传感器什么叫网卡

第1章计算机网络的发展与应用学习目标1.
掌握计算机网络的定义、组成、分类和功能.
2.
了解计算机网络与互联网的发展历史及现状.
3.
了解计算机网络标准的相关信息.
4.
掌握计算机网络的相关应用.
知识要点计算机网络的定义、组成、功能、分类,计算机网络和互联网的发展历史,计算机网络标准工作和相关组织.
现今,计算机网络无处不在,从手机中的浏览器到具有无线接入服务的机场、咖啡厅;从具有宽带接入的家庭网络到每张办公桌都有联网功能的传统办公场所,再到联网的汽车、联网的传感器、星际互联网等,可以说计算机网络已成为人们日常生活与工作中所必不可少的一部分.

1.
1计算机网络的定义、组成与功能1.
1.
1计算机网络的定义计算机网络是计算机技术与通信技术结合的产物.
对计算机网络的定义没有统一的标准,根据计算机网络发展的阶段或侧重点不同,对计算机网络有几种不同的定义.
侧重资源共享和通信的计算机网络定义更准确地描述了计算机网络的特点,它的基本含义是将处于不同地理位置,具有独立功能的计算机、终端及附属设备用通信线路连接起来,以功能完善的网络软件(即网络通信协议、信息交换方式及网络操作系统等)实现网络中资源共享和信息传递的系统.
网络中的每一台计算机称为一个节点(Node).
可见,计算机网络是多台计算机彼此互连,以相互通信和资源共享为目标的计算机网络.

关于计算机网络,有一个更详细的定义,即计算机网络是用通信线路和网络连接设备将分布在不同地点的多台功能独立的计算机系统互相连接,按照网络协议进行数据通信,实现资源共享,为网络用户提供各种应用服务信息的系统.

1.
1.
2计算机网络的组成无论是哪一种类型,计算机网络一般由下面几个部分组成.
(1)计算机.
这是网络的主体.
随着家用电器的智能化和网络化,越来越多的家用电器如手机、电视机顶盒(使电视机不仅可以收看数字电视,而且可以使电视机作为因特网的终端设备使用)、监控报警设备,甚至厨房卫生设备等也可以接入计算机网络,它们都统称为网络的终端设备.

(2)数据通信链路.
这是用于数据传输的双绞线、同轴电缆、光缆以及为了有效而正确可靠地传输数据所必需的各种通信控制设备(如网卡、集线器、交换机、调制解调器、路由器等),它们构成了计算机与通信设备、计算机与计算机之间的数据通信链路.

(3)网络协议.
为了使网络中的计算机能正确地进行数据通信和资源共享,计算机和通信控制设备必须共同遵循一组规则和约定,这些规则、约定或标准就称为网络协议,简称协议.
为了帮助和指导各种计算机在世界范围内互联成网,国际标准化组织(InternationalOrganizationforStandardization,ISO)于1977年提出了开放系统互联参考模型及一系列相关的协议.
20世纪80年代中期以来飞速发展的因特网所采用的是美国国防部提出的TCP/IP协议系列.
目前TCP/IP协议已经在各种类型的计算机网络中得到了普遍应用.

(4)网络操作系统和网络应用软件.
连接在网络上的计算机,其操作系统必须遵循通信协议支持网络通信才能使计算机接入网络.
因此,现在几乎所有的操作系统都具有网络通信功能.
特别是运行在服务器上的操作系统,它除了具有强大的网络通信和资源共享功能之外,还负责网络的管理工作(如授权、日志、计费、安全等),这种操作系统称为服务器操作系统或网络操作系统.

目前使用的网络操作系统主要有三类.
一是Windows系统服务器版,如WindowsNTServer,WindowsServer2003以及WindowsServer2008等,一般用在中低档服务器中.
二是UNIX系统,如AIX、HP-UX、IRIX、Solaris等,它们的稳定性和安全性好,可用于大型网站或大中型企事业单位网络中.
三是开放源码的自由软件Linux,其最大的特点是源代码的开放,可以免费得到许多应用软件,目前也获得了很好的应用.

为了提供网络服务,开展各种网络应用,服务器和终端计算机还必须安装运行网络的应用程序.
例如,电子邮件程序、浏览器程序、即时通信软件、网络游戏软件等,它们为用户提供了各种各样的网络应用.

1.
1.
3计算机网络的功能计算机网络的功能主要表现在以下四个方面.
1.
数据传送数据传送是计算机网络的最基本功能之一,用以实现计算机与终端或计算机与计算机之间传送各种信息.
2.
资源共享充分利用计算机系统软硬件资源是组建计算机网络的主要目标之一.
3.
提高计算机的可靠性和可用性提高计算机的可靠性表现在计算机网络中的各计算机可以通过网络彼此互为后备机,一旦某台计算机出现故障,故障机的任务就可由其他计算机代为处理,避免了单台计算机无后备机情况下,某台计算机出现故障导致系统瘫痪的现象,大大提高了系统可靠性.
提高计算机可用性是指当网络中某台计算机负担过重时,网络可将新的任务转交给网络中较空闲的计算机完成,这样就能均衡各计算机的负载,提高每台计算机的可用性.

4.
易于进行分布式处理计算机网络中,各用户可根据情况合理地选择网内资源,以就近、快速地处理.
对于较大型的综合性问题,可通过一定的算法将任务交换给不同的计算机,达到均衡使用网络资源,实现分布处理的目的.
此外,利用网络技术,能将多台计算机连成具有高性能的计算机系统,对解决大型复杂问题,比用高性能的大中型机费用要低得多.

计算机网络的这些重要功能和特点,使得它在经济、军事、生产管理和科学技术等部门发挥重要的作用,成为计算机应用的高级形式,也是办公自动化的主要手段.
1.
2计算机网络的分类由于计算机网络的复杂性,人们可以从多个不同角度来对计算机网络进行分类,因此计算机网络的分类方法和标准多种多样,可以按传输技术、网络规模、网络的拓扑结构、传输介质、网络使用的目的、服务方式、交换方式等进行分类.
按照网络所使用的传输介质,可将网络分为有线网和无线网;按照网络所使用的拓扑结构,可将网络分为总线网、环型网、星型网及树型网等类型;按照网络的传输技术,可将网络分为广播式网络和点对点式网络等类型.
计算机所覆盖的物理范围影响到网络所采用的传输技术、组网方式,以及管理和运营方式.
因此,人们把计算机网络所覆盖的物理范围作为网络分类的一个重要标准.
按网络覆盖的范围大小,可将网络分为局域网、城域网和广域网.

1.
局域网局域网(LocalAreaNetwork,LAN)是指范围在十几千米内的计算机网络,一般建设在一栋办公楼或楼群、校园、工厂或一个事业单位内.
局域网一般情况下由某个单位单独拥有、使用和维护.
局域网的数据传输速率一般比较高,结构相对简单,延迟比较小,通常是几毫秒数量级.

最典型的局域网是以太网.
最早的以太网以基带同轴电缆作为传输介质,采用总线拓扑结构,数据传输速率一般为10Mb/s,以太网的总线拓扑结构如图1-1(a)所示.
另一种典型的局域网就是令牌环网.
令牌环网采用环型拓扑结构,如图1-1(b)所示,速度一般为4Mb/s或16Mb/s,它采用令牌传递机制来控制站点对环的访问.
FDDI网是对令牌环网的发展,它采用光纤介质,数据传输速率为100Mb/s.

(a)以太网(b)令牌环网图1-1两种不同类型的局域网2.
城域网城域网(MetropolitanAreaNetwork,MAN),顾名思义,是指在一个城市范围内建立的计算机网络.
城域网的一个重要用途是作为城市骨干网,通过它将位于同一城市内不同地点的局域网或各种主机和服务器连接起来.
MAN与LAN的区别首先是网络覆盖范围的不同,其次是两者的归属和管理不同.
LAN通常专属于某个单位,属于专用网;而MAN是面向公众开放的,属于公用网,这点与广域网一致.
最后是两者的业务不同,LAN主要是用于单位内部的数据通信;而MAN可用于单位之间的数据、话音、图像及视频通信等,这点与广域网也一致.

城域网与广域网唯一不同之处是覆盖范围,广域网的覆盖范围一般可达几百千米甚至数千千米.
3.
广域网顾名思义,广域网(WideAreaNetwork,WAN)是指覆盖范围广(通常可以覆盖一个省甚至一个国家)的网络,有时也称为远程网.
广域网具有覆盖范围广、通信距离远、组网结构相对复杂等特点.

按照计算机网络鼻祖ARPANET的定义,广域网由主机和通信子网组成.
主机(Host)用于运行用户程序,通信子网(CommunicationSubnet)用于将用户主机连接起来.
广域网拓扑结构如图1-2所示.

图1-2广域网拓扑结构通信子网一般由交换机和传输线路组成.
传输线路用于连接交换机,而交换机负责在不同的传输线路之间转发数据.
在ARPANET中,交换机叫作接口信息处理机(InterfaceMessageProcessor,IMP).
在图1-2中,每台主机都至少连着一台IMP,所有进出该主机的报文都必须经过与该主机相连的IMP.
典型的广域网有公用电话交换网(PublicSwitchedTelephoneNetwork,PSTN)、公用分组交换网(X.
25)、同步光纤网(SONET/SDH)、帧中继网及ATM网.
在广域网中,一个重要的问题是通信子网的拓扑结构应该如何设计.
图1-3展示了几种可能的拓扑结构.
图1-3广域网中通信子网的拓扑结构1.
3计算机网络与互联网的发展历史计算机网络技术是计算机技术与通信技术相结合的产物,它的发展与事物的发展规律相吻合,经历了从简单到复杂、从单个到集合的过程,其先后经历了四个不同的计算机网络时代.
第一代计算机网络也可称为面向终端的计算机网络,由于这代计算机网络系统除了一台中央计算机外,其余的终端设备都没有独立处理数据的功能,因此它不能算是真正意义上的计算机网络.
第二代计算机网络是以ARPANET网的出现为标志的,其追求的主要目标是借助通信系统,使网内各计算机系统间能够相互共享资源.
第三代计算机网络是以网络互联标准(OpenSystemInterconnection,OSI)的出现为标准的.
该标准是由国际标准化组织(ISO)于1978年成立的专门机构研究并制定的.
第三代计算机网络是计算机网络发展最快的阶段.
第四代计算机网络是指Internet从一个小型的、实验型的研究项目,发展成为世界上最大的计算机网,从而真正实现了资源共享、数据通信和分布处理的目标.
目前就处于第四代计算机网络时代.
互联网发展先后经历了三个阶段.
第一阶段:1969年Internet的前身ARPANET的诞生到1983年,这是研究试验阶段,主要进行网络技术的研究和试验.
第二阶段:从1983年到1994年是Internet的实用阶段,主要作为教学、科研和通信的学术网络.
第三阶段:1994年之后,开始进入Internet的商业化阶段.
1.
4计算机网络的标准工作及相关组织计算机网络的标准化工作对于计算机网络的发展具有十分重要的意义,目前,在全世界范围内,制定网络标准的标准化组织有很多,所制定的标准自然也很多,但在实际应用中,大部分的数据通信和计算机网络方面的标准主要是由以下机构制定并发布的:国际标准化组织(ISO)、国际电信联盟电信标准化部(ITU-T)、电气电子工程师协会(IEEE)、电子工业协会(EIA)等.

1.
国际标准化组织国际标准化组织是一个国际性组织,其成员主要是世界各国政府的标准制定委员会的成员.
该组织创建于1974年,是一个完全志愿的、致力于国际标准制定的机构.
作为一个现有82个成员国的国际性组织,它的目标是为国际产品和服务交流提供一种能带来兼容性、更好的品质、更高的生产率和更低的价格的标准模型.
该组织在促进科学、技术和经济领域的合作上十分活跃.
开放式系统互联参考模型(OSI/RM)就是国际标准化组织在信息技术领域的工作成果.

2.
国际电信联盟早在20世纪70年代就有许多国家开始制定电信业的国家标准,但是电信业标准的国际性和兼容性几乎不存在.
联合国为此在它的国际电信联盟(InternationalTele-communicationUnion,ITU)组织内部成立了一个委员会,称为国际电报电话咨询委员会(ConsultativeCommitteeonInternationalTelegraphandTelephone,CCITT).
该委员会致力于研究和建立适用于一般电信领域或特定的电话和数据系统的标准.
1993年3月,该委员会的名称改为国际电信联盟电信标准化部.
国际电信联盟电信标准化部分为若干研究小组,各个小组注重电信业标准的不同方面.
各国的标准化组织(类似于美国国家标准化协会)向这些研究小组提出建议,如果研究小组认可,建议就被批准为4年发布一次的ITU-T标准的一部分.

ITU-T制定的标准中最广为人知的是公用分组交换网(X.
25)和综合业务数字网(ISDN).
3.
电气电子工程师协会电气电子工程师协会(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers,IEEE)是世界上最大的专业工程师团体.
作为一个国际性组织,它的目标是在电气工程、电子、无线电,以及相关的工程学分支中促进理论研究、创新活动和产品质量的提高.
负责为局域网制定802系列标准(如IEEE802.
3以太网标准)的委员会就是IEEE的一个专门委员会.
4.
电子工业协会电子工业协会(ElectronicIndustriesAssociation,EIA)是一个致力于促进电子产品生产的非营利组织,它的工作除了制定标准外,还有公众观念教育等.
在信息技术领域,EIA在定义数据通信的物理接口和信号特性方面做出了重要贡献.
尤其值得指出的是,它定义了串行通信接口标准:EIA-232-D、EIA-449和EIA-530.

5.
美国国家标准化协会美国国家标准化协会(AmericanNationalStandardsInstitute,ANSI)是一个非营利组织,它向ITU-T提交建议并且是ISO中代表美国的全权组织.
ANSI的任务包括为美国国内自发的标准化提供全国性的协调,推广标准的采纳和应用,以及保护公众利益.
ANSI的成员来自各种专业协会、行业协会、政府和管理机构以及消费者.
ANSI涉及的领域包括ISDN业务、信令和体系结构,以及同步光纤网(SONET).

6.
因特网工程任务组因特网工程任务组(TheInternetEngineeringTaskForce,IETF)受因特网工程指导小组(InternetEngineeringSteeringGroup,IESG)领导,主要关注因特网运行中的一些问题,对因特网运行中出现的问题提出解决方案.
很多因特网标准都是由IETF开发的.
IETF的工作被划分为不同的领域,每个领域集中研究因特网中的特定课题.
目前IETF的工作主要集中在以下九个领域:应用、互联网协议、路由、运行、用户服务、网络管理、传输、IPNG(InternetProtocolNextGeneration,下一代互联网)和安全.

7.
Internet协会Internet协会(InternetSociety,ISOC)成立于1992年,是一个非政府的全球合作性国际组织,主要工作是协调全球在Internet方面的合作,就有关Internet的发展、可用性和相关技术的发展组织活动.
ISOC的网址为http://www.
isoc.
org.

ISOC的宗旨是:积极推动Internet及相关的技术,发展和普及Internet的应用,同时促进全球不同政府、组织、行业和个人进行更有效的合作,充分合理地利用Internet.
ISOC采用会员制,会员来自全球不同国家各行各业的个人和团体.
ISOC由会员推选的监管委员会进行管理.
ISOC由许多遍及全球的地区性机构组成,这些分支机构都在本地运营,同时与ISOC的监管委员会进行沟通.

8.
因特网号码分配机构和因特网名字与编号分配机构因特网号码分配机构(InternetAssignedNumbersAuthority,IANA)是受美国政府支持的负责因特网域名和地址管理的组织.
1998年10月后,这项工作由美国商务部下属的因特网名字与编号分配机构(InternetCorporationforAssignedNamesandNumbers,ICANN)负责.
ICANN是一个集合了全球网络界商业及学术各领域专家的非营利性国际组织,负责IP地址分配、协议标识符的指派、通用顶级域名(GenericTop-LevelDomain,GTLD),以及国家代码顶级域名(CountryCodeTop-LevelDomain,CCTLD)系统的管理和根域名服务器的管理.
而实际管理工作是由全球五大地区注册中心(RegionalInternetRegistry,RIR)来具体负责的.
RIR主要负责IP地址(含IPv4和IPv6)和自治系统(AS)号等Internet资源的分配和注册.
全球五大地区注册中心有美国互联网号码注册中心(AmericanRegistryforInternetNumbers,ARIN)、欧洲IP地址注册中心(ReséauxIPEuropéens,RIPE)、亚太地区网络信息中心(AsiaPacificNetworkInformationCenter,APNIC)、拉丁美洲及加勒比海网络信息中心(LatinAmericanandCaribbeanNetworkInformationCenter,LACNIC),以及非洲注册中心(AfricaNetworkInformationCenter,AfriNIC).
ARIN负责北美和加勒比海部分地区;RIPE负责欧洲、中东(MiddleEast)和中亚(CentralAsia);APNIC负责亚洲(除中亚地区)和太平洋地区;LACNIC负责拉丁美洲及加勒比海部分地区;AfriNIC负责非洲地区.
9.
中国互联网络信息中心中国互联网注册和管理机构称为中国互联网络信息中心(ChinaInternetNetworkInformationCenter,CNNIC),它成立于1997年6月,是一个非营利性的管理与服务机构,行使国家互联网信息中心的职责.
中国科学院计算机网络信息中心承担CNNIC的运行和管理工作.
CNNIC的主要职责包括域名注册管理,IP地址、AS号分配与管理,目录数据库服务,互联网寻址技术研发,互联网调查与相关信息服务,国际交流与政策调研,承担中国互联网协会政策与资源工作委员会秘书处的工作.

1.
5计算机网络的应用现代的生活中,计算机网络已经广泛应用于各大领域,通过计算机网络,人们可以开展广泛的交流活动.
(1)计算机网络首先要面向的就是企业的应用.
早期的计算机网络就是各大公司企业的内部局域网和军用网络,所以计算机网络在企业方面的应用是最成熟、最广泛的.
在Internet诞生之后,企业网中又出现了两个新的名词:Intranet和Extranet.
这两个网络名词是伴随着计算机网络在企业中的广泛应用而产生的,分别是企业内部网和企业外联网.
Intranet往往用于企业内部人员交流,通信便捷,为保障企业网介入Internet的安全性等一系列问题时,Extranet应运而生,其与外部网络相连,既保证信息的流通,又保护了企业的信息资源不受威胁.
最重要的一点就是,计算机网络的大规模普及推动了大型跨国公司的产生和发展,因为计算机网络的便捷性为不同地区的分公司提供了交流和协同工作的平台.
与此同时,大量的商业门户网站也一一诞生,人们通过这样的展示平台了解企业,获取大量相关信息,掌握最新的资讯,也可以进行休闲娱乐活动.
国内著名的门户网站如新浪、腾讯、网易和搜狐等,这不仅仅是咨询的平台,也是网络流行的先锋.
电子商务和电子贸易也随之产生,企业间通过计算机网络的互联完成信息的流通,企业领导人和员工可以通过收发电子邮件或召开视频会议等完成必要的商业运作程序,同时大型门户网站由于自己掌握的资源增多,也提供网络交易平台推动电子商务,这方面最成功的就是阿里巴巴.
计算机网络还能实现对整个企业的管理和运营,网络化的企业结构更为系统,更便于管理和操作.

(2)计算机网络在政府也被广泛应用.
正如在企业中的应用一样,政府部门也可以借助计算机网络办公,并在网络上发布信息、传递资源,这样一来能够大大提高工作效率以及宣传力度.
同样类似于企业的,政府部门的计算机网络也分为内网和外网,政府内部系统办公使用内网,而对外发布信息,进行政策宣传就需要外网,这也是出于安全的需要.

(3)计算机网络也具有大量面向个人的应用.
随着计算机网络的发展,网民的数量不断增加,越来越多的人已经离不开计算机网络,他们利用计算机网络进行学习、工作、消费、娱乐,乃至社交和婚姻都通过计算机网络去解决.
我们可以借助QQ、微信等软件与他人进行即时通信,也可以进行远程协助,甚至可以进行简单的远程会议.
网络的一大功能就是资源共享,我们可以轻松地查找到大量的信息资源、学习资源等.
随着人们的消费意识的不断进步,网店和网络购物逐渐兴起,足不出户的购物模式为广大网络用户带来了极大的生活便利,快捷、及时、全面的咨询也是吸引人们加入网民行列的一大原因.

(4)计算机网络面向教育有一定的应用.
我们常常说的远程教育就是基于计算机网络实现的,以计算机网络为基础的网络课件和其他学习资源为教师和学生的教学活动提供了更多的手段,有利于因材施教.
通过计算机网络,最新的学术咨询可以迅速传播,成果可以及时共享,交流可以及时进行.

(5)计算机网络在医疗方面也有一定的应用.
医疗网站可以合理地配置医疗资源.
网络可跨越由于时间和地域造成的阻碍,使得更多的患者能得到享有稀缺医疗资源的权利,从而实现医疗资源合理配置的目的.
医疗网站可突破时间和空间的限制,从而可有效地降低看病的成本.
在网络上可以提前将病患的资料以及基本情况及时传输给医生,经过分析之后,病患可再与医生提前进行门诊时间的预约.
通过这样简单的过程,医生即可对病患的基本情况有一定的了解,而病患也省去了往返于医院之间所需的时间和精力的消耗,同时病患也可对门诊时所应该注意的问题提前进行了解.
在看病的过程中,医疗网站可设置"论坛"等性质的服务反馈模块,通过此模块病患即将自己的看病心得以及对于医生服务的评价发表于网络上,通过查询其病患的留言以及对医生的满意程度即可对其看病的医生的基本情况有一个大致的了解.

(6)计算机网络面向军事领域的应用.
其实,现代意义的网络产生于20世纪60年代中期,是由美国国防部高级研究计划局应美国军方的要求研制的ARPANET.
任何一项最新技术的出现,最初都是服务于军方,这个规律在近代及当代非常明显.
随着计算机网络技术的发展,军队建设向信息化方向发展,现在的远程指挥、战场信息化及战场信息共享都体现出了计算机网络在此方面的应用.

从计算机网络的主要功能来看,其主要是实现资源共享和数据传输,于是在上述各个方面均有一定的作用,其实其应用远远不止上述罗列的内容,在工业、农业、交通运输、国防及科学研究等诸多领域都广泛涉及.
在当代社会里,计算机网络的应用无时不有、无处不在,已经深入到社会的各个方面.

本章小结计算机网络是计算机技术与通信技术结合的产物.
它的基本含义是将处于不同地理位置,具有独立功能的计算机、终端及附属设备用通信线路连接起来,以功能完善的网络软件(即网络通信协议、信息交换方式及网络操作系统等)实现网络中资源共享和信息传递的系统.

本章介绍了计算机网络的定义、组成、分类和功能,以及计算机网络与互联网的发展历史及现状,介绍了计算机网络的标准工作以及相关组织.
目前,在全世界范围内,制定网络标准的标准化组织有很多,在实际应用中,大部分数据通信和计算机网络方面的标准主要是由以下机构制定并发布的:国际标准化组织(ISO)、国际电信联盟电信标准化部(ITU-T)、电气电子工程师协会(IEEE)、电子工业协会(EIA)等.

习题1.
简述你所理解的计算机网络.
2.
计算机网络是由什么组成的它的功能有哪些3.
计算机网络该如何分类请简述.
4.
生活中计算机网络有哪些应用请简述.
第2章传感器网络的发展与应用学习目标1.
掌握传感器网络的起源、主要特点和核心技术.
2.
了解传感器网络的发展历史及现状.
3.
掌握传感器网络的应用以及和物联网的关系.
知识要点传感器网络、传感器网络的主要特点、传感器网络的核心技术及和物联网的关系.
2.
1传感器网络的起源传感器网络的概念起源于1978年美国国防部高级研究计划局(DefenseAdvancedResearchProjectsAgency,DARPA)资助卡内基梅隆大学(CarnegieMellonUniversity,CMU)进行分布式传感网的研究项目,主要研究由若干具有无线通信能力的传感器节点自组织构成的网络.
这被看成是无线传感网的雏形.
1980年,DARPA的分布式传感网项目开创了传感网研究的先河;20世纪80—90年代,研究主要在军事领域,成为网络中心战的关键技术,拉开了无线传感网研究的序幕;从20世纪90年代中期开始,美国和欧洲等发达国家和地区先后开始了大量的关于无线传感网的研究工作.

2.
1.
1无线传感器网络20世纪90年代末,随着现代传感器、无线通信、现代网络、嵌入式计算、微机电系统(MicroElectro-MechanicalSystem,MEMS)、集成电路、分布式信息处理与人工智能等新兴技术的发展与融合,以及新材料、新工艺的出现,传感器技术向微型化、无线化、数字化、网络化、智能化方向迅速发展,由此研制出了各种具有感知、通信与计算功能的智能微型传感器.
由大量的部署在监测区域内的微型传感器节点构成的无线传感器网络(WirelessSensorNetworks,WSN),通过无线通信方式智能组网,形成一个自组织网络系统,具有信号采集、实时监测、信息传输、协同处理、信息服务等功能,能感知、采集和处理网络所覆盖区域中感知对象的各种信息,并将处理后的信息传递给用户,如图2-1所示.

图2-1工业控制领域的WSN模型WSN可以使人们在任何时间、地点和任何环境条件下,获取大量翔实可靠的物理世界的信息,这种具有智能获取、传输和处理信息功能的网络化智能传感器和无线传感器网,正在逐步形成IT领域的新兴产业.
它可以广泛地应用于军事、科研、环境、交通、医疗、制造、反恐、抗灾、家居等领域.

无线传感器网络系统是一个学科交叉综合的、知识高度集成的前沿热点研究领域,正受到各方面的高度关注.
美国国防部在2000年时就把传感网定为五大国防建设领域之一;美国研究机构和媒体认为它是21世纪世界最具有影响力的、高技术领域的四大支柱型产业之一,是改变世界的十大新兴技术之一.
日本在2004年就把传感器网络定为四项重点战略之一.

我国《国家中长期科学与技术发展规划(2006—2020年)》中把智能感知技术、自组织网络与通信技术、宽带无线移动通信等技术列为重点发展的前沿技术.
2.
1.
2基于射频识别的传感器网络基于射频识别(RadioFrequencyIdentification,RFID)的无线传感器网络,是目前最主要的一种无线传感器网络类型.
射频识别是一种利用无线射频方式在读写器和电子标签之间进行非接触的双向数据传输,以达到目标识别和数据交换目的的技术.
它能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,将客观世界的物理信号转换成电信号,从而实现物理世界、计算机世界以及人类社会的交流.

通常,RFID系统由电子标签、读写器、微型天线和信息处理系统组成.
(1)电子标签:即应答器,它由耦合元件和微电子芯片组成,黏附在物体上,内部存储待识别物体的信息.
通常电子标签没有自备的供电电源,其工作所需要的能量由读写器通过耦合元件传递给电子标签.
(2)读写器:又称扫描器,它能发出射频信号,扫描电子标签而获取数据.
读写器包含高频模块(发送器和接收器)、控制单元、与电子标签连接的耦合元件以及与PC或其他控制装置进行数据传输的接口.
(3)微型天线:它在电子标签和阅读器间传递射频信号.
(4)信息处理系统:即计算机系统.
在实际应用中,RFID系统内存储有约定格式数据的电子标签,黏附在待识别物体的表面.
读写器通过天线发出一定频率的射频信号,当电子标签进入感应磁场范围时被激活产生感应电流从而获得能量,发送出自身的编码等信息,被读写器无接触地读取、解码与识别,从而达到自动识别物体的目的.
最后将识别的信息送至主计算机系统进行有关的数据信息处理.

2.
2传感器网络的主要特点与传统的网络相比,传感器网络具有资源和设计方面的限制.
在传感器节点中,资源约束包括能源受限、通信距离短、带宽低、处理和存储能力不足等.
设计约束则依赖于应用程序和所监控的环境.
传感网除了具有无线网络的移动性等共同特征之外,还具有其他鲜明的特点.
1.
大规模传感网一般都由大量的传感器节点组成,节点的数量可能达到成千上万,甚至更多.
一方面,传感器节点分布在很大的地理区域内;另一方面,传感器节点部署很密集,在一个面积不是很大的空间内,密集部署了大量的传感器节点.

2.
自组织传感器节点的位置不需要设计或预先确定,这使得传感器节点可以随机部署在人迹罕至的地形或救灾行动中.
这就要求传感器节点必须具有自组织能力.
在一个传感器节点部署完成之后,首先,必须检测它的邻居并建立通信,其次必须了解相互连接的节点的部署、节点的拓扑结构,以及建立自组织多跳的通信信道.

3.
动态性传感网具有很强的动态性,它的拓扑结构可能因为下列因素而改变.
(1)环境因素或电能耗尽所造成的传感器节点出现故障或失效.
(2)环境条件变化可能造成无线通信链路带宽变化,甚至时断时通.
(3)传感网的传感器、感知对象和观察者这三个要素都可以具有移动性.
(4)新节点的加入.
4.
容错性根据不同的应用场景,传感器节点有可能部署在环境相当恶劣的地区,一些传感器节点可能会因为电力不足、有物理损坏或外部环境的干扰而不能工作或者处于阻塞状态,此时要确保传感器节点的故障不能影响到整个传感网的正常工作,也就是说,传感网不能因为传感器节点故障而产生任何中断.

5.
资源受限一个传感网实际上是由大量的体积非常小、低成本、低功耗、多功能的传感器节点密集部署而形成的网络,这些节点只能在短距离内自由通信.
一般来讲,传感器节点不会作为移动设备,而是在部署之后静止不动,在有些情况下对其补充能量是不现实的.
由于节点体积微小、资源受限等特征使得其在能量和计算上都存在着很大的限制.
总体来说,节点的资源制约因素主要包括有限的能量、短的通信范围、低带宽、有限的处理和存储能力.

6.
应用相关与其他网络相比,传感网在设计和面对的挑战上有很多不同,传感网的解决方案是与应用紧密结合的.
根据应用要求的不同,传感网也将检测不同的物理量,获取不同的信息,因而传感网的设计在很大程度上依赖于其所处的监控环境.
在确定网络规模、部署计划以及网络的拓扑结构时,应用环境都起着关键作用.
而网络规模又会随着所监测环境的变化而变化.
对于室内环境有限的空间,需要较少的节点组成网络,而在室外环境中可能需要更多的节点以覆盖较大的面积.
当应用环境是人类不可访问的,或由数百到数千节点组成的网络时,临时部署要优于预先计划的部署.
而环境中的障碍物也可以限制节点之间的通信,这反过来又会影响网络连接(或拓扑).

2.
3传感器网络的核心技术传感器网络是当今信息领域新的研究热点,是微机电系统、计算机、通信、自动控制、人工智能等多学科交叉的综合性技术,目前的研究涉及通信、组网、管理、分布式信息处理等多个方面.
具体而言,传感网的关键技术包括路由协议、MAC协议、拓扑控制、定位、时间同步、数据管理等.

1.
路由协议路由协议负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点,协议的主要功能是寻找源节点和目的节点间的优化路径,将数据分组沿着优化路径正确转发.
在根据传感网的具体应用设计路由机制时,要满足下面的要求.

(1)能量高效.
传感网路由协议不仅要选择能量消耗小的消息传输路径,而且要从整个网络的角度考虑,选择使整个网络能量均衡消耗的路由.
由于传感器节点的资源是有限的,因而传感网的路由机制要能够简单而且高效地实现信息传输.

(2)可扩展性.
在传感网中,检测区域范围或节点密度不同,网络规模会有所不同;节点失败、新节点加入以及节点移动等,也会使得网络拓扑结构动态地发生变化,这就要求路由机制具有可扩展性,能够适应网络结构的变化.

(3)健壮性.
能量耗尽或环境因素造成的传感器节点失效,周围环境影响无线链路的通信质量以及无线链路本身的缺点等,这些传感网的不可靠特性要求路由机制具有一定的容错能力.
(4)快速收敛性.
传感网的拓扑结构动态变化,节点能量和通信带宽等资源有限,因此要求路由机制能够快速收敛,以适应网络拓扑的动态变化,减少通信协议开销,提高消息传输的效率.
2.
MAC协议在传感网中,介质访问控制(MultipleAccessControl,MAC)协议决定无线信道的使用方式,在传感器节点之间分配有限的无线通信资源,用来构建传感网系统的底层基础结构.
MAC协议处于传感网协议的底层部分,对传感网的性能有较大影响,是保证传感网高效通信的关键网络协议之一.
传感器节点的能量、存储、计算和通信带宽等资源有限,单个节点的功能比较弱,而传感网的强大功能是由众多节点协作实现的.
多点通信在局部范围需要MAC协议协调无线信道分配,在整个网络范围内需要路由协议选择通信路径.
在设计传感网的MAC协议时,需要着重考虑以下3个方面.

1)节省能量传感器节点一般是由电池提供能量,而且电池能量通常难以进行补充,为了长时间保证传感器网络的有效工作,MAC协议在满足应用要求的前提下,应尽量节省节点的能量.
2)可扩展性由于传感器节点数目、节点分布密度等在传感网生存过程中不断地发生变化,节点位置也可能移动,还有新节点加入网络的问题,因此传感网的拓扑结构具有动态性.
MAC协议也应具有可扩展性,以适应这种动态变化的拓扑结构.

3)网络效率网络效率包括网络的公平性、实时性、网络吞吐量以及带宽利用率等.
3.
拓扑控制传感网拓扑控制主要研究的问题是在满足网络覆盖度和连通度的前提下,通过功率控制和骨干网节点选择,剔除节点之间不必要的通信链路,形成一个数据转发的优化网络结构.
具体地讲,传感网中的拓扑控制按照研究方向可以分为两类:节点功率控制和层次型拓扑控制.
功率控制机制调节网络中每个节点的发射功率,在满足网络连通度的前提下,均衡节点的单跳可达邻居数目.
层次型拓扑控制利用分簇机制,让一些节点作为簇头节点,由簇头节点形成一个处理并转发数据的骨干网,其他非骨干网节点可以暂时关闭通信模块,进入休眠状态以节省能量.

4.
定位对于大多数应用,不知道传感器位置而感知的数据是没有意义的.
传感器节点必须明确自身位置才能详细说明"在什么位置或区域发生了特定事件",实现对外部目标的定位和追踪;另外,了解传感器节点位置信息还可以提高路由效率,为网络提供命名空间,向部署者报告网络的覆盖质量,实现网络的负载均衡以及网络拓扑的自配置.
而人工部署和为所有网络节点安装GPS接收器都会受到成本、功耗、扩展性等问题的限制,甚至在某些场合可能根本无法实现,因此必须采用一定的机制与算法实现传感网的自身定位.

5.
时间同步在传感网中,单个节点的能力非常有限,整个系统所要实现的功能需要网络内所有节点相互配合共同完成.
很多传感网的应用都要求节点的时钟保持同步.
在传感网的应用中,传感器节点将感知到的目标位置、时间等信息发送到网络中的汇聚节点,汇聚节点对不同传感器发送来的数据进行处理后便可获得目标的移动方向、速度等信息.
为了能够正确地监测事件发生的顺序,要求传感器节点之间必须实现时间同步.
在一些事件监测的应用中,事件自身的发生时间是相当重要的参数,这要求每个节点维持唯一的全局时间以实现整个网络的时间同步.

时间同步是传感网的一个研究热点,在传感网中起着非常重要的作用,国内外的研究者已经提出了多种传感网时间同步算法.
6.
数据管理传感网本质上是一个以数据为中心的网络,它处理的数据为传感器采集的连续不断的数据流.
由于传感网能量、通信和计算能力有限,因此传感网数据管理系统通常不会把数据都发送到汇聚节点进行处理,而是尽可能在传感网中进行处理,这样可以最大限度地降低传感网的能量消耗和通信开销,延长传感网的生命周期.
现有的数据管理技术把传感网看作来自物理世界的连续数据流组成的分布式感知数据库,可以借鉴成熟的传统分布式数据库技术对传感网中的数据进行管理.
由于传感器节点的计算能力、存储容量、通信能力以及电池能量有限,再加上Flash存储器以及数据流本身的特性,给传感网数据管理带来了不同于传统分布式数据库系统的一些新挑战.

传感网数据管理技术包括数据的存储、查询、分析、挖掘以及基于感知数据决策和行为的理论和技术.
传感网的各种实现技术必须与这些数据管理技术密切结合,才能够设计出实现高效率的以数据为中心的传感网系统.
到目前为止,数据管理技术的研究还不多,还有大量的问题需要解决.

2.
4传感器网络的发展传感器网络的发展历程分为以下三个阶段:传感器→无线传感器→无线传感器网络(大量微型、低成本、低功耗的传感器节点组成的多跳无线网络).
1.
第一阶段最早可以追溯至越南战争时期使用的传统的传感器系统.
"热带树"实际上是由震动和声响传感器组成的系统,它由飞机投放,落地后插入泥土中,只露出伪装成树枝的无线电天线,因而被称为"热带树".
只要对方车队经过,传感器探测出目标产生的震动和声响信息,自动发送到指挥中心,供人们进行决策.

2.
第二阶段第二阶段是在20世纪80年代至90年代之间,主要是美军研制的分布式传感器网络系统、海军协同交战能力系统、远程战场传感器系统等.
这种现代微型化的传感器具备感知能力、计算能力和通信能力.
因此在1999年,《商业周刊》将传感器网络列为21世纪最具影响的21项技术之一.

3.
第三阶段第三阶段是从21世纪开始至今,也就是"9·11"事件之后.
这个阶段的传感器网络技术特点在于网络传输自组织、节点设计低功耗,除了应用于反恐活动以外,在其他领域更是获得了很好的应用.
由于无线传感网在国际上被认为是继互联网之后的第二大网络,2003年美国《技术评论》杂志评出对人类未来生活产生深远影响的十大新兴技术,传感器网络被列为第一.

在现代意义上的无线传感网研究及其应用方面,我国与发达国家几乎同步启动,它已经成为我国信息领域位居世界前列的少数方向之一.
在2006年我国发布的《国家中长期科学与技术发展规划纲要》中,为信息技术确定了三个前沿方向,其中有两项就与传感器网络直接相关,这就是智能感知和自组网技术.
当然,传感器网络的发展也是符合计算设备的演化规律.

早在20世纪70年代,就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感器网络雏形,我们把它归为第一代传感器网络.
随着相关学科的不断发展和进步,传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力,并通过与传感控制器的相联,组成了有信息综合和处理能力的传感器网络,这是第二代传感器网络.
从20世纪末开始,现场总线技术开始应用于传感器网络,人们用其组建智能化传感器网络,大量多功能传感器被运用,并使用无线技术连接,无线传感器网络逐渐形成.
无线传感器网络是新一代的传感器网络,具有非常广泛的应用前景,其发展和应用将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响.
发达国家如美国,非常重视无线传感器网络的发展.

美国交通部1995年提出了"国家智能交通系统项目规划",预计到2025年全面投入使用.
该计划试图有效集成先进的信息技术、数据通信技术、传感器技术、控制技术及计算机处理技术并运用于整个地面交通管理,建立一个大范围全方位的实时高效的综合交通运输管理系统.
这种新型系统将有效地使用传感器网络进行交通管理.

美国陆军2001年就提出了"灵巧传感器网络通信"计划,在2001—2005年财政年度期间批准实施.
其基本思想是:在战场上布设大量的传感器以收集和传输信息,并对相关原始数据进行过滤,然后再把那些重要的信息传送到各数据融合中心,将大量的信息集成为一幅战场全景图.
当参战人员需要时可分发给他们,使其对战场态势的感知能力大大提高.

2002年5月,美国Sandia国家实验室与美国能源部合作,共同研究能够尽早发现以地铁、车站等场所为目标的生化武器袭击,并及时采取防范对策的系统.
它属于美国能源部恐怖对策项目的重要一环.
该系统集检测有毒气体的化学传感器和网络技术于一体.

美国自然科学基金委员会2003年制定了无线传感器网络研究计划,在加州大学洛杉矶分校成立了传感器网络研究中心,联合周边的加州大学伯克利分校、南加州大学等,展开"嵌入式智能传感器"的研究项目.

英特尔公司在2002年10月24日发布了"基于微型传感器网络的新型计算发展规划".
该计划宣称,英特尔将致力于微型传感器网络在预防医学、环境监测、森林灭火乃至海底板块调查、行星探查等领域的应用.
我国在国家"十一五"规划和《国家中长期科技发展纲要》中将"传感器网络及信息处理"列入其中,国家863、973计划中也将WSN列为支持项目.

2.
5传感器网络的应用传感网的应用领域非常广阔,它能应用于军事、环境监测和预报、精准农业、健康护理、智能家居、建筑物状态监控、复杂机械监控、城市智能交通、空间探索等领域.
传感网具有巨大的军事、工业和民用价值,引起了世界各国军事部门、工业界和学术界的广泛关注.
随着传感网的深入研究和广泛应用,传感网将会逐渐深入人类生活的各个领域.

1.
军事应用传感网具有可快速部署、可自组织、隐蔽性强和高容错性的特点,因此它非常适合在军事领域应用.
传感网能实现对敌军兵力和装备的监控、战场实时监视、目标定位、战场评估、核攻击和生物化学攻击的监测和搜索等功能.
通过飞机或炮弹将传感器节点播撒到敌方阵地内部,或在公共隔离地带部署传感网,能非常隐蔽和近距离地准确收集战场信息,迅速地获取有利于作战的信息.
传感网由大量的、随机分布的传感器节点组成,即使一部分传感器节点被敌方破坏,剩下的节点依然能自组织地形成网络.
利用生物和化学传感器,可以准确探测生化武器的成分并及时提供信息,有利于正确防范和实施有效的打击.
传感网已成为军事系统必不可少的部分,并且受到各国军方的普遍重视.

2.
智能家居随着近年来科学技术的迅速发展和普及,人们的工作生活趋向智能化,智能家居已成为家庭信息化和智能化的一种表现.
智能家居是以住宅为平台,利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成起来,构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统,提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性,并实现环保节能的居住环境,如图2-2所示.

图2-2智能家居示意图嵌入家具和家电中的传感器与执行单元组成的无线网络与互联网连接在一起,能够为人们提供更加舒适、方便和更具人性化的智能家居环境.
用户可以方便地对家电进行远程监控,如在下班前遥控家里的电饭锅、微波炉、电话、录像机、计算机等家电,按照自己的意愿完成相应的煮饭、烧菜、查收电话留言、选择电视节目以及下载网络资料等工作.

在家居环境控制方面,将传感器节点放在家里不同的房间,可以对各个房间的环境温度进行局部控制.
此外,利用传感网还可以监测幼儿的早期教育环境,跟踪儿童的活动范围,让研究人员、父母或老师可以全面了解和指导儿童的学习过程.

传感网在智能家居方面的一个典型应用是海尔的U-home.
U-home是以U-home智能家电系统为载体,通过无线网络,实现3C产品、智能家居系统的互联和管理,以及数字媒体信息共享的系统.

3.
医疗卫生传感网在医疗卫生领域的应用较早,它具有低费用、简便、快速、实时无创地采集患者的各种生理参数等优点,在医疗研究、医院病房或者家庭日常监护等领域有很大的发展潜力,是目前研究的热点.
远程健康监测系统是传感网在医疗卫生领域中的一个典型应用.
该系统通过在患者家中部署传感网来覆盖患者的活动区域.
患者根据自己的病情状况和身体健康状况佩戴传感器节点,通过这些节点可以对自己的重要生理指标(如心率、呼吸、血压等)进行实时监测.
随后把节点获取的数据通过移动通信网络或互联网传送到为患者提供健康监测服务的医院,医院的远程监测系统对接收到的这些生理指标进行分析,以诊断患者的健康状况,并根据诊断结果采取治疗措施.
利用传感网长期收集被观察者的人体生理数据,对了解人体健康状况以及研究人体疾病都很有帮助,在实际应用中对慢性病和老年患者群体尤为重要.

美国韦恩州立大学发起了智能传感器和集成微系统(SmartSensorsandIntegratedMicrosystems,SSIM)项目.
在该项目中,100个微型传感器被植入病人的眼中,帮助盲人获得了一定程度的视觉.
科学家还创建了一个"智能医疗之家",在这里使用传感网络测量居住者的重要生命体征(如血压、脉搏和呼吸)、睡觉姿势以及每天24小时的活动状况,所搜集的数据被用于开展相应的医疗研究.

此外,传感网在医院药品管理、血液管理、医患人员的跟踪定位等方面也有其独特的应用.
4.
环境监测人们对环境的关注度日益提高,环境科学所涉及的范围越来越广泛,通过传统方式采集原始数据是一项困难的工作.
传感网为环境数据的获取提供了方便.
传感网可用于监视农作物灌溉情况、土壤空气情况、家畜和家禽的环境和迁移状况、无线土壤生态学、大面积的地表监测等,也可用于行星探测、气象和地理研究、洪水监测等,还可以通过跟踪鸟类、小型动物和昆虫进行种群复杂度的研究等.

美国国家生态观测网络(NationalEcologicalObservatoryNetwork,NEON)是一个研究从区域到大陆的重要环境问题的国家网络,是由美国国家科学基金会于2000年提出建立的.
NEON的目标是通过网络式的观测、试验、研究和综合分析,了解环境变化的原因,预测环境变化的趋势并提出相应对策.

NEON的研究人员将美国划分为20个不同的区域,每个区域代表一个特定的生态系统类型,以长期观测生物圈对土地利用和气候变化的响应以及土壤圈、水圈和大气圈的相互反馈机制.
在每个区域中都配备有三套传感器.
一套固定安装在核心位点进行至少30年的连续监测,核心位点的环境条件不受干扰而且可能维持下去.
其他两套可进行移动,在一个地方进行3~5年的观测后移动到其他地方,这些"浮动"的位点用于同区域内的比较.
不管是核心位点还是浮动位点,都有一座布满传感器的观测塔,这座塔比现有的植被冠层高10米.
在围绕这座塔方圆几十平方千米的区域内,研究者将更多的传感器布设于土壤和溪流中,测量温度、二氧化碳和营养水平,以及根生长速率和微生物活动.
为了配合这些地面测量,研究人员还将在每个核心站点进行一年一次的空中调查,观察诸如叶化学特征和森林冠层的健康问题,也可用于与卫星观测数据进行比较.
此外,NEON的研究人员还部署了一个特殊装备的飞机,其上配备了激光雷达、光谱仪和高分辨率的相机,用于评估自然灾害,如洪水、野火和害虫爆发的影响.

现在多数城市安装了空气质量监测装置,但一般架设在测量站点或已知的污染热点地段,数量不变,在广大的农村地区没有监测设施.
实际上,高污染地段会随时间变化,一般只能提供逐日平均空气质量状况.
由于空气污染时空分布的监测受到监测站点少而且固定、布点不合理、不能在线处理等的限制,近些年,人们不断尝试设计廉价的、无处不在的传感网,将它们用于大范围、实时、全面的城市环境监测.
此外,人们特别关注发展可移动的便携式空气质量监测与定位装置.
NEON的研究人员在2008年设计了一种空气污染监测系统,该系统可以固定于城市街道或架设到公交车上进行移动和定点空气质量集成测量.
该系统的一个重要组成部分是MoDisNet分层分布式监测网络.
在该网络中,移动式的监测仪器可以对原始采集数据做初步处理,然后利用无线通信方式发送到最近的路边定点监测节点,最后传回数据采集中心.

5.
精准农业精准农业(PrecisionAgriculture)是近年来国际上科学研究的热点领域.
它将现代化的高新技术带入农业生产中,使得农业生产更加自动化、智能化.
传感网对精准农业的实现提供了很好的技术支持,可以利用传感网来监控农作物的生长环境.
在农作物生长环境中部署少量的传感器节点,就可以采集足够的土壤温湿度、光照、二氧化碳浓度以及空气温湿度等信息,从而方便对农作物的管理,如图2-3所示.
这样不仅可以实现灾害预防,还能提前采取防护措施,大大提高农产品的产量和质量.

西北工业大学的国家科技支撑计划项目"西部优势农产品生产精准管理关键技术研究与示范"是传感网在精准农业中的一个典型应用.
该项目在温室、果园或中草药大田中部署传感器节点,通过传感器节点采集部署区域的大气温度、湿度、光照、二氧化碳(温室需要)以及土壤参数(土壤温度及水分)等环境信息,把采集信息通过传感网传送到服务器,由服务器对数据进行解析并存储.
决策支持系统(DSS)从数据库中读取数据,并对数据进行分析与处理,在必要情况下将一些生产指导信息如灌溉、病虫害管理以及灾害天气预警等通知所属区域农户.
此外,DSS还可以对连接到节点的灌溉系统和温室控制柜实施相关的控制.
而且,农业专家还可下载历史数据,对农作物生长模型进行分析与优化.

图2-3传感网精准农业的相关应用6.
其他方面1)在空间探索中的应用用航天器在外星体上撒播一些传感器节点,可以对该星球表面进行长期监测.
这种方式成本低,节点之间可以通信,也可以和地面站通信.
美国国家航空航天局下属的喷气推进实验室推进的SensorWebs项目就是为火星探测进行技术准备.
该系统已在佛罗里达宇航中心周围的环境监测项目中进行了测试和完善.
2)在特殊环境中的应用传感网适合应用在一些人不可达的特殊环境中.
石油管道通常要经过大片荒无人烟的地区,对管道进行监控一直是个难题.
利用传统的人力巡查来完成监控几乎是不可能的事情,而现有的监控产品往往复杂且昂贵.
将传感网布置在管道上可以实时监控管道情况,以便控制中心能够实时了解管道状况.

2.
6传感器网络与物联网的关系目前有不少人认为传感网就是物联网,这种认知会混淆传感网、物联网的概念.
传感网是由大量部署在作用区域内的、具有无线通信与计算能力的传感器节点组成,这些节点通过自组织方式构成传感网,其目的是协作感知、采集和处理网络覆盖地理区域中的感知对象信息并发布给观察者.

物联网(InternetofThings,IoT)的概念最早在1999年由美国麻省理工学院提出,早期的物联网是指依托射频识别(RadioFrequencyIdentification,RFID)技术和设备,按约定的通信协议与互联网相结合,使物品信息实现智能化识别和管理,实现物品信息互联而形成的网络.
随着技术和应用的发展,物联网内涵不断扩展.
国际电信联盟(InternationalTelecommunicationUnion,ITU)发布的ITU互联网报告对物联网做了如下定义:通过二维码识读设备、射频识别装置、红外感应器、全球定位系统和激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络.
根据ITU的定义,物联网主要解决物品与物品(ThingtoThing,T2T)、人与物品(HumantoThing,H2T)、人与人(HumantoHuman,H2H)之间的互联.
但是与传统互联网不同的是,H2T是指人利用通信装置与物品之间的连接,使得物品连接更加简化,而H2H是指人之间不依赖于个人计算机(PC)而进行的互联.
因为互联网没有考虑到任何物品之间的连接问题,所以使用物联网来解决这个传统意义上的问题.
我国工业和信息化部电信研究院2011年发布的物联网白皮书中对物联网作了如下定义:物联网是通信网和互联网的拓展应用和网络延伸,它利用感知技术与智能装置对物理世界进行感知识别,通过网络传输互联,进行计算、处理和知识挖掘,实现人与物、物与物之间的信息交互和无缝链接,达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策的目的.

从概念上看,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展.
传感网主要采用"传感器+无线通信"的方式,不包含互联网.
物联网的概念比传感网大一些,这主要是因为人感知物、标识物的手段,除了有传感网,还可以有二维码、RFID等.
比如,用二维码标识物品之后,可以形成物联网,但二维码并不在传感网的范畴之内.
传感网技术可以认为是物联网实现感知功能的关键技术.

从物联网的网络架构来看,物联网由感知层、网络层和应用层组成.
感知层包括二维码、RFID、全球定位系统(GPS)、摄像头、传感器、终端、传感网等,主要实现对物理世界的智能感知识别、信息采集处理,并通过通信模块将物理实体连接到网络层和应用层.
网络层主要实现信息的传递、路由和控制,包括延伸网、接入网和核心网,网络层可依托公众电信网和互联网,也可以依托行业专用通信网络.
应用层包括应用基础设施/中间件和各种物联网应用.
应用基础设施/中间件为物联网应用提供信息处理、计算等通用基础服务设施以及资源调用接口,以此为基础实现物联网在众多领域中的各种应用.

可见,在物联网的整个网络架构当中包含传感网,传感网主要用于信息采集和近距离的信息传递.
要真正实现物联网,做到物物相联,离不开传感网,但是不能把传感网看作物联网,因为它不是物联网的全部.

当前,传感网已经得到广泛应用,而物联网应用还处于起步阶段.
目前的物联网应用主要以RFID、传感器等应用项目体现,大部分是试验性或小规模部署的,处于探索和尝试阶段,覆盖国家或区域性的大规模应用较少.

本章小结传感器网络有无线传感器网络和基于射频识别的传感器网络.
大量的微型传感器节点构成的无线传感器网络,通过智能组网,形成一个自组织网络系统,接收信息并将处理后的信息传递给用户.
射频识别即通过无线电波进行识别.
射频识别具有非接触、自动识别、遵守使用无线电频率的众多规范、数字化等特性.

传感器网络主要有大规模、自组织、动态性、容错性和资源受限等特点.
传感网的关键技术包括路由协议、MAC协议、拓扑控制、定位、时间同步、数据管理等.
传感器网络的发展历程分为以下三个阶段:传感器→无线传感器→无线传感器网络(大量微型、低成本、低功耗的传感器节点组成的多跳无线网络).
传感器网应用于人类生活的各个领域.