1 无线传感网的概念、组成

1.1 概念

WSN（无线传感网络）由部署在监测区域内的大量廉价微型传感器节点组成的，并通过无线通信形式形成的一个多跳的自组织的网络系统

1.2 组成

无线传感网络由无线传感节点、汇聚节点、管理节点3部分组成

无线传感节点

• 通常是微型嵌入式系统，信息收集，处理，传递，存储，融合，转发
• 结构：
  
• 组成：
  传感模块，处理模块，无线通信模块，能量供应模块

汇聚节点

• 功能较为强大的嵌入式基站
• 主要负责收集、汇聚数据
• 经由网关提交给管理节点
• 汇聚节点和网关通常集成在一个物理设备中

管理节点

• 一台计算机，或者功能强大的嵌入式处理设备
• 配置和管理网络
• 发布监测任务
• 收集监测数据

2 Zigbee技术的特点和性能指标

2.1 Zigbee技术简介

• ZigBee联盟制定，基于IEEE 802.15.4标准（个域网标准），在IEEE 802.15.4标准增加了网络层和应用层的框架，成为无线传感网络的主要组网技术之一。
• ZigBee适合由电池供电的无线通信场合，ZigBee无线设备工作在公共频段上（全球2.4GHz，美国915MHz，欧洲868MHz），传输速率为20 ~ 250kbit/s，传输距离为10 ~ 75m。

2.2 Zigbee技术特点

1. 省电：
   节点大部分时间处于睡眠状态，当需要发送数据时，Zigbee可以在15毫秒内由睡眠状态进入工作状态
2. 廉价
3. 可靠：Mac层就有确认机制
4. 时延短：
   15毫秒由睡眠状态进入工作状态；蓝牙需要3～10s、WiFi 需要3 s
5. 网络容量大： 254个子节点，全网最多65000节点
6. 安全保障：AES - 128加密算法

3 WSN（无线传感网络）的核心支撑技术

包括拓扑控制、时间同步和数据融合三大技术

3.1 拓扑控制

指通过某种机制自适应地将节点组织成特定的网络拓扑形式，以达到均衡节点能耗、优化数据传输的目的。

3.1.1 功率拓扑算法

• 发射功率决定了节点的通信距离
• 多跳方式
• 尽可能地降低节点的发射功率
• 是一种跨层技术

3.1.2 层次拓扑结构控制算法

• 层次拓扑控制就是利用分簇思想，依据一定的算法，将网络中的传感器节点划分为两类：簇头节点和簇内节点。
• 根据簇头产生的方式的不同，分簇算法又可以分为分布式和集中式两种。

3.2 时间同步

3.2.1 无线传感器网络的传输时延

• 发送时间
• 访问时间
• 传播时间
• 接收时间

3.2.2 时间同步的分类

• 排序
• 相对同步
• 绝对同步

3.2.3 WSN的时间同步协议

RBS——参考广播时钟同步
TPSN——传感网络时间同步
DMTS——延迟测量时间同步
LTS——轻量级时间同步
FTSP——泛洪时间同步协议

3.3 数据融合

• 数据融合是指将多份数据或信息进行处理，组合出更有效、更符合用户需求的数据的过程

3.3.1 数据融合的作用

• 节省能量
• 获得更准确的信息
• 提高数据收集效率

3.3.2 数据融合的种类和方法

1、种类

1. 根据融合前后信息量的变化：
   有损融合和无损融合
2. 根据数据来源
   局部融合和全局融合
3. 根据融合的操作级别
   数据级、特征级融合和决策级融合
   • 数据级融合，在节点处进行，不依赖用户需求；
   • 特征级融合，在基站处进行；
   • 决策级融合，在基站处进行，专门针对应用需求。

• 数据融合可以在协议栈的各个层次进行

2、数据融合的方法

• 贝叶斯方法
• 神经网络法
• D-S证据理论