无线传感器网络数据融合关键技术研究

无线传感器网络数据融合关键技术研究

摘要：路由协议与数据融合技术已成为无线传感器网络（WSN）的一个重要研究方面。本文按照面向应用和面向层次两个分类进行了介绍，并通过联系以数据为中心的路由协议以及相关的数据融合算法，简要分析了其在节省功耗，优化网络性能方面所采取的有效措施。通过仿真实验，推断出以数据为中心的路由协议对网络内数据融合的帮助意义。

关键词：无线传感器网络；路由协议；数据融合；NS2

1 引言

无线传感器网络（wireless sensor network，WSN）就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作的感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者[1]。

路由协议和数据融合已成为无线传感器网络的关键技术。本文首先对现有的几种路由协议和数据融合算法进行介绍，然后通过仿真来验证以数据为中心的路由协议在性能上的优势，以及对数据融合的促进意义。

2 无线传感器网络路由协议

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，它主要包括两个方面的功能：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。

2.2面向应用的路由协议

面向应用的路由协议是众多路由协议中较为常见的一种。所谓面向应用，即是与应用模式紧密相连的路由协议。从具体应用角度出发，根据不同应用对传感器网络各种特性的敏感性不同，将路由协议分为四种类型[2]：1）能量感知路由协议；

2）基于查询的路由协议；

3）地理位置路由协议；

4）可靠的路由协议。

能量路由是最早提出的传感器网络路由机制之一，它根据节点的可用能量（power available，PA）或传输路径上的能量需求，选择数据的转发路径。节点可用能量就是节点当前的剩余能量。

基于查询的路由协议包括定向扩散路由和谣传路由。定向扩散是专门为传感器网络设计的路由策略，是以数据为中心的典型路由协议代表，与己有的路由算法有着截然不同的实现机制。谣传路由引入了查询消息的单波随机转发的机制，克服了使用洪泛方式建立转发路径带来的开销过大的问题。

地理位置路由包括GEAR路由和GEM路由。GEAR（geographical and energy aware routing）路由假设已知事件区域的位置信息，每个节点知道自己的位置信息和剩余能量信息，并且通过一个简单的Hello消息交换机制了解所有邻居节点的位置信息和剩余能量信息。GEM（graph embedding）路由是一种适合于数据中心存储方式的地理路由。其基本思想是建立一个虚拟极坐标系统（virtual polar coordinate system ，VPCS），用来表示实际的网络拓扑结构。网络中的节点形成一个以汇聚节点为根的带环树（ringed tree），每个节点用到树根的跳数距离和角度范围来表示，节点间的数据路由通过这个带环树实现。

2.3面向层次的路由协议

针对无线传感器网络中节点所处的地位，以及网络的拓扑结构，还可以将无线传感器网络的路由协议分为平面结构和分层结构。

平面路由协议包括定向扩散路由协议、谣传路由协议、SPIN路由协议（基于能量感知的路由协议）、HREEMR路由协议（基于多路径的路由协议）、SPEED 路由协议、GEM路由协议、边界定位路由协议、有序分配路由协议等。前面介绍的四类面向应用的路由协议大都属于平面的路由协议。

分层路由协议包括：LEACH路由协议、TEEN路由协议、GAF路由协议、GEAR 路由协议、SPAN路由协议、SOP路由协议、MECN协议、EARSN路由协议等。这里，我们重点介绍两个相似的路由协议：LEACH和TEEN协议。

3 数据融合技术

所谓数据融合，是将来自多个传感器和信息源的数据信息加以联合、相关和组合，剔除冗余信息，获得互补信息，以便能够较精确地估计出节点的位置和在网络中的地位，以及对现场情况及其传送数据的重要程度进行适时的完整的评价[3]。

对于无线传感器网络系统来说，信息具有多样性和复杂性，因此对数据融合方法的基本要求是具有鲁棒性和并行处理能力。由于来自各种不同传感器的数据信息可能具有不同的特征，于是相应地出现了多种不同的数据融合方法。常用的数据融合算法如图3.1所示[2]：

图3.1 检测分类算法分类

1、贝叶斯推理技术：它解决了经典推理方法的某些困难，贝叶斯推理在给定一个预先似然估计和附加证据（观测）的条件下，能更新一个假设的似然函数。

2、Dempster-Shafer证据区间理论：D-S证据理论是一种不精确推理理论，是贝叶斯推理的扩展，但贝叶斯方法必须给出先验概率，而证据理论则能够处理这种由不知道引起的不确定性。

3、自适应人工神经网络：人工神经网络模型或自适应神经系统是一个仿效生物神经系统信息处理的系统。一个神经网络包括以各种方式连接的处理单元(或节点)的层。神经网对输入的数据矢量进行非线性的变换，一次完成聚类分析技术所进行的从数据到属性的分类。

4、专家系统：是一组计算机程序，它试图模拟专家对专业进行决策和推理的能力。

5、模糊集合理论：应用广义的集合论以确定指定集合所具有的隶属关系，模糊集合是这样的一个集合，其隶属关系不是一个布尔判定元素。模

6、粗糙集理论：是一种新的分析和处理不精确、不一致、不完整信息和知识的数学工具，针对知识库，提出了不精确范畴等概念。

4 以数据为中心的路由协议模拟实现

4.1实验设计与模拟结果分析

4.1.1移动网络模型和参数设计

本文实验的网络模拟软件工具采用NS2，并针对节点随机分布的无线传感器网络，本文参照国际上发表的相关文献的实验场景的设置[4,5]，综合关于无线传感器网络的国内外文献实验场景[6,7]，采用了最为常见的实验场景配置。在本文中，设置若干无线传感器节点随机散落在160m*160m的正方形区域内。每一个节点的无线传输距离是40m。采用1.6Mb/s速率的802.11协议。设置节点的能量模型为：发送数据包的功率耗损为660mW；接收数据包的功率损耗为396mW；空闲期间的功率损耗为35mW。在给定的无线传感器域中具有若干个源节点和汇聚节点，并且它们都是随机的从整个传感器域中的所有传感器节点中选取的。每个源节点每秒钟产生两个数据包，其数据包的大小设定为64字节。周期性的每5秒产生一个兴趣，并且兴趣的持续时间被设定为15秒，而兴趣的大小则被设定为32字节。假设本文中的实验在没有网络拥塞的理想情况下进行。

4.1.2能量消耗方面的研究

本实验重点针对路由协议的能量消耗方面。因此，本章将在改变各个参数（包括网络节点数目、源节点数目、汇聚节点数目、网络规模）的情况下，分别对洪泛和定向扩散协议进行四个模拟实验，其中具体实验场景配置如表4.1所示。在这四个模拟实验中，都是以平均消耗能量这个性能参数作为性能评价的技术指标。在这里，平均消耗能量这个性能参数衡量的是无线传感器网络中每一个节点在传输单位数据包时所消耗的能量，同时也是衡量整个传感器网络中节点的生存时间长短的参数。

在上述四个实验中，模拟时间都设定为1000秒。在每次模拟结束后，就得到了对应模拟过程的trace文件。通过所编写的合适的awk程序，对各个trace文件中的数据进行抽取、统计、计算和分析。

实验一和实验二的变化曲线如图4.1所示。实验数据显示，无论是小规模网络中还是中大规模网络中，定向扩散协议表现出的平均消耗能量要比洪泛小得多。并且随着节点数量的增加，定向扩散协议的能量节省效果更加明显，从而会有效地延长网络的生存时间。

图4.1 平均消耗能量随网络节点数的变化

实验三的模拟实验如图4.2所示。图4.2描述了洪泛和定向扩散协议下，汇聚节点数目的增加分别对网络的平均消耗能量的影响。从图中可以看到，随着汇聚节点的增加，定向扩散协议的优势更加明显。

图4.2 平均消耗能量随汇聚节点的变化

实验四的模拟实验结果如图4.3所示。图中可以清楚地看到，在洪泛和定向扩散协议下，源节点数目的增加分别对其网络的平均消耗能量的影响。实验结果表明，在小规模的网络条件下，随着源节点的增加，定向扩散协议的优势要明显得多。

图4.3 平均消耗能量随源节点数的变化

上述四个模拟实验结果说明在本文中所实现的模拟工作基本上实现了定向扩散协议的设计理念。同时也证明了在能量消耗方面定向扩散协议要比洪泛更有优势，从而会增加整个网络的生存时间。

4.1.3时间延迟方面的研究

为了研究节点随机分布的情况下网络的平均时间延迟，在此对洪泛、定向扩散协议设计了实验五的模拟实验。这里平均延迟时间衡量的是从源节点

到汇聚节点传输数据包时所需要的平均等待时间，同时也反映了网络路由的时间准确性。

在实验五中，设定有5个源节点和5个汇聚节点，传感器网络中节点的数目从20个到50个，每次增加5个节点，模拟时间为1000秒，其模拟结果如图4.4所示：

图4.4 平均时间延迟随网络节点数的变化

图4.4反映了小规模网络条件下，不同数目网络节点下平均时间延迟的变化情况。实验五的模拟结果表明在时间的延迟方面，洪泛的平均时间延迟要远远高于定向扩散协议。

4.2实验结果分析

通过本章的模拟实验，我们可以看到在能量消耗方面，随着网络节点数据的增加，定向扩散协议的能量节省的效果更加明显，从而会增加整个网络的生存时间。但是与洪泛协议相比较，随着网络规模的增大，定向扩散协议能量节省的效果稍稍下降。在时间延迟方面，在小规模的网络的条件下，洪泛的平均时间延迟要远远高于定向扩散协议，而定向扩散协议在能量消耗方面和时间延迟方面具有一定的优势，故可以说在优先能量下定向扩散是一种较为理想的路由模式。归纳起来，定向扩散协议的优点有以下五个方面：采用多路径，健壮性好；使用数据聚合能减少数据通信量，为数据融合减小了数据上的压力；使用查询驱动机制按需建立路由，避免了保存全网信息；具有很好的可扩展特性；在一个使用定向扩散的无线传感器网络中，所有的节点都是以应用驱动的，这就使得扩散能够通过选择经验上好的路径和通过缓

存和处理网络中的数据（比如数据融合，data aggregation）来达到能量节省。同时实验结果也证明了定向扩散协议是有缺点的，其缺点是：不适合环境监测等应用；梯度的建立开销很大，不适合多汇聚节点的无线传感器网络；数据聚合过程采用时间同步技术，会带来较大开销和时延。

另外，在模拟实验的过程中，我们发现无论是在小规模网络中还是中大规模的网络中，随着模拟时间的增加，定向扩散协议在能量消耗方面的时间延迟方面的性能效果都是呈下降趋势的。这个发现对将来的研究工作具有一定的意义。

无线传感器网络的应用研究

1武警部队监控平台架构介绍与设计 1.1监控系统的系统结构 基站监控系统的结构组成如上图所示，主要由三个大的部分构成，分别是监控中心、监控站点、监控单元。整个系统从资金、功能以及方便维护性出发，我们采用了干点加节点方式的监控方法。 监控中心（SC）：SC的定义是指整个系统的中心枢纽点，控制整个分监控站，主要的功能是起管理作用和数据处理作用。一般只在市级包括（地、州）设置相应的监控中心，位置一般在武警部队的交换中心机房内或者指挥中心大楼内。 区域监控中心（SS）：又称分点监控站，主要是分散在各个更低等级的区县，主要功能是监控自己所负责辖区的所有基站。对于固话网络，区域监控中心的管辖范围为一个县/区；移动通信网络由于其组网不同于固话本地网，则相对弱化了这一级。区域监控中心SS的机房内的设备配置与SC的差不多，但是不同的是功能不同以及SS的等级低于SC,SS的功能主要是维护设备和监控。 监控单元（SU）：是整个监控系统中等级最低的单元了，它的功能就是监控并且起供电，传输等等作用，主要由SM和其他供电设备由若干监控模块、辅助设备构成。SU侧集成有无线传感网络微设备，比如定位设备或者光感，温感设备等等。 监控模块（SM）：SM是监控单元的组成部分之一，主要作用监控信息的采集功能以及传输，提供相应的通信接口，完成相关信息的上传于接收。

2监控系统的分级管理结构及监控中心功能 基站监控系统的组网分级如果从管理上来看，主要采用两级结构：CSC集中监控中心和现场监控单元。CSC主要设置在运营商的枢纽大楼，主要功能为数据处理，管理远程监控单元，对告警信息进行分类统计，可实现告警查询和存储的功能。一般管理员可以在CSC实现中心调度的功能，并将告警信息进行分发。而FSU一般针对具体的某一个基站，具体作用于如何采集数据参数并进行传输。CSC集中监控中心的需要对FSU采集的数据参数进行报表统计和分析，自动生产图表并为我们的客户提供直观，方便的可视化操作，为维护工作提供依据，维护管理者可以根据大量的分析数据和报表进行快速反应，以最快的速度发现网络的故障点和优先处理点，将人力资源使用在刀刃上。监控中心CSC系统的功能中，还有维护管理类，具体描述如下： 1）实时报警功能 该系统的报警功能是指发现机房里的各种故障后，通过声音，短信，主界面显示的方式及时的上报给操作者。当机房内的动力环境，空调，烟感，人体红外等等发生变量后，这些数据通过基站监控终端上传到BTS再到BSC。最后由数据库进行分类整理后存储到SQLSEVRER2000中。下面介绍主要的几种报警方式： 2)声音报警 基站发生告警后，系统采集后，会用声卡对不一样的告警类别发出对应的语音提示。比如：声音的设置有几种，主要是以鸣叫的长短来区分的。为便于引起现场维护人员的重视紧急告警可设置为长鸣，不重要的告警故障设置为短鸣。这样一来可以用声音区分故障的等级，比方某地市的中心交换机房内相关告警声音设置，它的开关电源柜当平均电流达到40AH的时候，提示声音设置为长鸣，并立即发生短信告警工单。如果在夜晚机房无人值守的情况下：

无线传感网络在军事领域的应用

传感网络结课报告 论文题目：无线传感器网络在军事领域的应用分析学院：光电信息与计算机工程学院 专业：光电信息工程 班级：光电三班 学号： 学生姓名： 指导教师： 年月日

摘要 ........................................................................................................................................................ I I 第一章绪论 . (1) 1.1背景及国际形势 (1) 1.2无线传感器网络的发展现状 (1) 1.3本文的组织结构 (2) 第二章无线传感器网络简介 (3) 2.1体系结构 (3) 2.1.1 节点组成 (3) 2.1.2 网络体系结构 (3) 2.2路由协议 (4) 2.2.1平面路由协议 (4) 2.2.2层次路由协议 (6) 第三章特点及应用优势 (7) 3.1无线传感器网络特点 (7) 3.1.1无线传感器网络的主要特点 (7) 3.1.2与其他网络相比主要区别 (7) 3.2应用优势 (8) 3.2.1潜在优势 (8) 3.2.2与导弹雷达相比潜在优势 (8) 第四章在军事领域的应用 (9) 4.1战场侦察与监视 (9) 4.2战场态势感知 (10) 4.3核、生、化监测 (10) 4.4装备、弹药、后勤物资管理 (10) 4.5智能尘埃 (10) 第五章结束语 (12) 第六章调研照片 (12) 第七章参考文献 (13)

无线传感器网络在军事领域的应用 摘要 无线传感器网络是新兴网络,它采用无线通信技术,由微小的传感器组成,无线传感器网络节点具备感应能力、信息处理能力和无线通信能力,使无线传感器网络有广阔的应用前景,可广泛用于军事、环境、医疗保健、空间探索及各种商业应用。文中对无线传感网络的构建，路由协议以及定位算法做了简介，着重讲了它在军事领域的重要地位，以及当下的主要应用研究方向。 关键词：WSN，体系结构，军事应用 Abstract Wireless Sensor Network is a burgeoning network,which is composed of tiny sensors with wireless communication technology. Node of WSN have influence, information handing and wireless communication abilities, making WSN have wide application foreground, including military,environment, medical treatment, space imploring and various business applications. In this paper, i first provide a brief introduction to the construction of WSN, routing protocol and the Relocation Arithmetic, and then focus on its important position in the military field, main application and research direction now. Keyword: WSN, Construction, Application in the military field.

无线传感器网络研究报告现状及发展

无线传感器网络的研究现状及发展 默认分类 2008-06-12 18:19:20 阅读910 评论0 字号：大中小 摘要：无线传感器网络(WSN>综合了传感器技术、微电子机械系统(MEMS>嵌入式计算技术．分布式信息处理技术和无线通信技术，能够协作地实时感知、采集、处理和传输各种环境或监测对象的信息．具有十分广阔的应用前景，成为国内外学术界和工业界新的研究领域研究热点。本文简要介绍了无线传感器网络的网络结构、节点组成，分析了无线传感器网络的特点及其与现有网络的区别。进而介绍现有无线传感器网络中的MAC层技术、路由技术、节点技术和跨层设计等关键技术。最后展望无线传俄器网络的应用和发展并指出关键技术的进步将起到决定性的促进作用。 关键词：无线传感器网络节点 MAC层路由协议跨层设计 Abstract: Wireless sensor network (WSN> is integration of sensor techniques, Micro-Electro-Mechanical Systems, embedded computation techniques, distributed computation techniques and wireless communication technique. They can be used for sensing, collecting, processing and transferring information of monitored objects for users. As a new research area and interest hotspot of academia and industries, Wireless Sensor Network(WSN> has a wide application future. This paper briefly introduced the wireless sensor network of networks, nodes, the analysis of the characteristics of wireless sensor networks and the differences wih the existing networks. And the MAC layer technology, routing technology, joint cross-layer design technology and key technology are introduced . At last the prospects of wireless sensor network are discussed in this article. Key Words: Wireless Sensor Network, node, MAC, routing protocol, Cross-layer design 一、概述 随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的发展进步，包括微电子机械系统

无线传感网络(习题)

无线传感网络习题、选择题：（20 题） 1.下列不属于传感器网络三个基本要素的是 A、用户 C、感知对象B使用者 D、传感器 2.传感器网络的基本功能是 A、主动式感知C、数据处理 B、数据删减 D、隐藏感知信息 3.扩频技术按照工作方式的不同，可以分为几种： A、3 种 B、5 种 C、4 种 D、2 种 4.下列阶段不属于定向扩散路由机制的是 A、兴趣扩展阶段C、梯度建立阶段 B、路径选择阶段D、路径加强阶段 5.无线通信物理层的主要技术不包括 A、介质选择C、扩频技术 B、幅度选择D、调制技术 6.IEE 802.115.4的标准包 括A、运输层B、物理层 C、介质访问控制层 D、应用层 7.下列不属于无线传感网络的关键技术的是 A、网络拓扑控制C、时间同步 B、网络协议D、物理层技术 8.无线传感网络后台管理软件结构与组成不包括下列哪个选项 A、数据库管理系统 B、数据处理引擎 C、图形用户界面 D、后台组件 9.下列不属于数据融合的内容是 A、多传感器的目标探测C、跟踪与识别 B、数据连接 D、情况评估和预测 10.无线传感网络的节点基本功能不包括 A、数据采集 B、数据处理 C、储存数据 D、通信

14. 802.11网络的基本元素SSID 表示了一个无线服务，这个服务不包括 A 、接入速率 B 、输出速率 C 、工作信道 C 、认证加密方法 15. 传感器是将外界的信号转化为电信号的装置，传感器一般是由敏感元件、转 换元件和 A 、输出元件 C 、传唤信号元件 16. 传感器节点的组成不包括 A 、传感器模块 C 、无线通信模块 17. 下列不属于物联网关键技术的是 A 、RFID 无线识别 C 、纳米技术 18.SPIN 协议中使用了三种类型的消息，不包括下列 A 、ADV 消息 B 、REQ 消息 C 、APA 消息 D 、DAT E 消肖息 19. 定向扩散协议的优点不包括下列 A 、 采用多路径，健壮性好； B 、 节点只需要和邻居节点通信，因而不需要全局的地址机制，实用查询时 按需建立路由避免存储全网信息； C 、 每个节点都需要数据融合，减少操作； D 、 通过数据命名减少数据的重叠。 20. 无线传感器网络的可靠传输基本机制不包括 A 、丢包恢复机制 B 、冗余传输机制 C 、速率控制机制 D 、发送确认机制 11.无线传感器网络不可以选择的频率有 A 、2.4GHz C 、1.25GHz 12.传感器网络的电源节能方法有 A 、休眠技术机制 C 、数据单个传递 13.传感器网络的安全问题不包括 A 、机密性问题 C 、安全性鉴别问题 B 、 5GHz D 、 800MHz B 、拒接收数据 D 、轮流接收机制 B 、点到点的消息认证问题 D 、完整性鉴别问题 B 、加密原件 D 、转换电路 B 、数据融合模块 D 、能量供应模块 B 、嵌入式系统技术 D 、时间同步技术

无线传感网络选择题

1.无线传感器网络的组成模块分为：通信模块、（）、计算模块、存储模 块和电源模块。A A．传感模块B。ARM模块C网络模块D实验模块 2..在开阔空间无线信号的发散形状成（）。A A．球状B网络C直线D射线 3.当前传感器网络应用最广的两种通信协议是（） . d A .IEEE802.15 B .IEEE802.16 C .IEEE802.10 D .IEEE802.14 4.ZigBee主要界定了网络、安全和应用框架层，通常它的网络层支持三种拓扑 结构，下列哪种不是。D A．星型结构、B网状结构C簇树型结构D树形结构 5.下面不是传感器网络的支撑技术的技术。B A．定位技术B节能管理C时间同步D数据融合 6.下面不是无线传感器网络的路由协议具有的特点？D A．能量优先 B.基于局部拓扑信息C.以数据为中心D预算相关 7.下面不是限制传感器网络有的条件？C

A电源能量有限B通信能力受限C环境受限D计算和存储能力受限 8.（）技术是一种面向自动化和无线控制的低速率、低功耗、低价格的无线网 络方案。C A.WAN B. Ad hoc C.Ziggbee D. TinyOS 9.网络连接度是所有节点的邻居数目的()，它反映了传感器配置的密集程度。A A.平均值 B.最大值 C.最小值 10.传感器一般由（）、转换原件和基本转换电路组成。A A.敏感原件 B.红外原件 C.单片机DARM模块 11.传感器节点通信模块的工作模式有（）、接收和空闲。A A．发送B. 启动C.认证D.互联 12.传感器节点的能耗主要集中在（）模块。C A．连接B.电池C通信D.传感 13.主动反击能力是指网络安全系统能够主动地限制甚至消灭入侵者，下面不是 具备的能力D A．入侵检测能力 B.隔离入侵者能力 C.消灭入侵者能力D.恢复能力

无线传感器网络的研究进展

计算机研究与发展 ISSN 100021239ΠCN 1121777ΠTP Journal of Computer Research and Development 45(1):1～15,2008 　收稿日期:2007-11-08 　基金项目:国家“九七三”重点基础研究发展规划基金项目(2006CB303000);国家自然科学基金重点项目(60533110);国家自然科学基金项 目(60473075);国家教育部新世纪优秀人才支持计划基金项目(NCET 20520333) 无线传感器网络的研究进展 李建中 高　宏 (哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院　哈尔滨　150001)(lijzh @hit 1edu 1cn ) Survey on Sensor N et work R esearch Li Jianzhong and G ao Hong (School of Com puter Science and Technology ,Harbin Institute of Technology ,Harbin 150001) Abstract Recent advances in sensing techniques ,embedded computing techniques ,distributed information processing techniques and communication techniques have enabled the development of wireless sensor net 2works 1As there is a bright future in their application ,wireless sensor networks have become a new research area in the 21century 1There are large numbers of challenge problems in science and engineering in the wireless sensor network area 1Since 2000,more and more researchers have been engaged in the research work on wireless sensor networks and a lot of research results have already been obtained 1Suiveyed in this paper is the research work on wireless sensor networks ,including the wireless sensor network communica 2tion techniques ,infrastructure techniques ,middleware techniques ,data management techniques ,sensor node and embedded software techniques 1The existing problems in the current research work and the new research issues are also discussed 1At the end of the paper ,many significant references are listed for the re 2searchers 1 K ey w ords sensor node ;sensor network ;communication protocol ;infrastructure ;middleware ;data man 2agement 摘　要　随着传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术的迅速发展,无线传感器网 络应运而生1由于无线传感器网络的广阔应用前景,它已经成为21世纪的一个新研究领域,在基础理论和工程技术两个层面向科技工作者提出了大量挑战性问题1从2000年开始,国内外无线传感器网络的研究日趋热烈,取得了大量研究成果1从无线传感器网络的网络通信技术、基础设施技术、中间件技术、数据管理技术、节点及其嵌入式软件技术等5个方面系统综述了无线传感器网络的研究进展,讨论目前存在的问题和需要进一步研究的方向,并提供了广泛的参考文献1 关键词　传感器节点;传感器网络;通信协议;基础设施;中间件;数据管理中图法分类号　TP393 随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟,人们研制出了各种具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器1由许多微型传感器构成的无线传感器网络(WSN )引起了人们的极大关注1WSN 综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术,能够协作实时监测、感知、采集网络分布区域内的各种环 境或监测对象的信息,并对这些信息进行处理,获得 详尽准确的信息,传送到需要这些信息的用户1WSN 可以使人们在任何时间、地点和任何环境条件 下获取大量详实可靠的物理世界的信息,并可以被广泛应用于国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐抗灾等领域1WSN 是信息感知和采集的一场革命,在新一代网络中具有

无线传感器网络作业

无线传感器作业 ：传感器网络节点使用的限制因素有哪些？ 1.电源能量有限传感器节点体积微小通常只携带能量十分有限的电池。 2.通信能力有限 3.计算和存储能力有限，传感器节点是一种微型嵌入式设备，要求他价格低功耗小，这些 限制必然导致其携带的处理器能力比较弱，存储器容量比较小。 ：网络传感器有哪些特点？ 1.自组织性 2.数据为中心 3.应用相关性 4.动态性 5.网络规模 6.可靠性 ：按照节点功能和结构层次划分，将传感器网络的结构有哪几种？各有什么特点？ 答： 1.平面网络结构拓扑结构简单，易维护具有较好的健壮性事实上就是一种，a d h o c 网络结构的形成。由于没有中心管理节点，故采用自组织协同算法组成网络，其组网算法比较复杂。 2.分级网络结构：网络拓扑结构扩展性好，便于集中管理，可以降低系统的建设成本，提 高网络覆盖率和可靠性。 3.混合网络结构：同级网络结构相比较，支持功能更强大，但所需要的硬件成本更高。 4.m e s h网络结构：由无线节点构成网络，按mes h拓扑结构部署，网内有个节点至少 可以和一个其他节点通信支持多跳路由，功耗限制和移动性取决于节点类型及应用的特点，存在多种网络接入方式。 ：传感器半径r，被监测区域面积为A，要求达到概率为p的覆盖率，确定传感器数目。 ：WSN数据链路层中的媒体访问控制和误差控制的基本思想是什么？ 媒体访问控制：①对于感知区域内密集布置节点的多跳无线通信，需要建立数据通信链路以获得基本的网络基础设施。②为了使无线传感器节点公平有效的共享通信资源，需要对共享媒体的访问进行管理。 误差控制：一般基于ARQ的误差控制，主要采用重新传送发费和管理发费。具有低复杂的编码与解码方式的简单误差控制码可能是无线传感器网络中误差控制的最佳解决方案。 :传输层中的Event-to-sink传输和Sink-to-Sensors传说的基本思想是什么？ Event-to-sink 由于无线传感网络中存在大量的数据流，Sink节点需要获得一定精度，Event-to-sink的可靠度是必要的，包括了事件特征到Sink’节点的可靠通信，而不是针对区域内各节点生成的单个传感报告/数据包进行基于数据包的可靠传递。 Sink-to-Sensors

无线传感器网络知识点归纳

一、无线传感器网络的概述 1、无线传感器网络定义，无线传感器网络三要素，无线传感器网络的任务，无线传感器网 络的体系结构示意图，组成部分（P1-2） 定义：无线传感器网络（wireless sensor network, WSN）是由部署在监测区域内大量的成本很低、微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一种多跳自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖范围内感知对象的信息，并发送给观察者或者用户 另一种定义：无线传感器网络(WSN)是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，目的是协作地采集、处理和传输网络覆盖地域内感知对象的监测信息，并报告给用户 三要素：传感器，感知对象和观察者 任务：利用传感器节点来监测节点周围的环境，收集相关的数据，然后通过无线收发装置采用多跳路由的方式将数据发送给汇聚节点，再通过汇聚节点将数据传送到用户端，从而达到对目标区域的监测 体系结构示意图： 组成部分：传感器节点、汇聚节点、网关节点和基站 2、无线传感器网络的特点（P2-4） （1）大规模性且具有自适应性 （2）无中心和自组织 （3）网络动态性强 （4）以数据为中心的网络 （5）应用相关性 3、无线传感器网络节点的硬件组成结构（P4-6） 无线传感器节点的硬件部分一般由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块4部分组成。

4、常见的无线传感器节点产品，几种Crossbow公司的Mica系列节点（Mica2、 Telosb） 的硬件组成（P6） 5、无线传感器网络的协议栈体系结构（P7） 1.各层协议的功能 应用层：主要任务是获取数据并进行初步处理，包括一系列基于监测任务的应用层软件 传输层：负责数据流的传输控制 网络层：主要负责路由生成与路由选择 数据链路层：负责数据成帧，帧检测，媒体访问和差错控制 物理层：实现信道的选择、无线信号的监测、信号的发送与接收等功能 2.管理平台的功能 （1）能量管理平台管理传感器节点如何使用能源。 （2）移动管理平台检测并注册传感器节点的移动，维护到汇聚节点的路由，使得传感器节点能够动态跟踪邻居的位置。 （3）任务管理平台在一个给定的区域内平衡和调度监测任务。 6、无线传感器网络的应用领域（P8-9） （1）军事应用 （2）智能农业和环境监测 （3）医疗健康 （4）紧急和临时场合 （5）家庭应用 （6）空间探索

无线传感器网络数据融合关键技术研究

无线传感器网络数据融合关键技术研究 摘要：路由协议与数据融合技术已成为无线传感器网络（WSN）的一个重要研究方面。本文按照面向应用和面向层次两个分类进行了介绍，并通过联系以数据为中心的路由协议以及相关的数据融合算法，简要分析了其在节省功耗，优化网络性能方面所采取的有效措施。通过仿真实验，推断出以数据为中心的路由协议对网络内数据融合的帮助意义。 关键词：无线传感器网络；路由协议；数据融合；NS2 1 引言 无线传感器网络（wireless sensor network，WSN）就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作的感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者[1]。 路由协议和数据融合已成为无线传感器网络的关键技术。本文首先对现有的几种路由协议和数据融合算法进行介绍，然后通过仿真来验证以数据为中心的路由协议在性能上的优势，以及对数据融合的促进意义。 2 无线传感器网络路由协议 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，它主要包括两个方面的功能：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。 2.2面向应用的路由协议 面向应用的路由协议是众多路由协议中较为常见的一种。所谓面向应用，即是与应用模式紧密相连的路由协议。从具体应用角度出发，根据不同应用对传感器网络各种特性的敏感性不同，将路由协议分为四种类型[2]：1）能量感知路由协议；

2）基于查询的路由协议； 3）地理位置路由协议； 4）可靠的路由协议。 能量路由是最早提出的传感器网络路由机制之一，它根据节点的可用能量（power available，PA）或传输路径上的能量需求，选择数据的转发路径。节点可用能量就是节点当前的剩余能量。 基于查询的路由协议包括定向扩散路由和谣传路由。定向扩散是专门为传感器网络设计的路由策略，是以数据为中心的典型路由协议代表，与己有的路由算法有着截然不同的实现机制。谣传路由引入了查询消息的单波随机转发的机制，克服了使用洪泛方式建立转发路径带来的开销过大的问题。 地理位置路由包括GEAR路由和GEM路由。GEAR（geographical and energy aware routing）路由假设已知事件区域的位置信息，每个节点知道自己的位置信息和剩余能量信息，并且通过一个简单的Hello消息交换机制了解所有邻居节点的位置信息和剩余能量信息。GEM（graph embedding）路由是一种适合于数据中心存储方式的地理路由。其基本思想是建立一个虚拟极坐标系统（virtual polar coordinate system ，VPCS），用来表示实际的网络拓扑结构。网络中的节点形成一个以汇聚节点为根的带环树（ringed tree），每个节点用到树根的跳数距离和角度范围来表示，节点间的数据路由通过这个带环树实现。 2.3面向层次的路由协议 针对无线传感器网络中节点所处的地位，以及网络的拓扑结构，还可以将无线传感器网络的路由协议分为平面结构和分层结构。 平面路由协议包括定向扩散路由协议、谣传路由协议、SPIN路由协议（基于能量感知的路由协议）、HREEMR路由协议（基于多路径的路由协议）、SPEED 路由协议、GEM路由协议、边界定位路由协议、有序分配路由协议等。前面介绍的四类面向应用的路由协议大都属于平面的路由协议。 分层路由协议包括：LEACH路由协议、TEEN路由协议、GAF路由协议、GEAR 路由协议、SPAN路由协议、SOP路由协议、MECN协议、EARSN路由协议等。这里，我们重点介绍两个相似的路由协议：LEACH和TEEN协议。

无线传感器研究背景目的意义及现状与发展趋势

无线传感器研究背景目的意义及现状与发展趋势1研究背景 随着无线技术的快速发展和日趋成熟，无线通信也发展到一定的阶段，其发展的技术越来越成熟，方向也越来越多，越来越重要，大量的应用方案开始采用无线技术进行数据采集和通信。 微机电系统和低功耗高集成数字设备的发展，使得低成本、低功耗、小体积的传感器节点得以实现。这样的节点配合各类型的传感器，可组成无线传感器网络（WSN）。无线传感网络是一种开创了新的应用领域的新兴概念和技术。广泛应用于战场监视、大规模环境监测和大区域内的目标追踪等领域。传感技术、传感网络已经被认定为最重要的研究之一。因为无线传感器网络节点一般采用电池供电，工作环境通常比较恶劣，而且数量大、更换非常困难，所以低功耗是无线传感器网络最重要的设计准则之一，因此，它迫切需要对传统的嵌入式应用开发进行更新和改进，需要精心设计的软硬件系统，以使其可靠而耐用。 2003年,美国《技术评论》杂志论述未来新兴十大技术时,WSN被列为第一;美国《今日防务》杂志更认为WSN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。可以预测,WSN是信息感知和采集的一场革命,是21世纪最重要的技术之一[2] 。低功耗无线传感模块，便是组成无线传感网络的节点。 此方面的研究由来已久，是计算机应用的扩展，采用了大规模集成电路和嵌入式技术，使用智能微处理器对采集到的信息进行处理和加工。现已广泛应用于社会建设的各个层面和人们的日常生活当中。但过去的研究有的只考虑低功耗而性能不高，有的性能高但是功耗太大。 因此，在无线传感技术应用如此广泛的今天，在保证无线传感模块性能的同时又能实现其低功耗具有一定的理论和现实意义。 2研究目的及意义 2.1研究目的

无线传感器网络练习题(1)

一、填空 1.无线传感器网络系统通常包含汇聚节点、传感器节点、管理节点。 2.传感器节点一般由通信模块、传感器模块、存储模块和电源模块 组成。 3.无线传感器节点的基本功能是：采集数据、数据处理、控制和通 信。 4.传感器节点通信模块的工作模式有发送、接收和空闲。 5.无线通信物理层的主要技术包括介质的选择、频段的选择、调制 技术和扩频技术。 6.扩频技术按照工作方式的不同，可以分为四种：直接序列扩频、 跳频、跳时和宽带线性调频扩频。 7.目前无线传感器网络采用的主要传输介质包括无线电波、光纤、 红外线等。 8.无线传感器网络可以选择的频段有：868MHz、915MHz、2.4GHz和 5GHz。 9.传感器网络的电源节能方法：休眠机制、数据融合。 10.根据对传感器数据的操作级别，可将数据融合技术分为一下三类： 决策级融合、特征级融合、数据级融合。 11.根据融合前后数据的信息含量分类（无损失融合和有损失融合） 12.根据数据融合与应用层数据语义的关系分类（依赖于应用的数据 融合、独立于应用的数据融合、结合以上两种技术的数据融合）13.定向扩散路由机制可以分为三个阶段：兴趣扩散、梯度建立、路

径加强。 14.无线传感器网络的关键技术主要包括：时间同步机制、数据融合、 路由选择、定位技术、安全机制等。 15.无线传感器网络通信安全需求主要包括结点的安全保证、被动抵 御的入侵能力、主动反击入侵的能力。 16.802.11标准用于无线局域网，802.15.4标准用于低速无线个域网。 17.802.11规定三种帧间间隔：SIFS、PIFS、DIFS。 18.802.15.4标准为低速个域网制定了物理层和MAC子层协议。 19.ZigBee主要界定了网络、安全和应用框架层，通常它的网络层支 持三种拓扑结构：网状网络、树形网络、星型网络。 20.传感器网络中常用的测距方法有：接收信号强度指示、到达时间 差、到达角。 21.ZigBee网络分4层分别为：物理层、网络层、应用层、数据链路 层。 22.与传统网络的路由协议相比，无线传感器网络的路由协议具有以 下特点：能量优先、基于局部拓扑、以数据为中心、应用相关。 23.数据融合的内容主要包括：目标探测、数据关联、跟踪与识别、 情况评估与预测。 24.无线传感器网络信息安全需求主要包括数据的机密性、数据鉴别、 数据的完整性、数据的实效性。 25.传感器结点的限制条件是电源能量有限、通信能力有限、计算和 存储能力有限。

数据融合技术在无线传感器网络中的应用

硕士研究生读书报告 课程名称：信息融合理论与应用 题目：数据融合技术在无线传感器网络中的应用题目类型：读书报告 学院：计算机科学与工程学院 专业名称：计算机科学与技术 姓名：祝敏 学号： 2013200546 任课教师：周华平 授课时间：2014年4月29日～2014年6月24日 提交时间： 2014年6月 24 日

数据融合技术在无线传感器网络中的应用 摘要：在大规模的无线传感器网络中，传输数据量巨大，必然存在着数据传输可靠性、拥塞以及能耗等问题，高效的数据融合技术能够有效的解决这些问题。这篇读书报告结合分簇路由算法的特征，采用两层融合技术，首先簇内节点与簇首节点的融合，簇内节点根据阈值来判断是否需要发送数据，簇首节点根据接收到的数据，进行数据一致性检验，剔除异常数据，第二层采用BP神经网络算法对簇首节点与基站的融合，得到所需要的结果。实验表明，进行融合后的数据可靠性高，较大减少了数据的传输量与冗余度、降低了能量的消耗，从而提高了整个网络的性能。 1 引言 无线传感器网络是对真实世界的感知、检测和采集，需要由大量传感器节点共同协作完成的。但是，由于传感器节点采集的数据具有很高的时空相关性，不可避免的釆集到许多重复的数据，即数据存在很高的冗余性,如果都发送到汇聚节点的话，会造成大量的资源浪费,严重影响无线传感器网络的使用寿命,并且许多时候,观察者不关心每个节点的原始数据,只 关心釆集后的结果,显然，节点单独的传送数据是不合适的，因此需要在本地对数据进行融合操作，对节点传输数据进行处理，利用节点的计算与处理能力，我们可以去除掉冗余信息，进一步减少数据在网内的传输量,同时降低功耗，提高整个网络的性能。虽然数据融合会造成一定的延迟以及计算会浪费时间和能量,但都在允许的范围之内。 数据融合技术涉及到检测技术、模式识别、决策论、不确定性理论、估计理论、最优化理论等众多学科领域。目前关于无线传感器网络数据融合技术的发展情况，大体可以分为有损融合、无损融合、依赖于应用的数据融合，如应用层开发面向应用的数据融合接口，在网络层开发与路由相结合的数据融合技术。独立于应用的数据融合、基于分布式数据库的数据融合、基于中心的数据融合等。这篇读书报告主要针对在网络层与路由相结合的数据融合技术的研究，目前关于该方面比较典型的方法有LEACH分簇算法，使用分簇的方法使得数据融合技术在算法中起到了非常重要的作用。

无线传感器网络研究

无线传感器网络研究 近年来, 随着微机电子系统(MEMS) 技术、无线通信技术及数字电子技术的迅速发展, 出现了低成本、低功耗、多功能、体积微小的传感器节点。这种微传感节点由传感单元、数据处理单元、通信单元和便携式电源组成, 能完成数据采集、信号监测和传送信息的任务。随着传感器技术和通信技术的发展, 提出了无线传感器网络技术, 因为其应用的广泛性而得到高度重视。无线传感器网络是由一组传感器节点通过无线介质连接构成的无线网络, 它采用Ad hoc方式部署大量微型的智能传感节点, 通过节点的协同工作采集和处理网络覆盖区域中的目标信息。微传感和无线的概念使得无线传感器网络中的传感器节点能运用于更多的领域, 包括军事、医疗保健、家居以及其他的商业领域, 并且有可能会应用于太空探索、化学处理和灾难救助。可以说无线传感器网络是信息感知和采集的一场革命, 是21世纪最重要的技术之一。 1.1 无线传感器网络及其应用现状 本节对无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)的体系结构、特点、国内外研究现状及应用等进行简单介绍。 1.1.1 无线传感器网络的体系结构 无线传感器网络系统通常包括传感器节点(sensor node)、汇聚节点(sink node)和管理节点。大量传感器节点部署在监测区域内，通过自组织方式构成网络。传感器网络的节点可以随机或者特定地布置在目标环境中，它们之间通过特定的协议自组织起来，能够获取周围环境的信息并且相互协同工作完成特定任务。 这一技术已经应用到国防军事、动物的习性观测、材料结构健康监测、交通管理、医疗卫生、灾害监测等领域[6]。 传感器节点通常是一个微型的嵌入式系统，它是由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分组成，如图1-2所示。传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换；处理器模块负责控制整个传感器节点的操作，存储和处理本身采集的数据以及其它节点发来的数据；无线通信模块负责与其他传感器节

无线传感器网络发展现状研究

无线传感器网络发展现状研究 引言 近年来，由于微电子技术、计算技术和无线通信技术的进步，使得大量低功耗、多功能、低成本的无线传感器问世，由多个传感器共同构成的网络系统吸引了大量学者的兴趣。无线传感器网络(WSN)就是在监测区域内布置大量具有信息采集、数据处理及无线通信能力的节点，整体形成一个多跳自组织网络系统，共同完成某些功能，在环境监测、交通运输、医疗等领域的科学研究中得到广泛应用。 无线传感器网络的传感器节点通常配备一个或多个不同类型的传感器，用于完成不同物理数据的采集。同时节点上还配置有微处理器、存储器、电源、射频收发器和执行器等。与传统的传感器网络不同，WSN体积小，价格便宜，因而节点的能量(如存储空间、计算能力、通信带宽、通信范围等)相对较弱。此外，WSN节点常常由电池供电，并且常常工作于恶劣的环境甚至是敌方区域，不能提供电池补给或更换，因而电源也是约束传感器节点的一个重要因素。节点通常由无线通信设备通过多跳的方式将数据发送到基站，再由基站传送到指挥中心。 WSN领域的研究目标是满足上述约束条件的同时完成指定任务。引入新的设计理念，开发或改进现有的协议，开创新的应用领域，开发新的算法，都成为WSN研究热点。本文总结了近年来WSN关键支持技术新的协议、算法以及应用。 1 无线传感器网络的应用 无线传感器网络由许多不同类型的节点(如地震、低采样率电磁传感器、温度、视觉、红外声音和雷达等)构成。WSN的应用，可以分为监测和追踪两类。监测应用包括室外室内环境监测、健康状况监测、库存监测、工厂生产过程自动化、自然环境监测等方面。跟踪的应用有目标跟踪、动物跟踪、汽车跟踪、人的跟踪等。 1．1 公共卫生 WSN可用于残疾人监测、病人监测、诊断、医院药品管理系统。C．R．Badker等人指出，在公共卫生医疗监测中应用WSN能提高现有卫生和病人监测状况。文中提出了4种应用原型：婴儿监测、提醒聋人、血压监测与追踪、消防员身体特征信号监测。这些原型采用了SHIMME 和T-mote节点。 每年很多婴儿死于婴儿猝死症(SIDS)，睡眠安全原型则是设计用于监测监视婴儿睡觉状态。用传感器监测婴儿的睡姿，一旦婴儿俯卧就及时提醒家长。SHIMMER节点中有一个重力三轴加速度计，用于监测婴儿相对位置。T—Mote节点则将该数据发送到基站，根据检测值和设定值的比较判断婴儿的睡姿。Baby Glove原型设计用于监测婴儿的生命体征如温度、水合程度以及脉搏。Fireline是一种无线心率监测系统，用于消防员火灾救援过程中实时心率和压力异常监测。Heart@Home是一种无线血压监测和跟踪系统。除此之外，Listen采集环境中的音频信息，从而提醒听力受损的人。 1．2 工业应用 石油冶炼工厂中安装的WSN由4个监测节点和一个执行节点组成，可以降低成本，提高效率。监测节点将数据包通过以太网发送给计算单元，再由计算单元将结果发送到分布式控制系统中。控制系统向执行节点发送指令，完成整个控制过程。该试验测试了网络噪声对RSSI 和LQI的影响，结果表明工业环境中的噪声对WSN的性能有很大的影响。 WSN也用于半导体制造工厂和油轮的设备维护和监测。传感器节点通过采集振动信号来预测设备的故障，这有利于设备的维护和保养。 1．3 环境应用 传感器网络的应用包括跟踪生物，如鸟类、小动物和昆虫的迁移，监测影响农作物和庄

无线传感网络作业

无线传感器网络作业 2014年第一学期 第一章 1.2 什么是无线传感器网络？ 答：传感器网络的标准定义是这样的：传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。它的英文是Wireless Sensor Network, 简称WSN。 1.5 传感器网络的终端探测节点由哪些部分组成？这些组成模块的功能分别是什么？ 答：由传感模块、计算模块、通信模块、存储模块、电源模块和嵌入式软件系统组成。这里传感模块负责探测目标的物理特征和现象，计算模块负责处理数据和系统管理，存贮模块负责存放程序和数据，通信模块负责网络管理信息和探测数据两种信息的发送和接收。另外，电源模块负责节点供电，节点由嵌入式软件系统支撑，运行网络的五层协议。 1.8 传感器网络的体系结构包括哪些部分？各部分的功能分别是什么？ 答：无线传感器网络体系结构包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层和能量管理平台、移动管理平台和任务管理平台。这些管理平台使得传感器节点能够按照能源高效的方式协同工作，在节点移动的传感器网络中转发数据，并支持多任务和资源共享。 第二章 2.2 传感器由哪些部分组成？各部分的功能是什么？ 答：传感器一般由敏感元件、转换元件和基本转换电路组成。敏感元件是传感器中能感受或响应被测量的部分。转换元件是将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的信号（一般指电信号）部分。基本转换电路可以对获得的微弱电信号进行放大、运算调制等。另外，基本转换电路工作时必须有辅助电源。 2.7 传感器的一般特性包括哪些指标？ 答：传感器的一般特性包括：灵敏度、响应特性、线性范围、稳定性、重复性、漂移、精度、分辨率（力）、迟滞。 2.8 什么是传感器的灵敏度？