼 節 點報 警 中 繼 節 點工程應用實例 37/42 工程應用實例 38/42 故障時間： 2008年 1月 6日 故障現象： 軸承座溫度值較高且呈上升趨勢。 故障原因： 快冷段冷卻風機在長時間高溫和滿負荷的運行 處理方法： 增加了一臺軸流風機，對設備進行冷卻 處理效果： 溫度逐漸恢復正常，避免了研磨的發生 工程應用實例 39/42 無線傳感器網絡面臨的挑戰