第四章-无线传感网络节点定位技术无线定位系统教学课件PPT格式课件下载.pptx

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特点：

自组织性。

传感器网络的节点随机分布，不可能依靠全局的基础实施协助定位。

健壮性。

传感器节点的硬件配置低、能力少、可靠性差，因而测量距离时会产生误差，算法必须具有较好的容错性。

能量高效。

尽可能地减少算法中计算的复杂性，减少节点间的通信开销，以尽量延长网络的生存周期，通信开销是传感器网络的主要能量开销。

分布式计算。

每个节点的自身位置不能将所有信息传输到指定节点进行集中计算。

无线传感器网络是由空间上分布式的自主节点组成的，每个节点由双向无线传输与一个或多个传感器进行通信，完成环境参数的感知，这些环境参数包括温度、震动、湿度、压力、运动、化学或污染物等。

无线传感器网络的发展最初起源于军事应用，如战场侦察等。

目前，无线传感器网络大量应用在民用方面，包括环境和栖息地检测、健康护理、家庭自动化和交通控制等。

4.1概述无无线传线传感器网感器网络络可以具有下列一种或几种特征可以具有下列一种或几种特征：

1移动性传感器节点在初始部署之后可以改变位置。

移动性可能由于环境的影响，如风向或水流。

另外，移动性可能由于传感器节点附着在移动实体上，或移动实体所携带。

换句话说，移动性是由于偶然因素造成的，或者是有意为之，譬如节点有目的地移动到不同的物理位置。

在后面这种情况下，移动可能是主动的（传感器定向运动），或者是被动的（附着在移动物体上，但不由传感器节点所控制）。

2电池的能量有限通常传感器节点由电池供电。

由于电池物理体积的限制，其存储的能量限制节点的运行寿命。

典型的电池只能大约存储1J/mm3，因而整个可用能量可能只有1kJ。

因此，能耗是无线传感器网络的一个重要问题。

3计算能力低和内存空间有限传感器节点通常造价低廉、体积小，在普通传感器节点上运行复杂计算的算法是不可行的。

另外，由于非永久性内存（RAM）和非易失性内存（闪存）的空间限制，应该避免长时间过量的额外流量。

4.1概述4通信带宽低为了保证无线传感网络的使用寿命，各节点的通信带宽一般都比较低（即每秒几千比特），而网络通信经常必须与邻居节点共享带宽，进一步对通信带宽形成了一些压力。

因此，在网络协议中应避免过多的额外流量，以免浪费带宽资源。

5使用寿命有限传感器节点通常是由微型电池提供能量，因而能量非常有限，而且能量耗尽之后难以补充。

即使在有些应用场合可以通过外界环境补充节点能量，比如通过太阳能提供能量，然而，可能出现外部能量供给不连续的情况，因此还是需要通过电池进行缓冲。

传感器节点的寿命依赖于电池的寿命。

在基于多条路由的无线传感器网络中，节点既可以产生数据，也可以转发数据。

若因关键路径上的节点能量耗尽不能继续工作而引发网络拓扑改变，会导致分组重发，造成能量浪费，影响整个网络的寿命。

6大规模部署传感器节点可以采用大规模方式进行部署。

对于土壤和水质之类的环境监测来说，在大范围内可以部署几百甚至数千个传感器。

部署方式可以是随机的，例如采用飞机抛撒的方式，或者按照某种策略进行部署。

4.1概述7节点的异构性早期传感器网络通常由同质的设备构成，从硬件和软件的角度来看，大多数是相同的。

从当前的众多原型系统来看，传感器网络是由大量不同的装置组成的。

8恶劣的环境条件传感器节点可以部署在恶劣的环境条件下，如高温、高压、高电压和腐蚀性强的环境中。

9无人值守操作一旦传感器节点部署完毕，通常是无人值守的。

传感器网络系统的研制和定位算法的设计需求需要考虑上述特征。

最主要的限制因素是处理能力、数据处理时间（限制了电池能量）和由于费用导致的信号处理硬件能力有限。

4.2无线传感器网络中的ZigBee技术ZigBee是根据IEEE802.15.4协议（无线个人区域网）开发的一种短距离、低功耗的无线通信技术。

这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飞翔和“嗡嗡”（zig）地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说，蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。

其特点是近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率和低成本。

ZigBee技术主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。

简而言之，ZigBee是一种便宜的、低功耗的是一种便宜的、低功耗的近近距离无距离无线组线组网通信技网通信技术术。

4.2.1起源4.2无线传感器网络中的ZigBee技术ZigBee与蓝牙相类似，是一种新兴的短距离无线技术，用于传感控制应用（sensorandcontrol）。

此想法在IEEE802.15工作组中提出，于是成立了TG4工作组，并制定规范IEEE802.15.4。

2002年，ZigBee联盟成立；

2004年，ZigBee1.0诞生，是ZigBee的第一个规范，但由于推出仓促，存在一些错误；

2006年，推出了ZigBee2006，比较完善；

2007年底，ZigBeePRO推出了ZigBee的底层技术，物理层和MAC层直接引用了IEEE802.15.4。

近几年，各种定位芯片推出，ZigBee获得了快速发展。

ZigBee联盟的主要目标是以通过加入无线网络功能，为消费者提供更富有弹性、更容易使用的电子产品。

ZigBee技术能融入各类电子产品，应用范围横跨全球的民用、商用、公共事业及工业等市场。

ZigBee联盟是一个高速成长的非盈利组织，成员包括国际著名半导体生产商、技术提供者、技术集成商及最终使用者，制定了基于IEEE802.15.4协议，具有高可靠、高性价比和低功耗的网络应用规格。

抓住教学重点只保留文字。

4.2.2技术简介4.2无线传感器网络中的ZigBee技术通信技术标准，出现的时间较短，尚未进入升势头十分明显，已有Chipcon、Freescale、CompXs、Ember等四家公司通过了ZigBee联盟对其产品所做的测试和兼容性验证。

从ZigBee以一个个独立的工作节点为依托，通过无线通信组成星状、片状或网状网络，因此每个节点的功能并非都相同。

为了降低成本，学系统生中实大部施分的节点为子节点，从组网通信上，它只是其功能的一个子集，称为精简功能设备，而另一些节点负责与所控制的子节点通信、汇集数据和发布控制，或起到通信路由的作用，称为全功能设备。

ZigBee是一种近年来才兴起的无线网络通信技术标准，出现的时间较短，尚未进入大规模的Zi商gBe业e是化一种生近产年来和才应兴起用的无。

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但显是，它已的上有Chipcon、Freescale、CompXs、Ember等四家公司2006年开始，基于ZigBee的无线通信产品和通应用过迅了速得Z到ig普B及e和e高联速盟发展对。

其产品所做的测试和兼容性验证。

从2006年开始，基于ZigBee的无线通信产品和应用迅速得到普及和高速发展。

ZigBee技术并不是完全独有、全新的标准，它的物理层、MAC层和链路层采用了IEEE802.15.4协议标准，但在此基础上进您的内容打在这里，行了完或善者和通过扩复展制。

您的其网络层、应文用本会后，聚在层此和框中高层应用规范选（择A粘P贴I），并由选Z择igBee联盟制定。

4.2.2技术简介ZigBee的特点突出的特点突出，尤其在低功耗、低成本上，主要表现如下：

12345低功耗67低成本低速率近距离短时延高容量高安全性4.2无线传感器网络中的ZigBee技术8免执照频段4.2.3技术简介ZigBee技技术为术为什么要使用自什么要使用自组织组织网来通信网来通信？

网状网通信实际上就是多通道通信，在实际工业现场，由于各种原因，往往并不能保证每一个无线通道都能够始终畅通，因此需要自组网来通信。

自组织网要采用动态路由的方式，动态路由是指网络中数据传输的路径并不是预先设定的，而是传输数据前，通过对网络当时可利用的所有路径进行搜索，分析它们的位置关系以及远近，然后选择其中的一条路径进行数据传输。

4.2无线传感器网络中的ZigBee技术4.2.3技术简介ZigBee无无线线数据数据传输传输网网络络描描述述简单的说，ZigBee是一种高可靠的无线数据传输网络，类似于CDMA和GSM网络。

ZigBee数据传输模块类似于移动网络基站。

通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。

ZigBee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，每一个ZigBee网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。

与移动通信的CDMA网或GSM网不同的是，ZigBee网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立，因而，它必须具有简单，使用方便，工作可靠，价格低的特点。

4.2无线传感器网络中的ZigBee技术4.2.3技术简介ZigBee的的频频带带4.2无线传感器网络中的ZigBee技术868MHZ传输速率为20KB/S适用于欧洲915MHZ传输速率为40KB/S适用于美国2.4GHZ传输速率为250KB/S全球通用基于IEEE802.15.4的ZigBee在室内通常能达到30-50米作用距离，在室外如果障碍物少，甚至可以达到100米作用距离。

所以ZigBee可归为低速率的短距离无线通信技术。

4.ZigBee产品ZigBee主要应用在距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间，典型的传输数据类型有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据。

根据设想，它的应用目标主要是：

工业控制（如自动控制设备、无线传感器网络），医护（如监视和传感），家庭智能控制（如照明、水电气计量及报警）消费类电子设备的遥控装置，PC外设的无线连接等领域。

ZigBee是一种崭新的，专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术。

ZigBee也是目前嵌入式应用的一个大热点。

正是因为ZigBee具有广阔的市场前景，所以引来了全球众多厂商的青睐，纷纷推出各种ZigBee无线芯片，无线单片机，ZigBee开发系统，形成了百花争艳的市场局面。

目前提供ZigBee技技术术的方式有三种的方式有三种：

（1）ZigBeeRF+MCU

（2）单芯片集成SOC（3）单芯片内置ZIGBEE协议栈外挂芯片4.2无线传感器网络中的ZigBee技术4.2.5ZigBee网络

（1）ZigBee网网络络构构成成