【正文】 能的定義和描述。無線傳感器網絡的特點總的來說：分布式控制、無中心和多跳 多跳：由發(fā)站到收站的傳輸，需經過多次衛(wèi)星轉發(fā)的方式。傳感節(jié)點之間可以相互通信，自己組織成網并通過多跳的方式連接至Sink（基站節(jié)點），Sink節(jié)點收到數據后，通過網關（Gateway）完成和公用Internet網絡的連接。一個典型的傳感器網絡的結構包括分布式傳感器節(jié)點（群）、sink節(jié)點 Sink節(jié)點：　在無線傳感器網絡指匯聚結點，主要負責傳感器網與外網（eg：gprs， internet等）的連接，可看作網關節(jié)點。 圖21 無線傳感器網絡節(jié)點結構sink在傳感器網絡中，節(jié)點通過各種方式大量部署在被感知對象內部或附近。3. 無線傳感器網絡：20世紀90年代，將網絡和無線通信技術引入到傳感器節(jié)點中，降低了網絡部署成本，使得傳感器節(jié)點不僅僅是感知單元，而變成了可交換信息、協(xié)同工作的網絡有機體。無線傳感器網絡的發(fā)展歷史1. 簡單傳感器網絡：20世紀70年代，使用具有簡單信息信號獲取能力的傳統(tǒng)傳感器，采用點對點傳輸，與傳感控制器連接構成傳感器網絡。隨著科技發(fā)展，中繼的概念不僅應用于無線通信中，網絡通信交換機的trunk也可以稱之為一種中繼。 —— 無線傳感器網絡無線傳感器網絡（WSN,Wireless Sensor Networks）綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現代網絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實時檢測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，這些信息通過無線方式被發(fā)送，并以自組織多跳中繼 中繼：中繼是兩點間的一條傳輸信道，這兩點通常是交換中心。承載網絡也需要一定升級以適應大量的M2M及物聯(lián)網應用，市場需求增加。物聯(lián)網需要一個同意的協(xié)議基礎。 表1 傳感網、物聯(lián)網及泛在網三者的比較定義終端基礎網絡通信對象標準化組織傳感網實現傳感器的互聯(lián)和信息收集傳感器物對物ISO/IEC物聯(lián)網將各種信息傳感設備如RFID、紅外感應器、GPS、激光掃描器等與互聯(lián)網結合，實現對所有物品的智能化識別與管理傳感器、RFID、二維碼、內置移動通信的各種模塊一個或多個基礎網絡物對物、物對人IEEEETSIEPC Global泛在網通過網絡的泛在互聯(lián)、實現物與物、物與人、人與人之間按需的信息獲取、傳遞、儲存、認知、分析、使用等服務，強調人機自然交互、異構網絡融合和智能應用傳感器、RFID、二維碼、內置移動通信的各種模塊、手機、上網卡等所有的網絡物對物、物對人、人對人ITU3GPPGSMAOMA物聯(lián)網的行業(yè)應用應用場景：城市安全管控、城市環(huán)境管控、城市能源管控（樓宇設施能源管理和IT設施能源管理）、家庭數字生活等。物聯(lián)網與泛在網概念的差異泛在網（Ubiquitous Network）是指基于個人和社會的需求，實現人與人、人與物、物與物之間按需進行的信息獲取、傳遞、存儲、認知、決策、使用等服務，網絡具有超強的環(huán)境感知、內容感知及其智能性，為個人和社會提供凡在的、無所不含的信息服務和應用。3. 在應用層：要求應用系統(tǒng)通過統(tǒng)一接口來實現與感知層的通信。物聯(lián)網總體架構1. 在感知層：物聯(lián)網終端形態(tài)包括普通物聯(lián)網終端、M2M終端、感知接入網關、感知子網節(jié)點、終端外設及卡識讀物。3. 應用層：應用支撐平臺子層和應用服務子層。物聯(lián)網體系結構感知層————網絡層————應用層1. 感知層：智能終端和智能小物體（傳感器）。從技術的角度講，物聯(lián)網應該具備3個特征，一是全面感知，即利用RFID、傳感器、二維碼等隨時隨地獲取物體的信息；二是可靠傳遞，通過各種電信網絡與互聯(lián)網的融合，將物體的信息實時、準確的傳遞出去；三是智能處理，利用云計算、模糊識別等各種智能計算技術，對海量數據和信息進行分析和處理，對物體實施智能化控制。PS：美國IBM公司“智慧地球”，日本和韓國分別提出“UJAPAN”和“UKOREA”戰(zhàn)略。也是“傳感網”在國際上的通稱。物聯(lián)網的發(fā)展，能大大促進當前以效率、節(jié)能、環(huán)保、安全、健康為可信的全球信息化發(fā)展，例如智能交通、電子醫(yī)療、智能電網等等技術應用的成熟。物聯(lián)網的本事是互聯(lián)網的落地，即進一步實現物物相連。是以圣人不行而知，不見而名，不為而成。知識補充： 大數據與移動互聯(lián)網、物聯(lián)網以及傳統(tǒng)互聯(lián)網 37 / 37《物聯(lián)網關鍵技術》 —— 物聯(lián)網技術概論 老子曰：“不出戶知天下，不窺牗見天道。其出彌遠，其知彌少?！蔽锫?lián)網正是可以實現這種境界。在安全、健康、能源、效率、環(huán)境等等方面依然存在著巨大的隱患問題。物聯(lián)網（IOT,Internet of Things）。通俗地講，物聯(lián)網就是萬物都可以上網，物體通過裝入射頻識別設備、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)或其他方式進行連接，然后接入到互聯(lián)網或移動通信網絡，最終形成智能網絡，通過電腦或手機實現對物體的智能化管理。中國提出“感知中國”的發(fā)展策略。這三個特征也提供了物聯(lián)網體系結構劃分的基礎。2. 網絡層：編碼尋址（IPV4,IPV6）和統(tǒng)一管理（針對多樣格式的數據）?！叭W結合”即傳感網、互聯(lián)網和通信網互相結合=物聯(lián)網。2. 在網絡層：主要包括接入網、傳輸網、核心網、業(yè)務網、網管系統(tǒng)和業(yè)務支撐系統(tǒng)。物聯(lián)網核心技術 物聯(lián)網的結構大致可以分為三個層次：首先是傳感網絡，以二維碼、RFID（射頻識別技術）、傳感器為主，實現“物”的識別；其次是傳輸網絡，通過現有的互聯(lián)網，廣電網絡、通信網絡或者未來的NGN（下一代網絡），實現數據的傳輸與計算；第三是應用網絡，即輸入/輸出控制終端，可基于現有的手機、PC等終端進行。泛在網具有比物聯(lián)網更廣泛的內涵。影響物聯(lián)網發(fā)展的因素 物聯(lián)網協(xié)議問題：在物聯(lián)網核心層面是基于TCP/IP，但在接入層面，協(xié)議類別繁多，GPRS、短信、傳感器、TDSCDMA、WCDMA、有線等等多種通道。 個人隱私與數據安全 網關形態(tài) 產業(yè)鏈復雜，需要整合 公眾信任 標準化 系統(tǒng)開放 研究發(fā)展物聯(lián)網發(fā)展步驟預計物聯(lián)網的發(fā)展情況將會分為以下幾個階段：2009~2012：物聯(lián)網市場規(guī)模小，主要以M2M的形態(tài)出現2013~2015：M2M開始有一定規(guī)模，物聯(lián)網有了一定規(guī)模的企業(yè)應用。2016往后，物聯(lián)網行業(yè)應用數量激增，已廣泛滲透到大中企業(yè)，家庭應用。中繼線是承載多條邏輯鏈路的一條物理連接。方式傳送到用戶終端，從而實現物理世界、計算世界以及人類社會三元世界的連通。2. 智能傳感器：將計算能力嵌入到傳感器中，使得傳感器節(jié)點不僅具有數據采集能力，而且具有濾波和信息處理能力。無線傳感器網絡體系結構從器件上來看，這種節(jié)點集成了傳感單元（由傳感器和模/數轉換功能模塊組成）、處理單元（由嵌入式系統(tǒng)構成，包括CPU、存儲器、嵌入式操作系統(tǒng)等）、通信單元（由無線通信模塊、收發(fā)器等組成）以及電源等部分，有些節(jié)點還具有定位系統(tǒng)和移動系統(tǒng)。這些節(jié)點通過自組織方式構成無線網絡，以協(xié)作的方式感知、采集和處理網絡覆蓋區(qū)域中特定的信息，可以實現對任意地點信息在任意時間的采集，處理和分析。、互聯(lián)網和用戶界面等。整個系統(tǒng)通過任務管理器來管理和控制。傳輸主要體現：節(jié)點數量龐大 節(jié)點密集部署 節(jié)點易于破壞（所處環(huán)境通常惡劣） 網絡拓撲結構 網絡拓撲結構：網絡拓撲是網絡形狀，它的結構主要有星型結構、環(huán)形結構、總線結構、分布式結構、網狀結構、蜂窩結構、樹形結構等等。該網絡體系結構由分層的網絡通信協(xié)議、傳感器網絡管理以及應用支撐技術部分組成，如下表所示：表1 無線傳感器網絡協(xié)議分層的網絡通信協(xié)議物理層 數據鏈路層 網絡層 傳輸層 應用層傳感器網絡管理能量管理 拓撲管理 QOS支持 網絡管理 網絡安全 移動控制 遠程管理應用支撐技術時間同步 節(jié)點定位 分布式協(xié)同應用服務接口分層的網絡通信協(xié)議之物理層協(xié)議傳輸媒體：1. 光通信2. 紅外通信 無線電：無線電是指在自由空間（包括空氣和真空）傳播的電磁波，是其中的一個有限頻帶，上限頻率在300GHz（吉赫茲），下限頻率較不統(tǒng)一通信：使用ISM（工業(yè)、科學、醫(yī)學）頻段，其中某些部分已經用于無繩電話和無線局域網 無線局域網：，以無線方式構成的局域網。兩大難點：一是天線尺寸應為左右，尺寸越小價格約昂貴，使用的頻段越高；二是講笑調制、濾波、解調的能耗。分層的網絡通信協(xié)議之MAC協(xié)議 MAC協(xié)議 Mac協(xié)議：MAC協(xié)議的主要作用是保證公平性和有效的資源共享。，即媒體訪問控制子層協(xié)議。傳感器無線通信模塊四種工作狀態(tài)中，發(fā)送、接收和空閑這三個狀態(tài)的節(jié)點功耗都很大，其中空閑偵聽是無線傳感器網絡中最主要的無效功耗來源。 典型的MAC協(xié)議：SensorMAC(SMAC)、TimeoutMAC(TMAC)、XMAC、PMAC、Datagathering MAC(DMAC)、BerkeleyMAC(BMAC)、ZMAC等等。路由器根據收到數據包中的網絡層地址以及路由器內部維護的路由表決定輸出端口以及下一跳地址，并且重寫鏈路層數據包頭實現轉發(fā)數據包。 協(xié)議無線傳感器網絡的特點使得眾多傳統(tǒng)固定網絡與移動自組織網絡的路由協(xié)議不能有效地應用于無線傳感器網絡，必須為傳感器網絡設計專用協(xié)議。表1 無線傳感器網絡路由協(xié)議性能評價 性能 網絡網絡拓撲變化數據報文長度節(jié)點資源限制數據流分布以數據為中心移動自組織網絡高長小不明顯不明顯無線傳感器網絡低短大地理位置相關明顯表2 無線傳感器網絡路由協(xié)議設計能量消耗單個節(jié)點功耗和功耗的節(jié)點平均分配節(jié)點或鏈路的異構性路由協(xié)議應充分利用不同能力的節(jié)點數據融合問題路由協(xié)議能分組匯聚類似節(jié)點以有效節(jié)能和數據傳輸優(yōu)化算法的收斂性和復雜度考慮網絡拓撲結構的變化，路由協(xié)議算法應快速收斂并盡量簡單，占用少量存儲空間動態(tài)性和擴展性適應網絡結構變化 無線傳感器網絡路由協(xié)議分類大致可分為：能量感知路由、地理位置路由、QoS QoS：（Quality of Service）即服務質量。路由、查詢驅動路由、層次式路由和洪泛式路由計算機網絡中的QoS分層的網絡通信協(xié)議之傳輸層 傳輸層：OSI層模型中負責數據通信的最高層，又是面向網絡通信的低三層和面向信息處理的高三層之間的中間層。傳輸層提供端到端的交換數據的機制，傳輸層對會話層等高三層提供可靠的傳輸服務，對網絡層提供可靠的目的地站點信息。2. 數據流量樹形分布，越靠近Sink網關 網關：網關(Gateway)又稱網間連接器、協(xié)議轉換器。網關既可以用于廣域網互連，也可以用于局域網互連。與網橋只是簡單地傳達信息不同，網關對收到的信息要重新打包，以適應目的系統(tǒng)的需求。大多數網關運行在OSI 7層協(xié)議的頂層應用層。3. 傳感器節(jié)點的存儲資源極其有限，在網絡流量過大時，容易導致協(xié)議棧內的數據包存儲緩沖區(qū)溢出，產生丟包。5. 數據融合對傳輸協(xié)議造成影響。為什么TCP不適合無線傳感器網絡？1. TCP對于融合掉的數據包，視為丟包而引發(fā)重傳，與上述第五點不兼容。4. TCP重傳實現機制對于數據量小的無線傳感器網絡數據包情況會造成無謂的能量浪費。無線傳感器網絡常見的傳輸層協(xié)議：1. Pump Slowly，Fetch Quickly（PSFQ）緩發(fā)快取2.