无线传感器

无线传感器基于Mica2的磁阻传感器的网络组长闫忠龙主讲闫忠龙PPT制作：闫忠龙资料收集张科赵东旭电路制作张波张君禹主要内容节点结构通信协议定位技术安全技术跟踪系统未来展望网络结构无线传感器网络汇聚节点(网关或基站)网络结构Internet/移动卫星通信网等监控/管理中心传感器节点无线传感器网络汇聚节点(网关或基站)节点结构——Mica系列Mica系列节点是加州大学伯克利分校研制的用于传感器网络研究的演示平台试验节点。Mica系列节点主要包括WeC、Renee、Mica、Mica2、Mica2dot和Spec。其中Mica2已由Crossbow公司包装生产。Mica2Spec节点结构传感器节点结构节点结构节点结构——微处理器Mica2使用的处理器是Atmel公司的Atmega128L，该处理器有比较丰富的内部资源和外部接口。Atmega128L节点结构——微处理器睡眠模式状态描述和唤醒条件空闲模式关闭CPU和Flash的时钟，所有内部和外部中断都可以唤醒处理器ADC减噪模式关闭CPU、Flash和IO时钟。同时对ADC进行降噪的处理使之采样更加准确；允许跟中中断唤醒处理器掉电模式这个模式停止所有的时钟模块，只允许不需要时钟的异步模块工作；CPU停止省电模式省电模式和掉电模式基本一样，只是定时器0可以工作在异步方式。系统在风声定时器0中断时会被唤醒待机处理内部振荡器工作以外，其他和掉电模式相同扩展模式除了内部振荡器工作以外，其他和省电模式相同Atmega128L芯片的6种睡眠模式节点结构——微处理器节点结构——无线传输模块Mica2节点的通信接口使用的是Chipcon公司的CC1000芯片。CC1000是一种理想的超高频单片收发IC，它专用于低功率和低电压类无线电产品。CC1000节点结构——无线传输模块参数最小值典型值最大值条件/说明供电电源2.3V3V3.6V建议工作电压RF频率范围300MHZ433/868MHZ1000MHZ支持跳频工作温度-40℃85℃传输距离500m1000m接收灵敏度-94dB-110dB低电流模式还要低3dB节点结构——无线传输模块节点结构——无线传输模块接收发送电路的匹配电路节点结构——无线传输模块压控振荡器电感将发送信号耦合到天线上简易滤波器节点结构——无线模块复位初始化进入待机模式准备工作工作方式？打开接受模式接收并存储关闭接受模式进入待机模式打开发送模式设置功率并发送关闭发送模式进入待机模式接收发送节点结构——传感器模块磁性传感器的探测器为磁性探头，当磁性探头工作时，能连续发出无线电信号，并在其周围形成一个静磁场，当铁磁物体进入这个磁场时，就会干扰原来的磁场，引起磁力计指针偏转，产生一个电信号，进而实现检测。节点结构——传感器模块Honeywell公司生产的HMC系列微型磁阻传感器是磁性传感器的典型产品。是磁阻系列传感器中灵敏度最高、对微型金属目标探测距离最远的一类传感器。HMC1002节点结构——传感器模块特性条件最小值典型值最大值单位电桥电源512V电桥电阻电桥电流=10mA6008501200欧姆工作温度-40125℃磁场范围满量程-2+2高斯灵敏度2.53.24.0mV/V/高斯重量0.53gHMC1002技术规格节点结构——传感器模块磁性传感器电路模块图节点结构——传感器模块磁性传感器电路模块图放大器可变电阻调节芯片节点结构——电源模块Mica有电池和外部变压器两种供电方式。独立工作时使用电池，在实验室内调试和测试通过编程调试板供电工作。节点供电原理图节点结构——电源模块Mica2作为供电的传感器节点，必须要时刻了解电池能量储存情况，并根据自己要完成的任务和自身能量储存状况调整自己的工作状态和通信策略。标准电压模数转化器稳压二极管内部电压节点结构——能量消耗节点结构——能量消耗1.5,4%1.5,4%39,92%通信模块处理器传感器14,35%12,31%12,31%1,3%发送接收空闲睡眠节点能量消耗图通信模块各状态能量消耗节点工作流程开始采集数据是否有突发事件？进入休眠状态，定时，开中断向上级节点发送数据定时到？是否否是应用实例目标的地磁扰动标准模式波形数据应用实例目标信号与标准样本的比较实例通信协议一、路由协议二、MAC协议三、拓扑控制四、相关标准通信协议——协议栈应用层传输层网络层数据链路层物理层上层应用传输控制路由数据链路物理网络管理能量/安全/移动拓扑能量管理平台移动管理平台任务管理平台时间同步定位QoS通信协议——路由协议一、寻找源节点和目的节点间的优化路径二、将数据分组沿着优化路径正确转发通信协议——MAC协议MAC协议决定无线信道方式，在传感器节点之间分配有限的无线通信资源，用来构建传感器网络的底层基础结构。通信协议——拓扑控制拓扑控制意义1、影响整个网络生存时间2、减小节点间通信干扰，提高网络通信效率3、为路由协议提供基础通信协议——相关标准IEEE1451.XIEEE802.15.4ZigBee蓝牙UWB定位技术三边测量法三角测量法极大似然估计法安全技术网络层次攻击方法防御手段物理层拥塞攻击宽频(跳频)物理破坏节点伪装和隐藏链路层碰撞攻击纠错码、重传耗尽攻击设置竞争门限非公平竞争使用短帧策略网络层汇聚节点攻击使用加密机制方向误导攻击出口过滤黑洞攻击认证、监视传输层洪泛攻击客户端谜题失步攻击认证跟踪系统侦测阶段定位阶段通告阶段跟踪系统点目标跟踪1、双元检测协作跟踪2、信息驱动协作跟踪3、传送树跟踪面目标跟踪未来发展机遇展望《中国物联网白皮书之一——无线传感器网络的机遇与挑战》中数据显示，作为物联网现阶段发展核心的无线传感器网络产业，其市场规模将在未来两年内增长15倍，达到40亿元。组长闫忠龙主讲闫忠龙资料收集张科赵东旭电路制作张波张君禹