1、物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）点击此处结束放映点击此处结束放映电电子子教教案案物联网概论（第物联网概论（第2版）版）物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）第第4章章 传感器与无线传感网传感器与无线传感网点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人自身的感觉器官来研究自然现象和生产规律，而单靠人自身的感觉器官来研究自然现象和生产规律，显然是远远不够的。传感器是人类感觉器官的延长，能显
2、然是远远不够的。传感器是人类感觉器官的延长，能够感受到待测的物理量、化学量或生物量等信息。够感受到待测的物理量、化学量或生物量等信息。在物联网中，传感器主要用于感知物体，这样任何在物联网中，传感器主要用于感知物体，这样任何物体都可以变得物体都可以变得“有感觉、有思想有感觉、有思想”。传感器还可以组。传感器还可以组成无线传感网成无线传感网，无线传感网能够实时采集网络分布区域无线传感网能够实时采集网络分布区域内目标对象的各种信息。内目标对象的各种信息。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）点击此处结束放映点击此处结束放映传感器传感器 物联网概论（第物联网概论（第
3、2 2版）版）点击此处结束放映点击此处结束放映传感器传感器 物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）点击此处结束放映点击此处结束放映传感器传感器 物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）点击此处结束放映点击此处结束放映传感器传感器 传感器概述传感器概述4.1传感器的工作原理与应用传感器的工作原理与应用4.2无线传感器网络无线传感器网络4.3物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）点击此处结束放映点击此处结束放映传感器概述传感器概述4.1物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）传感器概述传感器概述 4.1.1 传感
4、器的概念传感器的概念 4.1.2 传感器的作用传感器的作用 4.1.3 传感器的分类传感器的分类 4.1.4 传感器的一般特性传感器的一般特性 4.1.5 传感器的技术特点传感器的技术特点 4.1.6 传感器的发展趋势传感器的发展趋势 点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.1.1 传感器的概念传感器的概念 国际电工委员会（国际电工委员会（IEC）对传感器（）对传感器（Sensor/Transducer）的定）的定义为：传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成义为：传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号。可供测量的信
5、号。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.1.2 传感器的作用传感器的作用 传感器的作用可以通过与人类感觉器官的比较给出。传感器与传感器的作用可以通过与人类感觉器官的比较给出。传感器与人类人类5大感觉器官的比较见表大感觉器官的比较见表4.1。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.1.3 传感器的分类传感器的分类 传感器的品种丰富，原理各异，检测对象门类繁杂，因此分类方传感器的品种丰富，原理各异，检测对象门类繁杂，因此分类方法非常多。至今为止传感器没有统一的分类方法，人们通常是站在不同法非常多。至今为止传感器没有统一
6、的分类方法，人们通常是站在不同的角度，突出某一侧面对传感器进行分类。下面是几种常见的传感器分的角度，突出某一侧面对传感器进行分类。下面是几种常见的传感器分类方法。类方法。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.1.4 传感器的一般特性传感器的一般特性 传感器要感受传感器要感受“被测量被测量”的变化，并将其不失真地变换成相应的电的变化，并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的特性。量，这取决于传感器的特性。传感器的一般特性是指传感器系统的输出传感器的一般特性是指传感器系统的输出-输入关系特性。输入关系特性。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（
7、第物联网概论（第2 2版）版）4.1.4 传感器的一般特性传感器的一般特性 传感器的静态特性传感器的静态特性 传感器的静态特性是指当被测量处于稳定状态时，传感器输出量与输传感器的静态特性是指当被测量处于稳定状态时，传感器输出量与输入量之间的相互关系。衡量传感器静态特性的技术指标主要有线性度、灵敏入量之间的相互关系。衡量传感器静态特性的技术指标主要有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、精度、分辨力、漂移、测量范围、量程等。度、迟滞、重复性、精度、分辨力、漂移、测量范围、量程等。线性度是指传感器线性度是指传感器输出量与输入量之间的输出量与输入量之间的线性程度。右图给出了线性程度。右图给出了2种直线拟合的
8、方法。种直线拟合的方法。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.1.4 传感器的一般特性传感器的一般特性传感器的动态特性传感器的动态特性 动态特性是指传感器输入量随时间变化时，输出量随时间变化的特动态特性是指传感器输入量随时间变化时，输出量随时间变化的特性。有良好静态特性的传感器，未必有良好的动态特性。性。有良好静态特性的传感器，未必有良好的动态特性。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.1.4 传感器的一般特性传感器的一般特性传感器常用的特性参数传感器常用的特性参数点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联
9、网概论（第2 2版）版）4.1.4 传感器的一般特性传感器的一般特性点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.1.4 传感器的一般特性传感器的一般特性点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.1.5 传感器的技术特点传感器的技术特点 传感器技术涉及传感器的机理研究与分析、设计与研制、传感器技术涉及传感器的机理研究与分析、设计与研制、性能与应用等。传感器技术有如下特点。性能与应用等。传感器技术有如下特点。1内容离散，涉及多个学科内容离散，涉及多个学科2种类繁多，彼此相互独立种类繁多，彼此相互独立3技术复杂，工艺要求高技术复杂
10、，工艺要求高4应用广泛，应用要求千差万别应用广泛，应用要求千差万别5生命力强，不会轻易退出历史舞台生命力强，不会轻易退出历史舞台6品种多样，一种被测量可采用多种传感器品种多样，一种被测量可采用多种传感器点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.1.6 传感器的发展趋势传感器的发展趋势 点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.1.6 传感器的发展趋势传感器的发展趋势 1传感器新原理、新材料、新工艺的发展趋势传感器新原理、新材料、新工艺的发展趋势 2传感器微型化、多功能、集成化的发展趋势传感器微型化、多功能、集成化的发展趋势
11、 3传感器智能化、多融合、网络化的发展趋势传感器智能化、多融合、网络化的发展趋势点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）点击此处结束放映点击此处结束放映传感器的工作原理与应用传感器的工作原理与应用4.2物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）传感器的工作原理与应用传感器的工作原理与应用 4.2.1 应变式传感器应变式传感器 4.2.2 光电式传感器光电式传感器 4.2.3 超声波传感器超声波传感器 4.2.4 半导体传感器半导体传感器 4.2.5 生物传感器生物传感器 4.2.6 传感器集成化、智能化和网络化传感器集成化、智能化和网络化点击此处结束放映点击此
12、处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）传感器的工作原理与应用传感器的工作原理与应用 传感器在原理和结构上千差万别。传感器的工作原传感器在原理和结构上千差万别。传感器的工作原理不同，传感器的功能和应用领域也就不同。本节介绍理不同，传感器的功能和应用领域也就不同。本节介绍几种典型传感器的工作原理与应用。几种典型传感器的工作原理与应用。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.2.1 应变式传感器应变式传感器 金属电阻应变式传感器是一种电阻式传感器。基于电阻金属电阻应变式传感器是一种电阻式传感器。基于电阻变化的传感器十分常见，这是因为许多物理量（如力
13、、力矩、变化的传感器十分常见，这是因为许多物理量（如力、力矩、位移、形变、速度、加速度等）都会对材料的电阻产生影响。位移、形变、速度、加速度等）都会对材料的电阻产生影响。金属电阻应变式传感器适合于静态测量和动态测量。金属电阻应变式传感器适合于静态测量和动态测量。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.2.1 应变式传感器应变式传感器 金属电阻应变式传感器的基本原理是：将金属电阻应变式传感器的基本原理是：将“被测量被测量”的变化转的变化转换成电阻值的变化，再将电阻值的变化转变成电压的变化。换成电阻值的变化，再将电阻值的变化转变成电压的变化。点击此处结束放映点
14、击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.2.1 应变式传感器应变式传感器 当被测物加速运动时，传感器受到一个与加速度方向相反的惯性力作用，当被测物加速运动时，传感器受到一个与加速度方向相反的惯性力作用，传感器上的应变片就产生应变，应变片的电阻值将变化。传感器上的应变片就产生应变，应变片的电阻值将变化。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.2.2 光电式传感器光电式传感器 1光电式传感器的组成光电式传感器的组成 光电式传感器是以光为测量媒介，以光电器件为转换元件的传光电式传感器是以光为测量媒介，以光电器件为转换元件的传感器。光电测量方法
15、灵活多样，可测参数众多，具有非接触、高精感器。光电测量方法灵活多样，可测参数众多，具有非接触、高精度、高可靠性、反应快等特点。度、高可靠性、反应快等特点。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.2.2 光电式传感器光电式传感器 2光电式传感器的分类光电式传感器的分类 有什么样的光电元件，就有什么样的光电式传感器，因此光电有什么样的光电元件，就有什么样的光电式传感器，因此光电式传感器的种类繁多。式传感器的种类繁多。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.2.2 光电式传感器光电式传感器 2光电式传感器的分类光电式传感器的
16、分类 有什么样的光电元件，就有什么样的光电式传感器，因此光电有什么样的光电元件，就有什么样的光电式传感器，因此光电式传感器的种类繁多。式传感器的种类繁多。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.2.2 光电式传感器光电式传感器 2光电式传感器的分类光电式传感器的分类 有什么样的光电元件，就有什么样的光电式传感器，因此光电有什么样的光电元件，就有什么样的光电式传感器，因此光电式传感器的种类繁多。式传感器的种类繁多。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.2.2 光电式传感器光电式传感器 3典型的光电式传感器典型的光电式传
17、感器 光敏电阻用于烟尘浊度监测光敏电阻用于烟尘浊度监测 烟道里的烟尘浊度可以通过烟道里传输的光的变化来检测，如烟道里的烟尘浊度可以通过烟道里传输的光的变化来检测，如果烟道浊度增加，光源发出的光被烟尘颗粒吸收和折射增加，到达果烟道浊度增加，光源发出的光被烟尘颗粒吸收和折射增加，到达光检测器的光就会减少。烟尘浊度监测的工作原理如图光检测器的光就会减少。烟尘浊度监测的工作原理如图4.10所示。所示。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.2.2 光电式传感器光电式传感器 3典型的光电式传感器典型的光电式传感器 点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网
18、概论（第2 2版）版）4.2.2 光电式传感器光电式传感器 3典型的光电式传感器典型的光电式传感器 点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.2.3 超声波传感器超声波传感器 超声波是一种振动频率高于声波的机械波，超声波传感器是利超声波是一种振动频率高于声波的机械波，超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。用超声波的特性研制而成的传感器。1超声波传感器的工作原理超声波传感器的工作原理 超声波可以在气体、液体及固体中传播，传播中也有折射和反超声波可以在气体、液体及固体中传播，传播中也有折射和反射现象，并在传播过程中有衰减。超声波在空气中衰减较快，而在射
19、现象，并在传播过程中有衰减。超声波在空气中衰减较快，而在液体及固体中衰减较小、传播较远。利用超声波的上述特性，可以液体及固体中衰减较小、传播较远。利用超声波的上述特性，可以做成各种超声传感器。做成各种超声传感器。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.2.3 超声波传感器超声波传感器 2典型的超声波传感器典型的超声波传感器 超声波在医学上的应用超声波在医学上的应用 超声波在医学上的应用主要是诊断疾病。超声波诊断是利用超声波的反射，每遇到一个超声波在医学上的应用主要是诊断疾病。超声波诊断是利用超声波的反射，每遇到一个反射面时，就会在示波器的屏幕上显示出回声，
20、这些部位可能产生了病变。反射面时，就会在示波器的屏幕上显示出回声，这些部位可能产生了病变。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.2.4 半导体传感器半导体传感器 半导体传感器是利用半导体材料的各种特性制成的传感器。半半导体传感器是利用半导体材料的各种特性制成的传感器。半导体传感器利用了近百种效应和材料特性，种类繁多导体传感器利用了近百种效应和材料特性，种类繁多。1半导体传感器的工作原理半导体传感器的工作原理 半导体传感器按输入信息分为物理敏感、化学敏感和生物敏感半导体传感器按输入信息分为物理敏感、化学敏感和生物敏感半导体传感器。例如，物理敏感半导体传感器
21、是将物理量转换成电半导体传感器。例如，物理敏感半导体传感器是将物理量转换成电信号的器件，按敏感对象分为光敏、热敏、力敏等不同的类型。信号的器件，按敏感对象分为光敏、热敏、力敏等不同的类型。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.2.4 半导体传感器半导体传感器 2典型的半导体传感器典型的半导体传感器 （1）半导体压力传感器）半导体压力传感器 对半导体材料施加一定的载荷而产生应力时，它的电阻率会发对半导体材料施加一定的载荷而产生应力时，它的电阻率会发生变化，这种物理现象称为半导体的压阻效应。半导体应变片比金生变化，这种物理现象称为半导体的压阻效应。半导体应变
22、片比金属应变片的灵敏系数大得多。属应变片的灵敏系数大得多。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.2.4 半导体传感器半导体传感器 2典型的半导体传感器典型的半导体传感器 （2）半导体温度传感器）半导体温度传感器 半导体温度传感器分为接触型和非接触型两大类，其中接触型又半导体温度传感器分为接触型和非接触型两大类，其中接触型又分为热敏电阻与分为热敏电阻与PN结型温度传感器。结型温度传感器。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.2.4 半导体传感器半导体传感器3半导体传感器的优点半导体传感器的优点 （1）种类繁多）种类繁
23、多 （2）响应时间短）响应时间短 （3）体积小、重量轻）体积小、重量轻 （4）检测转换一体化）检测转换一体化 （5）应用广）应用广点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.2.5 生物传感器生物传感器 用固定化生物成分或生物体作用固定化生物成分或生物体作为敏感元件的传感器称为生物传感为敏感元件的传感器称为生物传感器（器（biosensor），生物传感器对酶、），生物传感器对酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等敏感。核酸等敏感。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.2.5 生物传感器
24、生物传感器 1967年，年，S.J.乌普迪克等研制出了第一个生物传感器乌普迪克等研制出了第一个生物传感器葡萄糖传葡萄糖传感器。感器。生物传感器大约经历了生物传感器大约经历了3个发展阶段。在第三个阶段，生物传感器个发展阶段。在第三个阶段，生物传感器是将生物成分直接固定在电子元件上，把生物感知和信号转换处理结合是将生物成分直接固定在电子元件上，把生物感知和信号转换处理结合在一起。在一起。生物传感器已成为世界科技发展的新热点。生物传感器目前仍处于生物传感器已成为世界科技发展的新热点。生物传感器目前仍处于开发阶段，对生物传感器的需求十分迫切。开发阶段，对生物传感器的需求十分迫切。点击此处结束放映点击此
25、处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.2.6 传感器集成化、智能化和网络化传感器集成化、智能化和网络化 传感器技术一个里程碑式的发展是传感器技术一个里程碑式的发展是20世纪世纪60年代出现的硅传感年代出现的硅传感器技术。硅传感器结合了硅材料优良的机械性能和电学性能，其制器技术。硅传感器结合了硅材料优良的机械性能和电学性能，其制造工艺与微电子集成工艺相容，使传感器技术开始向微型化、集成造工艺与微电子集成工艺相容，使传感器技术开始向微型化、集成化、智能化和网络化的方向迅速发展。化、智能化和网络化的方向迅速发展。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）
26、版）4.2.6 传感器集成化、智能化和网络化传感器集成化、智能化和网络化 1传感器集成化传感器集成化 微机电系统（微机电系统（MEMS）是由微传感器、微执行器、信号处理和）是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通信接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统。控制电路、通信接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统。MEMS是传感器集成化的典型例子。是传感器集成化的典型例子。MEMS技术制作的微传感器采技术制作的微传感器采用与集成电路类似的生成技术，尺寸非常小，典型尺寸在用与集成电路类似的生成技术，尺寸非常小，典型尺寸在m级。级。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第
27、2 2版）版）4.2.6 传感器集成化、智能化和网络化传感器集成化、智能化和网络化 1传感器集成化传感器集成化 单轴加速度计已不能满足技术进步的需求，加速度传感器正朝单轴加速度计已不能满足技术进步的需求，加速度传感器正朝着多轴的方向发展，用来检测着多轴的方向发展，用来检测3个方向的加速度。个方向的加速度。一种硅微机械三轴加速度传感器的结构如图所示，尺寸为一种硅微机械三轴加速度传感器的结构如图所示，尺寸为6mm4mm1.4mm。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.2.6 传感器集成化、智能化和网络化传感器集成化、智能化和网络化 2传感器智能化传感器智能化
28、 智能传感器（智能传感器（intelligent sensor或或smart sensor）不仅仅是一个）不仅仅是一个简单的传感器，它带有微处理器，具有采集、处理和交换信息的能简单的传感器，它带有微处理器，具有采集、处理和交换信息的能力，是集成化传感器与微处理器相结合的产物。力，是集成化传感器与微处理器相结合的产物。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.2.6 传感器集成化、智能化和网络化传感器集成化、智能化和网络化 3传感器网络化传感器网络化 单独的传感器数据采集已经不能适应现代技术的发展，取而代之单独的传感器数据采集已经不能适应现代技术的发展，取而代
29、之的是由分布式数据采集系统组成的传感器网络。现在信息技术正朝着的是由分布式数据采集系统组成的传感器网络。现在信息技术正朝着物联网的方向发展，传感器网络化是传感器发展的必由之路，也是网物联网的方向发展，传感器网络化是传感器发展的必由之路，也是网络向物体信息延伸的必由之路。络向物体信息延伸的必由之路。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.2.6 传感器集成化、智能化和网络化传感器集成化、智能化和网络化 3传感器网络化传感器网络化 智能微尘是以无线方式传递信息的传感器，具有低功率（手机功智能微尘是以无线方式传递信息的传感器，具有低功率（手机功率的率的1/100
30、0）、小尺寸（小到）、小尺寸（小到1mm以下）的特征。集成有传感器、计以下）的特征。集成有传感器、计算电路、双向无线通信和供电模块的智能微尘已经缩小到沙粒般大小，算电路、双向无线通信和供电模块的智能微尘已经缩小到沙粒般大小，但它却包含了从信息收集、信息处理到信息发送所必需的全部部件。但它却包含了从信息收集、信息处理到信息发送所必需的全部部件。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）点击此处结束放映点击此处结束放映无线传感器网络无线传感器网络4.3物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）无线传感器网络无线传感器网络 4.3.1 无线传感器网络的概念无线传感器网
31、络的概念 4.3.2 无线传感器网络的组成无线传感器网络的组成 4.3.3 无线传感器网络的特点无线传感器网络的特点 4.3.4 无线传感器网络的核心技术无线传感器网络的核心技术 4.3.5 无线传感器网络协议无线传感器网络协议 4.3.6 无线传感器网络应用无线传感器网络应用点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）无线传感器网络无线传感器网络 无线传感器网络（无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由在空）是由在空间上相互离散的众多传感器相互协作组成的传感器网络系统。间上相互离散的众多传感器相互协作组成的传感器网络系统。WS
32、N的发展将帮助物联网实现信息感知能力的全面提升。的发展将帮助物联网实现信息感知能力的全面提升。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.3.1 无线传感器网络的概念无线传感器网络的概念 什么是什么是 无线传感器网络？无线传感器网络？无线传感器网络（无线传感器网络（WSN）是由大量的、静止或移动的传感器节）是由大量的、静止或移动的传感器节点，以自组织和多跳的方式构成的无线网络，目的是以协作的方式点，以自组织和多跳的方式构成的无线网络，目的是以协作的方式感知、采集、处理和传输在网络覆盖区域内被感知对象的信息，并感知、采集、处理和传输在网络覆盖区域内被感知对象的信
33、息，并把这些信息发送给用户。把这些信息发送给用户。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）点击此处结束放映点击此处结束放映4.3.2 无线传感器网络的组成无线传感器网络的组成无线传感器网络通常包括哪些组成部分？无线传感器网络通常包括哪些组成部分？WSN通常包括传感器节点（通常包括传感器节点（Sensor Node）、汇聚节点（）、汇聚节点（Sink Node）和管理节点。大量传感器节点随机部署在检测区域（）和管理节点。大量传感器节点随机部署在检测区域（Sensor Field）内部或者附近，传感器节点通过自组织的方式构成网络。）内部或者附近，传感器节点通过自组
34、织的方式构成网络。物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）点击此处结束放映点击此处结束放映4.3.2 无线传感器网络的组成无线传感器网络的组成 物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）点击此处结束放映点击此处结束放映4.3.2 无线传感器网络的组成无线传感器网络的组成无线传感器网络数据传输方式？无线传感器网络数据传输方式？传感器节点检测到的数据采用多跳的方式，可能被多个节点处理，传感器节点检测到的数据采用多跳的方式，可能被多个节点处理，经过多跳路由后到达汇聚节点。最后，再由汇聚节点通过互联网或卫经过多跳路由后到达汇聚节点。最后，再由汇聚节点通过互联网或卫星到达管理节点，达到对目标区域的监测
35、。星到达管理节点，达到对目标区域的监测。物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.3.3 无线传感器网络的特点无线传感器网络的特点 WSN就是由大量廉价微型的传感器节点，通过无线通信方式形成就是由大量廉价微型的传感器节点，通过无线通信方式形成的一个特殊的的一个特殊的Ad hoc网络。网络。1Ad hoc网络网络 Ad hoc是一种多跳的临时性自治系统，网络中所有结点的地位平等，是一种多跳的临时性自治系统，网络中所有结点的地位平等，无须设置任何中心控制结点。比如，战场上部队快速展开和推进地震或无须设置任何中心控制结点。比如，战场上部队快速展开和推进地震或水灾后的营救等。水灾后的营救等。相比之
36、下，我们经常提及的移动通信网络一般都是有中心的。例如，相比之下，我们经常提及的移动通信网络一般都是有中心的。例如，蜂窝移动通信系统要有基站的支持。蜂窝移动通信系统要有基站的支持。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.3.3 无线传感器网络的特点无线传感器网络的特点 1Ad hoc网络网络 Ad hoc的特点如下。的特点如下。（1）自组织无中心网络）自组织无中心网络 （2）多跳网络）多跳网络 （3）无线传输带宽有限）无线传输带宽有限点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.3.3 无线传感器网络的特点无线传感器网络的特点
37、 2无线传感器网络无线传感器网络 WSN的特点如下。的特点如下。（1）动态性网络）动态性网络（2）硬件资源有限）硬件资源有限（3）能量受限）能量受限（4）大规模网络）大规模网络（5）以数据为中心）以数据为中心（6）广播式通信）广播式通信（7）无人值守）无人值守（8）易受物理环境影响）易受物理环境影响点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.3.4 无线传感器网络的核心技术无线传感器网络的核心技术 WSN是多学科交叉的研究领域，因而包含了众多的研究方向。是多学科交叉的研究领域，因而包含了众多的研究方向。下面介绍下面介绍WSN的核心技术。的核心技术。点击此处结束
38、放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.3.4 无线传感器网络的核心技术无线传感器网络的核心技术 1组网模式组网模式 在确定采用在确定采用WSN技术进行应用系统的设计后，首先面临的问技术进行应用系统的设计后，首先面临的问题是采用哪种组网模式。是否有基础设施的支持，汇报频度与延迟题是采用哪种组网模式。是否有基础设施的支持，汇报频度与延迟等应用需求如何，都决定了组网模式。等应用需求如何，都决定了组网模式。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.3.4 无线传感器网络的核心技术无线传感器网络的核心技术2拓扑控制拓扑控制 组网模式决定了网
39、络的总体拓扑结构，但还需要细粒度控制。组网模式决定了网络的总体拓扑结构，但还需要细粒度控制。主要的拓扑控制技术分为时间控制、空间控制和逻辑控制主要的拓扑控制技术分为时间控制、空间控制和逻辑控制。3媒体访问控制和链路控制媒体访问控制和链路控制 媒体访问控制和链路控制可以解决无线网络中普遍存在的冲突媒体访问控制和链路控制可以解决无线网络中普遍存在的冲突和丢失问题。和丢失问题。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.3.4 无线传感器网络的核心技术无线传感器网络的核心技术4路由、数据转发及跨层设计路由、数据转发及跨层设计 WSN中的数据流向与中的数据流向与Int
40、ernet相反。在相反。在WSN中，终端设备是向中，终端设备是向网络提供信息。因此，网络提供信息。因此，WSN网络层协议的设计有独特要求。网络层协议的设计有独特要求。5QoS保障和可靠性设计保障和可靠性设计 服务质量（服务质量（Quality of Service，QoS）是传感器网络走向可用）是传感器网络走向可用的关键技术之一。的关键技术之一。QoS保障技术包括通信层控制和服务层控制。保障技术包括通信层控制和服务层控制。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.3.5 无线传感器网络协议无线传感器网络协议 WSN的数据链路层和网络层都有反映自身特点的协议。
41、的数据链路层和网络层都有反映自身特点的协议。数据链路层用于构建底层的基础网络结构，控制无线信道的数据链路层用于构建底层的基础网络结构，控制无线信道的合理使用，确保点到点或点到多点的可靠连接；网络层则负合理使用，确保点到点或点到多点的可靠连接；网络层则负责路由的查找和数据包的传送。责路由的查找和数据包的传送。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.3.5 无线传感器网络协议无线传感器网络协议1MAC协议协议 （1）MAC协议的设计原则协议的设计原则 节省能量节省能量 可扩展性可扩展性 （2）MAC协议的分类协议的分类 基于竞争的基于竞争的MAC协议协议 基于
42、调度算法的基于调度算法的MAC协议协议 免碰撞的免碰撞的MAC协议协议点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.3.5 无线传感器网络协议无线传感器网络协议 2路由协议路由协议 在在WSN中，路由协议主要负责路由的选择和数据包的转发。中，路由协议主要负责路由的选择和数据包的转发。（1）路由协议的设计原则）路由协议的设计原则 能量优先能量优先 以数据为中心以数据为中心 基于局部拓扑信息基于局部拓扑信息 （2）路由协议的分类）路由协议的分类 以数据为中心的路由协议以数据为中心的路由协议 分层次的路由协议分层次的路由协议 基于地理位置的路由协议基于地理位置的路由协
43、议点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.3.6 无线传感器网络应用无线传感器网络应用 1996年，美国加州大学向美国国防部先进研究项目局（年，美国加州大学向美国国防部先进研究项目局（DARPA）提交的提交的“低能耗无线集成微型传感器低能耗无线集成微型传感器”报告，揭开了现代报告，揭开了现代WSN网络的网络的序幕。序幕。在其后的在其后的20多年里，多年里，WSN得到广泛关注，成为在国防军事、环境得到广泛关注，成为在国防军事、环境监测、监测、健康护理、智能家居、复杂机械监控、空间探索、安全监测等众健康护理、智能家居、复杂机械监控、空间探索、安全监测等众多领域中最有竞争力的应用技术。多领域中最有竞争力的应用技术。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）4.3.6 无线传感器网络应用无线传感器网络应用 无线传感器网络应用无线传感器网络应用 （1）军事通信）军事通信 （2）精细农业）精细农业 （3）安全监测）安全监测 （4）健康护理）健康护理 （5）工业监控）工业监控 （6）智能交通）智能交通 （7）动物监测）动物监测点击此处结束放映点击此处结束放映物联网概论（第物联网概论（第2 2版）版）点击此处结束放映点击此处结束放映休息一下休息一下
