王国利信息科学与技术学院中山大学
http://human-robot.sysu.edu.cn
Matlab计算与仿真技术第十七讲,无线传感器网络
http://human-robot.sysu.edu.cn/course
Matlab计算与仿真
信息处理实验室
无线传感器网络
- 背景与动机
- 技术与应用
学期总结第十七讲提纲
Matlab计算与仿真信息处理实验室
基本情况
－人才培养博士招生方向
－通信与信息系统无线传感器网络
－计算机应用技术智能信息处理硕士招生方向
－通信与信息系统无线网络与移动计算
－计算机应用技术智能信息处理
－模式识别与智能系统人机系统欢迎本科生同学到实验室学习和实践
Matlab计算与仿真信息处理实验室 (续 )
研究主题
－无线传感器网络算法：支持数据建模和数据扩散的路由策略设计软件：无线网络环境下的算法仿真和评估分析硬件：人体检测与定位的网络节点设计系统,PDA移动终端、无线传感器网络移动机器人的系统集成
Matlab计算与仿真信息处理实验室 (续 )
研究环境
－工作场地东校区实验中心 B#102
－实验环境无线传感器网络开发系统无线网络开发工具移动机器人系统嵌入式系统开发工具视觉 /力觉数据采集系统
Matlab计算与仿真无线传感器网络
科学技术与工程应用背景
- 微型制造技术的贡献
Micro-Electro-Mechanical-Systems (MEMS)
~ 1mm
~ 1mm
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
- 微型制造技术的贡献
~ 1mm
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
- 微型制造技术的贡献
~ 5 mm
Sensor uses electrochemical and photonic properties
to perform bioanalysis
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
－微型制造技术的贡献
MEMS Filters,Qs of 98,000 in vacuum,very small
Conventional LC Filters - Qs of
100-200,significant board space
(RF MEMS)
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
－微型制造技术的贡献 (Transceiver)
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
－无线网络技术的贡献
Boston central telephone station at 40 Pearl Street after
the blizzard of 1881
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
－无线网络技术的贡献
TI REGENCY
TR-1,1955,
$450 (today)
1st Transistor,
1947 Sony TR-610,1958
Integrated Circuit,19631st Integrated Circuit,~1958 Today ~$5
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
－无线网络技术的贡献
Size reduction of cellular telephones
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
WAN
LAN
PAN
Low Data Rate High Data Rate
Text Graphics Internet
Hi-Fi
audio
Streaming
video
Digital
video
Multi-channel
video
From Wireless Sensor Networks by Feng Zhao and Leo Gubias,2004.
MAN
<1 m
10 m
100 m
Bluetooth2
Up to 3 Mbps
Up to
50 km
802.11a
Up to 54 Mbps
802.11g
Up to 54 Mbps
802.11b
Up to 11 Mbps
RFID
WiMax/802.16
Up to 75 Mbps
2G
GSM/CDMA
Up to 64 kbps
3/3.5G
UMTS/CDMA2000/TD-SCMA
(384 kbps to over 3 Mbps)
LMDS
Up to 38
Mbps
4G
Up to 4
MB/sec
Sub-GHz
ISM
<100 kbps
802.15.4
Zigbee
250 kbps
Bluetooth1
Up to 723 kbps
Ubiquitous Sensor
Networks
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
－计算技术的贡献
Lo
g (
pe
op
le
pe
r
co
mp
ut
er) Number Crunching
Data Storage
Productivity
Interactive
Mainframe
Minicomputer
Workstation
PC
Laptop
PDA
Cellular phone
Year Streaming Data to/from the Physical World
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
-计算技术的贡献
0.5 oz,2.25 x 1.25 x 0.25 inch25 lb,19.5 x 5.5 x 16 inch
~14 mW~ 64 W
~ $35~ $6K (today)
512 KB Flash160 KB Floppies
128 KB RAM16-256 KB RAM
4 MHz4.77 MHz
MICAZ Mote (2005)Original IBM PC (1981)
Matlab计算与仿真无线传感器网络传感器技术,
微型化、低成本、低能耗无线通信技术,
普遍化、低成本、低功耗计算技术,
网络化、普适化
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
制造工艺微型化网络普遍化普适计算嵌入系统分布计算无线传感器网络我的家谱 -技术进化
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
技术概述
Interface
electronics,radio
and microcontroller
Soil moisture
probe Mote
Antenna
Gateway
Server
Internet
Communications
barrier
Sensor field
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
技术概述
Gateway
Server
Internet
Sensor fieldWate sh d
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
2003年，美国,技术评论,杂志论述未来新兴十大技术时，无线传感器网络被列为 第一项 未来新兴技术。
同年，美国,商业周刊,未来技术专版，论述 四大新技术 时，无线传感器网络也列入其中。
美国,今日防务,杂志更认为无线传感器网络的应用和发展，将引起一场 划时代 的军事技术革命和未来战争的变革。
2004年,IEEE Spectrum,杂志发表一期专集,传感器的国度,,论述无线传感器网络的发展和广泛应用。
重要科学与工程意义
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
技术概述与应用（硬件）
节点 (mote)
无线通信系统
嵌入式计算系统
存储器
无线发射与接收器
数据处理
传感器 (Sensor boards)
数据获取系统
光感
稳感
声感
湿度
加速度
压力
化学
GPS
…
MICA2 MICA2DOT
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
技术概述与应用－硬件
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
=
Sensors (examples):
Gas sensors
Wind sensors
Humidity and
temperature
Mote:
Microcontroller with
sensor application and
mesh networking
software
Low power RF
transceiver
Battery/solar
rechargedSensor Node
Base Station
Gateway:
Bridges the sensor
network to another
network or platform.
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
技术概述与应用－应用
－开采作业
－建筑施工
－危险环境
－农业生产非信息技术领域的应用需求
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
技术概述与应用－应用布线的时间和成本每英寸 $40 到 $2000
时间,20% to 80%
A s s u m p t i o n s T r a d i t i o n a l S e n s o r N e t w o r k s
S e n so r C o st $ 2,0 0 0 $350
D a t a A cq u i si t i o n C o st $65 $0
W i r i n g C o st $75 $15
C o st P e r S e n so r $ 2,1 4 0 $365
N u m C h a n n e l s 65 65
T o t a l C o s t $ 1 3 9,1 0 0 $ 2 3,7 2 5
Illustrates benefit of
MEMS + Wireless
MEMS,Micro-Electro-Mechanical Systems
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
技术概述与应用－应用物流系统中质量保证实时跟踪
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
技术概述与应用－应用大型复杂系统的监控
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
技术概述与应用－示例
70% of H2O cycle is through trees,not ground
Complex interactions of tree growth and
environment
Need to understand dynamic processes within
the trees
Berkeley/SF
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
技术概述与应用－示例
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
技术概述与应用－示例
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
技术概述与应用－示例
T e m p e r a t u r e v s,T i m e
8
13
18
23
28
33
7 / 7 / 0 3
9,4 0
7 / 7 / 0 3
1 3,4 1
7 / 7 / 0 3
1 7,4 3
7 / 7 / 0 3
2 1,4 5
8 / 7 / 0 3
1,4 7
8 / 7 / 0 3
5,4 9
8 / 7 / 0 3
9,5 1
8 / 7 / 0 3
1 3,5 3
8 / 7 / 0 3
1 7,5 5
8 / 7 / 0 3
2 1,5 7
9 / 7 / 0 3
1,5 9
9 / 7 / 0 3
6,0 1
9 / 7 / 0 3
1 0,0 3
D a t e
T
e
m
p
e
r
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C)
H u m i d i ty v s,T i m e
35
45
55
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u
mi
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it
y
(
%
)
101 104 109 110 111
Top
Matlab计算与仿真学期总结
结业考试要求
－ Matlab编程,程序阅读与理解目的：逆向考核程序设计掌握的情况形式 1：确定执行程序的结果形式 2：找出错误语句并修正
－ Simulink仿真,完善模块化编程目的：考核模块化编程的基本概念形式：对给定的模块正确布线
Matlab计算与仿真谢谢合作！
祝大家学业有成！
（考试提醒,2008年 06月 25日下午 2:30/C305）
结束语
http://human-robot.sysu.edu.cn
Matlab计算与仿真技术第十七讲,无线传感器网络
http://human-robot.sysu.edu.cn/course
Matlab计算与仿真
信息处理实验室
无线传感器网络
- 背景与动机
- 技术与应用
学期总结第十七讲提纲
Matlab计算与仿真信息处理实验室
基本情况
－人才培养博士招生方向
－通信与信息系统无线传感器网络
－计算机应用技术智能信息处理硕士招生方向
－通信与信息系统无线网络与移动计算
－计算机应用技术智能信息处理
－模式识别与智能系统人机系统欢迎本科生同学到实验室学习和实践
Matlab计算与仿真信息处理实验室 (续 )
研究主题
－无线传感器网络算法：支持数据建模和数据扩散的路由策略设计软件：无线网络环境下的算法仿真和评估分析硬件：人体检测与定位的网络节点设计系统,PDA移动终端、无线传感器网络移动机器人的系统集成
Matlab计算与仿真信息处理实验室 (续 )
研究环境
－工作场地东校区实验中心 B#102
－实验环境无线传感器网络开发系统无线网络开发工具移动机器人系统嵌入式系统开发工具视觉 /力觉数据采集系统
Matlab计算与仿真无线传感器网络
科学技术与工程应用背景
- 微型制造技术的贡献
Micro-Electro-Mechanical-Systems (MEMS)
~ 1mm
~ 1mm
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
- 微型制造技术的贡献
~ 1mm
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
- 微型制造技术的贡献
~ 5 mm
Sensor uses electrochemical and photonic properties
to perform bioanalysis
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
－微型制造技术的贡献
MEMS Filters,Qs of 98,000 in vacuum,very small
Conventional LC Filters - Qs of
100-200,significant board space
(RF MEMS)
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
－微型制造技术的贡献 (Transceiver)
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
－无线网络技术的贡献
Boston central telephone station at 40 Pearl Street after
the blizzard of 1881
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
－无线网络技术的贡献
TI REGENCY
TR-1,1955,
$450 (today)
1st Transistor,
1947 Sony TR-610,1958
Integrated Circuit,19631st Integrated Circuit,~1958 Today ~$5
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
－无线网络技术的贡献
Size reduction of cellular telephones
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
WAN
LAN
PAN
Low Data Rate High Data Rate
Text Graphics Internet
Hi-Fi
audio
Streaming
video
Digital
video
Multi-channel
video
From Wireless Sensor Networks by Feng Zhao and Leo Gubias,2004.
MAN
<1 m
10 m
100 m
Bluetooth2
Up to 3 Mbps
Up to
50 km
802.11a
Up to 54 Mbps
802.11g
Up to 54 Mbps
802.11b
Up to 11 Mbps
RFID
WiMax/802.16
Up to 75 Mbps
2G
GSM/CDMA
Up to 64 kbps
3/3.5G
UMTS/CDMA2000/TD-SCMA
(384 kbps to over 3 Mbps)
LMDS
Up to 38
Mbps
4G
Up to 4
MB/sec
Sub-GHz
ISM
<100 kbps
802.15.4
Zigbee
250 kbps
Bluetooth1
Up to 723 kbps
Ubiquitous Sensor
Networks
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
－计算技术的贡献
Lo
g (
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er) Number Crunching
Data Storage
Productivity
Interactive
Mainframe
Minicomputer
Workstation
PC
Laptop
PDA
Cellular phone
Year Streaming Data to/from the Physical World
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
-计算技术的贡献
0.5 oz,2.25 x 1.25 x 0.25 inch25 lb,19.5 x 5.5 x 16 inch
~14 mW~ 64 W
~ $35~ $6K (today)
512 KB Flash160 KB Floppies
128 KB RAM16-256 KB RAM
4 MHz4.77 MHz
MICAZ Mote (2005)Original IBM PC (1981)
Matlab计算与仿真无线传感器网络传感器技术,
微型化、低成本、低能耗无线通信技术,
普遍化、低成本、低功耗计算技术,
网络化、普适化
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
制造工艺微型化网络普遍化普适计算嵌入系统分布计算无线传感器网络我的家谱 -技术进化
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
技术概述
Interface
electronics,radio
and microcontroller
Soil moisture
probe Mote
Antenna
Gateway
Server
Internet
Communications
barrier
Sensor field
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
技术概述
Gateway
Server
Internet
Sensor fieldWate sh d
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
2003年，美国,技术评论,杂志论述未来新兴十大技术时，无线传感器网络被列为 第一项 未来新兴技术。
同年，美国,商业周刊,未来技术专版，论述 四大新技术 时，无线传感器网络也列入其中。
美国,今日防务,杂志更认为无线传感器网络的应用和发展，将引起一场 划时代 的军事技术革命和未来战争的变革。
2004年,IEEE Spectrum,杂志发表一期专集,传感器的国度,,论述无线传感器网络的发展和广泛应用。
重要科学与工程意义
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
技术概述与应用（硬件）
节点 (mote)
无线通信系统
嵌入式计算系统
存储器
无线发射与接收器
数据处理
传感器 (Sensor boards)
数据获取系统
光感
稳感
声感
湿度
加速度
压力
化学
GPS
…
MICA2 MICA2DOT
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
技术概述与应用－硬件
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
=
Sensors (examples):
Gas sensors
Wind sensors
Humidity and
temperature
Mote:
Microcontroller with
sensor application and
mesh networking
software
Low power RF
transceiver
Battery/solar
rechargedSensor Node
Base Station
Gateway:
Bridges the sensor
network to another
network or platform.
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
技术概述与应用－应用
－开采作业
－建筑施工
－危险环境
－农业生产非信息技术领域的应用需求
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
技术概述与应用－应用布线的时间和成本每英寸 $40 到 $2000
时间,20% to 80%
A s s u m p t i o n s T r a d i t i o n a l S e n s o r N e t w o r k s
S e n so r C o st $ 2,0 0 0 $350
D a t a A cq u i si t i o n C o st $65 $0
W i r i n g C o st $75 $15
C o st P e r S e n so r $ 2,1 4 0 $365
N u m C h a n n e l s 65 65
T o t a l C o s t $ 1 3 9,1 0 0 $ 2 3,7 2 5
Illustrates benefit of
MEMS + Wireless
MEMS,Micro-Electro-Mechanical Systems
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
技术概述与应用－应用物流系统中质量保证实时跟踪
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
技术概述与应用－应用大型复杂系统的监控
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
技术概述与应用－示例
70% of H2O cycle is through trees,not ground
Complex interactions of tree growth and
environment
Need to understand dynamic processes within
the trees
Berkeley/SF
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
技术概述与应用－示例
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
技术概述与应用－示例
Matlab计算与仿真无线传感器网络 (续 )
技术概述与应用－示例
T e m p e r a t u r e v s,T i m e
8
13
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7 / 7 / 0 3
9,4 0
7 / 7 / 0 3
1 3,4 1
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1 7,4 3
7 / 7 / 0 3
2 1,4 5
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C)
H u m i d i ty v s,T i m e
35
45
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Top
Matlab计算与仿真学期总结
结业考试要求
－ Matlab编程,程序阅读与理解目的：逆向考核程序设计掌握的情况形式 1：确定执行程序的结果形式 2：找出错误语句并修正
－ Simulink仿真,完善模块化编程目的：考核模块化编程的基本概念形式：对给定的模块正确布线
Matlab计算与仿真谢谢合作！
祝大家学业有成！
（考试提醒,2008年 06月 25日下午 2:30/C305）
结束语
