无线传感器网络LEACH路由协议的改进
第３５卷第１期２ ０ １ ２年１月
河北农业大学学报
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＨＥＢＥＩ
Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．１
Ｊａｎ．２ ０ １ ２
文章编号：１０００－１５７３（２０１２）０１－０１１１－０４
无线传感器网络ＬＥＡＣＨ路由协议的改进
王爱新１， 韩宪忠１， 宋立军２
（１．河北农业大学信息科学与技术学院，河北保定０７１００１；
２．武汉理工大学计算机科学与技术学院，湖北武汉４３００６３）
摘要：从簇的形成以及簇首的选取２个方面对ＬＥＡＣＨ协议进行了改进，使簇首尽可能的按照节点的稠密程度进行分布，并能将剩余能量较高的节点优选为簇首。仿真实验表明：改进后的ＬＥＡＣＨ协议能够延长节点存活时间，减小网络能耗。
关 键 词：无线传感器网络；路由；协议；改进
中图分类号：ＴＰ３９文献标志码：Ａ
Ａｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ＬＥＡＣＨ ｒｏｕｔｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｆｏｒ
ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｒｏｕｔｉｎｇ
ＷＡＮＧ Ａｉ－ｘｉｎ１，ＨＡＮ Ｘｉａｎ－ｚｈｏｎｇ１，ＳＯＮＧ Ｌｉ－ｊｕｎ２
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｈｅｂｅｉ，Ｂａｏｄｉｎｇ ０７１０００，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００６３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｉｍｓ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｆｏｒｍ ｏｆ ｔｈｅ ｃｌｕｓｔｅｒｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈｏｉｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｈｅａｄｃｌｕｓｔｅｒ．Ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｔｈｅ ｈｅａｄｃｕｌｓｔｅｒ ｉｓ ａｓｓｉｇｎｅｄ ｉｎ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｉｔｓ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｓ ｆａｒ ａｓ ｐｏｓｓｉｂｌｅ，ｂｕｔ ａｌｓｏｔｈｅ ｎｏｄｅ ｔｈａｔ ｈａｓ ｒｅｍａｉｎｅｄ ｍｏｒｅ ｐｏｗｅｒｆｕｌ ｗｉｌｌ ｂｅ ｔｈｅ ｈｅａｄｃｌｕｓｔｅｒ ｗｈｅｎ ｉｔ ｃｈｏｏｓｅｓ ｔｈｅ ｈｅａｄｃｌｕｓ－ｔｅｒ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｕｓｉｎｇ ＮＳ－２ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ＬＥＡＣＨ ｐｒｏｔｏｃｏｌｃａｎ ｅｘｔｅｎｄ ｔｈｅ ｔｉｍｅ ｔｈｅ ｎｏｄｅｓ ａｒｅ ａｃｔｉｖｅ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋｓ；ｒｏｕｔｉｎｇ；ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ；ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ
部署在检测区域内的传感器节点通过无线通信的方式形成一个多跳的自组织网络系统，称之为无线传感器网络（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ，简称ＷＳＮｓ）［１］。在ＷＳＮ中，传感器之间、传感器与观察者之间以无线的形式建立通信路径，达到协作感知、采集和处理网络覆盖区域内的感知对象信息的目的。可根据根据路由发现策略的角度不同，将ＷＳＮ路由协议分为主动路由和被动路由两种类型；可根据网络管理的逻辑结构不同，将ＷＳＮ路由协议分为平面路由和分层结构路由２类。
实际情况下，ＷＳＮ中的节点是在不断运动的。为研究方便，本文中所提到的节点都是静止状态下的，并且每个节点都可以充当路由器，具有搜索、定位、和恢复连接的能力。本研究描述了ＬＥＡＣＨ路由协议得基本原理，并针对其特点在簇的形成及簇首选举方面对其提出了改进。
１ ＬＥＡＣＨ［２－４］路由协议
层次路由协议中最具代表性的是ＬＥＡＣＨ路由协议，该协议是低功耗自适应聚类分级路由协议，
＊收稿日期：２０１１－０９－０１
基金项目：河北农业大学非生命学科与新兴学科项目资助（ＦＳ２０１００５０３）；河北省科技厅项目（１１２３７１７８）．作者简介：王爱新（１９７８－），男，河北省保定人，讲师，研究方向为网络路由协议、信息安全．
河北农业大学学报第３５卷其他层次式的路由协议如ＴＥＥＮ、ＡＰＴＥＥＮ、ＰＥ－
ＧＡＳＩＳ［５］等大都由ＬＥＡＣＨ发展而来。ＬＥＡＣＨ的
基本思想是将整个网络的能量负载平均分配到每个
传感器节点中，这主要是通过随机循环地选择簇首
节点实现的，从而有效将网络能源消耗降低，提高网
络整体生存时间。ＬＥＡＣＨ在运行过程中不断地循
环执行簇重构过程。
通常，簇首节点的能量消耗远远大于非簇首节
点，导致簇首节点比非簇首节点消亡的要快。为了
解决这个问题，Ｈｅｉｎｚｅｍａｎ提出了ＬＥＡＣＨ。这个
算法的基本思想是周期性的选择簇。每个周期称为
“轮”，每一轮选择簇首节点，其他节点协助簇首节点
进行数据传输，最终，簇首节点对数据进行融合并将
数据传给ｓｉｎｋ节点。每一轮，每个节点被随机赋予
０～１之间的任意值，如果这个值小于最低预测极限
值，则节点变为簇首：
Ｔ（ｎ）＝
ｐ
１－ｐ＊［ｒｍｏｄ（１／ｐ）］
（ｎ∈Ｇ）０（ｎ Ｇ
烅
烄
烆）
Ｐ是在网络中头节点在所有节点中的比例；ｒ是当前选择轮数；Ｇ是过去１／ｐ轮未被选为簇首的节点集合。
２ ＬＥＡＣＨ协议改进与仿真
２．１ ＬＥＡＣＨ协议的主要缺点
基本ＬＥＡＣＨ算法的缺点［６］主要体现在：
①ＬＥＡＣＨ不能保证簇首在每个区域均匀分布，有可能出现被选的簇首节点集中在网络某一区域的现象，这样就会使得一些节点的周围没有任何簇首节点。
②ＬＥＡＣＨ假定在最初的簇首选择回合中，所有的节点都携带相同的能量，并且每个成为簇首的节点都消耗大致相同的能量。这样有可能导致实际中一些高能量节点没有机会成为簇首节点，而一些低能量节点成为簇首节点。一旦低能量节点成为簇首节点，将会很快耗尽其能量。
③由于ＬＥＡＣＨ假定所有节点能够与汇聚节点直接通信，并且每个节点都具备支持不同ＭＡＣ协议的计算能力，因此该协议不适合在大规模的无线传感器网络中应用。
２．２ 对ＬＥＡＣＨ协议的簇的形成和簇首选取方法进行改进
本文提出的协议改进中，针对上述提出的ＬＥＡＣＨ的缺点①和②，对簇的形成和簇首选取的
过程做了两处改进，一方面是对区域进行了优化分割，另一方面在对簇首选举中对节点的能量做了考虑。基本过程如图１所示
。
图１ 簇形成及簇首选取流程图
Ｆｉｇ．１ Ｃｌｕｓｔｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｌｕｓｔｅｒ ｈｅａｄ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｃｈａｒｔ
改进算法基本描述如下：结合ＷＳＮ内情况，首先对网络内分簇数目Ｃ进行估算；然后计算每簇的节点数目Ｖ＝节点总数Ｙ／Ｃ，将Ｖ设置为簇内节点数的最高门限值，即成簇节点的个数最高值。形成簇及簇首选取流程图如图所示：统计网络中各节点的邻节点数目Ｖｉ，如果Ｖｉ＞Ｖ，则放弃该组节点成簇的机会；如果Ｖｉ≤Ｖ，按节点的邻节点数目进行排序，按照节点数目大小排序为ｑ１、ｑ２、ｑ３、ｑ４…ｑｉ…ｑｃ，如果发现其中ｑｍ、ｑｎ（ｍ＞ｎ）互为邻节点，则在序列中舍弃ｑｎ，后面的节点依次向前增补。此时，将整个网络分为了Ｃ个区域，任取其中某一个子区域，其节点集合为Ｃｉ，抽取该子区域内的邻节点数目最多的节点ｑｉ，其剩余能量为Ｅｉ，此ｑｉ的邻节点集合记为Ｄ，则Ｄ＝Ｃｉ－（ｑｉ），ｑｉ∈Ｃｉ，Ｄ中任意一节点ｅ，其能量为Ｅｅ，如果：Ｅｉ＞Ｅｅ，ｅ∈Ｄ，则ｑｉ为该簇簇首节点，否则，计算ｍａｘ（Ｅｅ）ｅ∈Ｄ，则ｅ为簇首节点。
对改进算法进行伪代码描述如下：
＃Ｃｌｕｓｔｅｒ ｈｅａｄ ｅｌｅｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ
ｓｅｔ Ｃ＃分簇数目
ｓｅｔ Ｖ＝Ｙ／Ｃ＃Ｖ为簇内节点数最高门限值
２１１
第１期 王爱新等：无线传感器网络ＬＥＡＣＨ路由协议的改进
ｓｅｔ Ｖｉ
ｉｆ Ｖｉ＞Ｖ
ｔｈｅｎ
｛ｑｕｉｔｅ｝＃放弃该节点成簇
Ｅｌｓｅ ｉｆ Ｖｉ＜＝Ｖ
｛
Ｓｅｔ ｑ＝节点数目
Ｓｏｒｔ（ｑｉ）＃按照节点的邻节点数目进行排序
Ｉｆ（ｍ＞ｎａｎｄ ｎｅｉｇｈｂｅｒ（ｑｍ，ｑｎ））
Ｔｈｅｎ｛ｄｅｌ（ｑｎ）｝
Ｅｎｄ ｉｆ
Ｓｅｔ Ｃｉ＃Ｃｉ为网络子区域
Ｓｅｔ ｑｉ＃ｑｉ∈Ｃｉ，ｑｉ最多邻节点
Ｅ（ｉ）＝Ｅ（ｑｉ）
Ｓｅｔ Ｄ＝Ｃｉ－（ｑｉ），ｑｉ Ｃｉ，ｅ∈Ｄ
Ｉｆ（Ｅ（ｉ）＞Ｅ（ｅ））
Ｔｈｅｎ｛ｃｌｕｓｔｅｒ－ｈｅａｄ（ｑｉ）｝
Ｅｌｓｅ｛ｃｌｕｓｔｅｒ－ｈｅａｄ（ｍａｘ（Ｅ（ｅ）））｝
Ｅｎｄ ｉｆ
Ｅｎｄ ｉｆ
｝
２．３ ＮＳ－２仿真验证
针对ＬＥＡＣＨ协议特点，结合传感器节点的不一定分布在平坦地带，节点之间可能存在空间距离，所以本文将节点与三维坐标系结合起来，这样既方便节点的定位，适合ＷＳＮ中因节点移动，拓扑结构随时发生变化的特征，又能在簇的形成、簇首选择中显得更加快捷、方便，而且对于解决节点安全问题、剩余能量的均衡以及延长整个网络的生存周期具有一定的效果。尤其是在ＷＳＮ的网络规模扩展上具有一定的实际意义。下面将具体仿真方案阐述如下：
假设ＷＳＮ的具体情况如下：
①大量的节点被随机分布在不平整的区域内；
②建立一个以所处位置海拔最低的节点为原点以正北为ｘ轴正向、以正东为ｙ轴正向、以竖直向上为ｚ轴正向的三维坐标系；
③在整个网络内，均匀分布具有ＧＰＳ定位功能的信标节点，作为整个网络的通信中枢，网络中每个节点都能够通过ＧＰＳ系统确认自己的位置坐标；
④数据发送时基于查询的；
⑤对于节点间的通信阻碍忽略不计；
⑥网络中无线链路都是双向的，也就是说假如节点１在节点２的传输范围内，节点２也在节点１的传输范围内；
⑦ＷＳＮ网络中每个节点具有相同的结构，如表１所示：
表１ 网络节点结构
Ｔａｂｌｅ １ Ｎｅｔｗｏｒｋ ｎｏｄｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
节点剩余能量Ｎｏｄｅ ｒｅｓｉｄｕａｌｅｎｅｒｇｙ
通信单元
Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｕｎｉｔ
验证单元 Ｔｅｓｔ ｕｎｉｔ
数据单元
Ｄａｔｅ ｕｎｉｔ简单ｈｅｌｌｏ机制自身地理位置信息临近节点位置信息ＲＳＳＩ信息数据源数据更新信息
仿真环境：仿真工具采用ＮＳ－２平台，版本２．２８，ＬＥＡＣＨ源码来自ＭＩＴ的网站，仿真程序在ＬＥＡＣＨ的基础上进行了编写修改和补充完善。
仿真环境中，１００个节点随机分布在７０ｍ×７０ｍ×１０ｍ的三维区域内，基站坐标取（５０，１７５，０）。每轮簇头选举时间间隔为１０ｓ。表２中列出了仿真中使用的参数值。
表２ 仿真中使用的参数
Ｔａｂｌｅ ２ Ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
名称Ｎａｍｅ
数值Ｖａｌｕｅ
Ｅｅｌｅｃ ５０ｎＪ／ｂｉｔ／ｍ
传输功率εａｍｐ ０．００１ ３ｐＪ／ｂｉｔ／ｍ２报文融合消耗Ｅｄｓ ５ｎＪ／ｂｉｔ／ｓｉｇｎａｌ初始能量２Ｊ
带宽１Ｍｂ／ｓ
无线信号载频２．４ＧＨｚ
仿真结果分析：
ａ．比较节点存活数目
网络性能的优劣主要是靠每轮存活的节点的数目来反映。存活的节点数目越大，网络覆盖的区域就越广，每轮参与选取的节点就越多，从而延长了网络的生存周期。下面，针对簇首个数的多少分别进行仿真。根据节点数目、分布区域情况，参照上述改进算法，计算出最优簇首数目为５个；对比传统ＬＥＡＣＨ协议初始化网络时，使用的簇首数目为６个。比较这２种情况下的存活节点数目。由图２所示，选择６个簇首节点的ＷＳＮ网络在第３９０ｓ的时候就已经开始有节点死亡，到４００ｓ的时候全部节点都已经死亡。选择５个簇首的ＷＳＮ网络在４２０ｓ才开始出现节点死亡，在５００ｓ附近所有节点全部
３
１
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河北农业大学学报
第３５卷
消亡，由此可以看出，５个簇首的ＷＳＮ网络的生存周期要比６个簇首的ＷＳＮ生存周期长许多。主要是因为选择６个簇首的网络每轮平均能耗大，导致有些节点提前消亡
。
图２ 节点存活数目图Ｆｉｇ
．２ Ｎｏｄｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｓｕｒｖｉｖａｌ从图２可以看出，选择６个簇首的ＷＳＮ网络
在出现死亡节点后，节点死亡的速度比选择５个簇首的网络要快的多，在３５０ｓ时，网络中就有１１个节点死亡，在３７０ｓ时就有２４个节点死亡了，３８０ｓ时激增到４４个，４００ｓ时全部节点消亡。而选择５个簇头节点时，死亡节点的速度比较慢。由此可见，优化后的网络簇首选择方法更能提高网络性能，延长网络生命周期。
ｂ．
节点消耗的总能量比较对于ＷＳＮ来说，节点能量是非常有限的，网络生命周期的重要指标就是节点的能耗。单个节点的能耗越少，
网络的生命周期也就会越长。如图３，比较簇首数为５和６
２种情况下节点消耗的总能量
。图３ 节点消耗能量
Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｎｏｄｅ ｅｎｅｒｇｙ
ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ从图３可以看出，ＷＳＮ网络选择在有５个簇首节点是，大概在第５１０ｓ才消耗所有能量。而选择６个簇首的，则在４００ｓ左右能量就完所有能量消耗完。选择６簇首的ＷＳＮ网络能量消耗一直在选择
５个簇首节点的网络曲线上面，
这说明从第一个节点一直到所有节点都消亡，选择６个簇首的网络所消耗的平均能量要比簇首为５的网络大。具体的
讲，在３８０ｓ后表现的更为明显，此时６簇首的网络能量消耗出现跳变，
所消耗的能量突然变大，主要是因为在３８０ｓ时有４４个节点死亡，３９０ｓ时死亡了７９个节点，４００ｓ时全部节点都死亡了。在３９０ｓ
时，每个节点所拥有的能量就只能维持一次通信。通过仿真验证，改进后的ＬＥＡＣＨ协议有效保证了节点公平承担能量消耗的负担，保证了网络能量的均衡。
３ 结论
能量对于ＷＳＮ来说可以说是至关重要的，
在ＬＥＡＣＨ协议，
由于簇首选取、簇间通信耗费了大量能量，影响了网络的生存周期，本研究从簇的形成到簇首的选取２个方面对ＬＥＡＣＨ协议进行了改进：在簇的形成阶段考虑了节点分布的不均衡性，对区域的形成进行了优化预估；在簇首选举方面考虑了节点的剩余能量。从仿真实验结果看，
达到了预期的效果，在一定程度上减小了网络的能耗，延长了网络的生存周期。另外在如何准确估算最优簇首数目Ｃ方面，还没有合适的算法与模型，因此如何确定簇首数目Ｃ，是本算法改进的下一步研究重点。参考文献：
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Ｃｈａｎｄｒａｋａｓａｎ，Ｈ Ｂａｌｋａｒｉｓｌｍａｎ．Ｅｎｅｒｇｙ－ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｆｏｒ ｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋｓ［Ａ］／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ３３ｒｄ ａｎｎｕａｌＨａｗａｉｉ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｈａｗａｉｉ：ＩＥＥＥ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｓｏｃｉｅｔｙ
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Ｃｈａｎｄｒａｋａｓａｎ，Ｈ Ｂａｌｋａｒｉｓｈｎａｎ．Ａｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｆｏｒ ｗｉｒｅ－ｌｅｓｓ ｍｉｃｒｏｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２００２，１（４）：６６０－
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陈志刚．无线传感器网络的连通成簇算法［Ｊ］．小型微型计算机系统，２００８，２９（１１）：２０４１－
２０４５．（编辑：张月清）
４１１
基于无线传感器网络的环境监测系统设计与实现
南京航空航天大学 硕士学位论文 基于无线传感器网络的环境监测系统设计与实现 姓名：耿长剑 申请学位级别：硕士 专业：电路与系统 指导教师：王成华 20090101
南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种集成了计算机技术、通信技术、传感器技术的新型智能监控网络，已成为当前无线通信领域研究的热点。 随着生活水平的提高，环境问题开始得到人们的重视。传统的环境监测系统由于传感器成本高，部署比较困难，并且维护成本高，因此很难应用。本文以环境温度和湿度监控为应用背景，实现了一种基于无线传感器网络的监测系统。 本系统将传感器节点部署在监测区域内，通过自组网的方式构成传感器网络，每个节点采集的数据经过多跳的方式路由到汇聚节点，汇聚节点将数据经过初步处理后存储到数据中心，远程用户可以通过网络访问采集的数据。基于CC2430无线单片机设计了无线传感器网络传感器节点，主要完成了温湿度传感器SHT10的软硬件设计和部分无线通讯程序的设计。以PXA270为处理器的汇聚节点，完成了嵌入式Linux系统的构建，将Linux2.6内核剪裁移植到平台上，并且实现了JFFS2根文件系统。为了方便调试和数据的传输，还开发了网络设备驱动程序。 测试表明，各个节点能够正确的采集温度和湿度信息，并且通信良好，信号稳定。本系统易于部署，降低了开发和维护成本，并且可以通过无线通信方式获取数据或进行远程控制，使用和维护方便。 关键词：无线传感器网络，环境监测，温湿度传感器，嵌入式Linux，设备驱动
Abstract Wireless Sensor Network, a new intelligent control and monitoring network combining sensor technology with computer and communication technology, has become a hot spot in the field of wireless communication. With the improvement of living standards, people pay more attention to environmental issues. Because of the high maintenance cost and complexity of dispose, traditional environmental monitoring system is restricted in several applications. In order to surveil the temperature and humidity of the environment, a new surveillance system based on WSN is implemented in this thesis. Sensor nodes are placed in the surveillance area casually and they construct ad hoc network automatieally. Sensor nodes send the collection data to the sink node via multi-hop routing, which is determined by a specific routing protocol. Then sink node reveives data and sends it to the remoted database server, remote users can access data through Internet. The wireless sensor network node is designed based on a wireless mcu CC2430, in which we mainly design the temperature and humidity sensors’ hardware and software as well as part of the wireless communications program. Sink node's processors is PXA270, in which we construct the sink node embedded Linux System. Port the Linux2.6 core to the platform, then implement the JFFS2 root file system. In order to facilitate debugging and data transmission, the thesis also develops the network device driver. Testing showed that each node can collect the right temperature and humidity information, and the communication is stable and good. The system is easy to deploy so the development and maintenance costs is reduced, it can be obtained data through wireless communication. It's easy to use and maintain. Key Words: Wireless Sensor Network, Environment Monitoring, Temperature and Humidity Sensor, Embedded Linux, Device Drivers
无线传感器网络课后习题'答案
1-2.什么是无线传感器网络? 无线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。目的是协作地探测、处理和传输网络覆盖区域内感知对象的监测信息,并报告给用户。 1-4.图示说明无线传感器网络的系统架构。 1-5.传感器网络的终端探测结点由哪些部分组成?这些组成模块的功能分别是什么? (1)传感模块（传感器、数模转换）、计算模块、通信模块、存储模块电源模块和嵌入式软件系统 (2)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，存储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，电源模块负责结点供电，结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? (1)网络通信协议：类似于传统Internet网络中的TCP/IP协议体系。它由物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层组成。 (2)网络管理平台：主要是对传感器结点自身的管理和用户对传感器网络的管理。包括拓扑控制、服务质量管理、能量管理、安全管理、移动管理、网络管理等。 (3)应用支撑平台：建立在网络通信协议和网络管理技术的基础之上。包括一系列基于监测任务的应用层软件，通过应用服务接口和网络管理接口来为终端用户提供各种具体应用的支持。 1-9.传感器网络的结构有哪些类型?分别说明各种网络结构的特征及优缺点。 （1）根据结点数目的多少，传感器网络的结构可以分为平面结构和分级结构。如果网络的规模较小，一般采用平面结构；如果网络规模很大，则必须采用分级网络结构。 （2）平面结构：
无线传感器网络路由协议
无线传感器网络的关键技术有路由协议、MAC协议、拓扑控制、定位技术等。路由协议: 数据包的传送需要通过多跳通信方式到达目的端,因此路由选择算法就是网络层设计的一个主要任务。路由协议主要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: 1、寻找源节点与目的节点间的优化路径。 2、将数据分组沿着优化路径正确转发。 无线传感器与传统的无线网络协议不同之处,它受到能量消耗的制约,并且只能获取到局部拓扑结构的信息,由于这两个原因,无线传感器的路由协议要能够在局部网络信息的基础上选择合适路径。传感器由于它很强的应用相关性,不同应用中的路由协议差别很大,没有通用的路由协议。无线路由器的路由协议应具备以下特点: （1）能量优先。需要考虑到节点的能量消耗以及网络能量均衡使用的问题。（2）基于局部拓扑信息。WSN为了节省通信能量,通常采用多跳的通信模式,因此节点如何在只能获取到局部拓扑信息与资源有限的情况下实现简单高效的路由机制,这就是WSN的一个基本问题。 （3）以数据为中心。传统路由协议通常以地址作为节点的标识与路由的依据,而WSN由于节点的随机分布,所关注的就是监测区域的感知数据,而不就是具体哪个节点获取的信息,要形成以数据为中心的消息转发路径。（4）应用相关。设计者需要针对每一个具体应用的需求,设计与之适应的特定路由机制。 现介绍几种常见的路由协议(平面路由协议、网络分层路由协议、地理定位辅助路由协议): 一、平面路由协议 平面路由协议中,逻辑结构时平面结构,节点间地位平等,通过局部操作与反馈信息来生成路由。当汇聚点向某些区域发送查询并等待来自于这些区域内传感器所采集的相关数据,其中的数据不能采用全局统一的ID,而就是要采用基于属性的命名机制进行描述。平面路由的优点就是结构简单、鲁棒性(即路由机制的容错能力)较好,缺点就是缺乏对通信资源的优化管理,对网络动态变化的反应速度较慢。其中典型的平面路由协议有以下几种: 1、1、洪泛式路由(Flooding): 这就是一种传统的网络通信路由协议。这种算法不要求维护网络的拓扑结构与相关路由的计算,仅要求接受到信息的节点以广播形式转发数据包。例如:S节点要传送一段数据给D节点,它需要通过网络将副本传送给它每一个邻居节点,一直到传送到节点D为止或者为该数据所设定的生存期限为零为止。优点在于:实现简单;不需要为保持网络拓扑信息与实现复杂路由发现算法消耗计算资源;适用于鲁棒性较高的场合。但同时也有相应的缺点:一个节点可能得到一个数据的多个副本;存在部分重叠,如果相邻节点同时对某件事作出反应,则两个节点的邻居节点将收到两份数据副本;盲目使用资源,无法作出自适应的路由选择。 为克服Flooding算法这些固有的缺陷,S、Hedetniemi等人提出闲聊式(Gossiping)策略。这种算法采用随机性原则,即节点发送数据时不再采用广播形式,而就是随机选取一个相邻节点转发它接收到的数据副本(避免了消息爆炸的结果)。
项目三了解无线传感器协议栈
项目三了解无线传感器协议栈 项目三了解ZigBee无线传感器网络协议栈知识目标1.掌握zigbee无线传感器网络的协议栈和协议的区别等知识。 2.掌握Z-Stack协议栈的OSAL分配机制。 3.了解Z-Stack协议栈的OSAL运行机制。 4.掌握Z-Stack协议栈的OSAL常用函数。 项目三了解ZigBee无线传感器网络协议栈技能目标1.掌握 Z-Stack协议栈的运行机制。 2.掌握Z-Stack协议栈中OSAL的添加新任务的方法。 项目三了解ZigBee无线传感器网络协议栈在实际zigbee无线传感器网络工程的开发过程中首先借助TI提供的协议栈中例程SampleApp，接着根据需要完成的功能，查看支持Z-Stack协议栈的硬件电路图，再查阅数据手册（CC2530的数据手册、Z-Stack协议栈说明、Z-Stack协议栈API函数使用说明等）文件，然后再进行协议栈的修改。 最后，还需要烧录器下载到相应的硬件，实现zigbee无线传感器网络的组建和开发。 设计思路3.1.1协议与协议栈协议定义的是一系列的通信标准，通信双方需要共同按照这一标准进行正常的数据收发；议栈是协议的具体实现形式。 通俗的理解为代码实现的函数库，以便于开发人员调用。
3.1Z-Stack协议栈3.1.1协议与协议栈协议栈是指网络中各层协议的总和，一套协议的规范。 其形象地反映了一个网络中文件传输的过程由上层协议到底层协议，再由底层协议到上层协议。 使用最广泛的是因特网协议栈，由上到下的协议分别是应用层（Http、Tel、DNS、Email等），运输层（TCP、UDP），网络层（IP），链路层（WI-FI、以太网、令牌环、FDDI等）。 3.1Z-Stack协议栈3.1.1协议与协议栈3.1Z-Stack协议栈3.1.1协议与协议栈Zigbee协议栈开发的基本思路如下。 ①借助TI提供的协议栈中例程SampleApp进行二次开发，用户不需要深入研究复杂的zigbee协议栈，这样可以减轻开发者的工作量。 ②Zigbee无线传感器网络中数据采集，只需要用户在应用层加入传感器的读取函数和添加头文件即可实现。 ③如果考虑节能，可以根据数据采集周期（zigbee协议栈例程中已开发了定时程序）进行定时，定时时间到就唤醒zigbee终端节点，终端节点唤醒后，自动采集传感器数据，然后将数据发送给路由器或者直接发给协调器，即监测节点定时汇报监测数据。 ④协调器（网关）根据下发的控制命令，将控制信息转发到具体的节点，即控制节点等待控制命令下发。 3.1Z-Stack协议栈3.1.2使用Z-Stack协议栈传输SampleApp.c 中定义了发送函数static voidSampleApp_SendTheMessage(void)。 该函数通过调用AF_DataRequest来发送数据。
(中文)基于无线传感器网络桥梁安全监测系统
基于无线传感器网络的桥梁安全检测系统 摘要 根据桥梁监测无线传感器网络技术的桥梁安全监测系统，以实现方案的安全参数的需要；对整个系统的结构和工作原理的节点集、分簇和关键技术，虽然近年来在无线传感器网络中，已经证明了其潜在的提供连续结构响应数据进行定量评估结构健康，许多重要的问题，包括网络寿命可靠性和稳定性、损伤检测技术，例如拥塞控制进行了讨论。 关键词：桥梁安全监测；无线传感器网络的总体结构；关键技术 1 阻断 随着交通运输业的不断发展，桥梁安全问题受到越来越多人的关注。对于桥梁的建设与运行规律，而特设的桥梁检测的工作情况，起到一定作用，但是一座桥的信息通常是一个孤立的片面性，这是由于主观和客观因素，一些桥梁安全参数复杂多变[1]。某些问题使用传统的监测方法难以发现桥梁存在的安全风险。因此长期实时监测，预报和评估桥梁的安全局势，目前在中国乃至全世界是一个亟待解决的重要问题。 桥梁安全监测系统的设计方案，即通过长期实时桥跨的压力、变形等参数及测试，分析结构的动力特性参数和结构的评价科关键控制安全性和可靠性，以及问题的发现并及时维修，从而确保了桥的安全和长期耐久性。 近年来，桥梁安全监测技术已成为一个多学科的应用，它是在结构工程的传感器技术、计算机技术、网络通讯技术以及道路交通等基础上引入现代科技手段，已成为这一领域中科学和技术研究的重点。 无线传感器网络技术，在桥梁的安全监测系统方案的实现上，具有一定的参考价值。 无线传感器网络（WSN）是一种新兴的网络科学技术是大量的传感器节点，通过自组织无线通信，信息的相互传输，对一个具体的完成特定功能的智能功能的协调的专用网络。它是传感器技术的一个结合，通过集成的嵌入式微传感器实时监控各类计算机技术、网络和无线通信技术、布式信息处理技术、传感以及无线发送收集到的环境或各种信息监测和多跳网络传输到用户终端[2]。在军事、工业和农业，环境监测，健康，智能交通，安全，以及空间探索等领域无线传感器网络具有广泛应用前景和巨大的价值。 一个典型的无线传感器网络，通常包括传感器节点，网关和服务器，如图1
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：
无线传感器网络的特点
无线传感器网络的特点 大规模网络 为了获取精确信息，在监测区域通常部署大量传感器节点，传感器节点数量可能达到成千上万，甚至更多。传感器网络的大规模性包括两方面的含义：一方面是传感器节点分布在很大的地理区域内，如在原始大森林采用传感器网络进行森林防火和环境监测，需要部署大量的传感器节点；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。 传感器网络的大规模性具有如下优点：通过不同空间视角获得的信息具有更大的信噪比；通过分布式处理大量的采集信息能够提高监测的精确度，降低对单个节点传感器的精度要求；大量冗余节点的存在，使得系统具有很强的容错性能；大量节点能够增大覆盖的监测区域，减少洞穴或者盲区。 自组织网络在 传感器网络应用中，通常情况下传感器节点被放置在没有基础结构的地方。传感器节点的位置不能预先精确设定，节点之间的相互邻居关系预先也不知道，如通过飞机播撒大量传感器节点到面积广阔的原始森林中，或随意放置到人不可到达或危险的区域。这样就要求传感器节点具有自组织的能力，能够自动进行配置和管理，通过拓扑控制机制和网络协议自动形成转发监测数据的多跳无线网络系统。在传
感器网络使用过程中，部分传感器节点由于能量耗尽或环境因素造成失效，也有一些节点为了弥补失效节点、增加监测精度而补充到网络中，这样在传感器网络中的节点个数就动态地增加或减少，
从而使网络的拓扑结构随之动态地变化。传感器网络的自组织性要能够适应这种网络拓扑结构的动态变化。动态性网络传感器网络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传感器网络的传感器、感知对象和观察者这三要素都可能具有移动性；④新节点的加入。这就要求传感器网络系统要能够适应这种变化，具有动态的系统可重构性。 可靠的网络 传感器网络特别适合部署在恶劣环境或人类不宜到达的区域，传感器节点可能工作在露天环境中，遭受太阳的暴晒或风吹雨淋，甚至遭到无关人员或动物的破坏。传感器节点往往采用随机部署，如通过飞机撒播或发射炮弹到指定区域进行部署。这些都要求传感器节点非常坚固，不易损坏，适应各种恶劣环境条件。由于监测区域环境的限制以及传感器节点数目巨大，不可能人工“照顾每个传感器节点，网络的维护十分困难甚至不可维护。传感器网络的通信保密性和安全性也十分重要，要防止监测数据被盗取和获取伪造的监测信息。因此，传感器网络的软硬件必须具有鲁棒性和容错性。
无线传感器网络的应用与影响因素分析
无线传感器网络的应用与影响因素分析 摘要：无线传感器网络在信息传输、采集、处理方面的能力非常强。最初，由于军事方面的需要，无线传感网络不断发展，传感器网络技术不断进步，其应用的范围也日益广泛，已从军事防御领域扩展以及普及到社会生活的各个方面。本文全面描述了无线传感器网络的发展过程、研究领域的现状和影响传感器应用的若干因素。关键词：无线传感器网络；传感器节点；限制因素 applications of wireless sensor networks and influencing factors analysis liu peng (college of computer science,yangtze university,jingzhou434023,china) abstract:wireless sensor networks in the transmission of informa- tion,collecting,processing capacity is very strong.initially,due to the needs of the military aspects of wireless sensor networks,the continuous development of sensor network technology continues to progress its increasingly wide range of applications,from military defense field to expand and spread to various aspects of social life.a comprehensive description of the development
无线传感器网络协议栈研究与设计-第3章
第3章 低功耗无线传感器网络协议栈整体设计 本章的目标是对低功耗环境测控网络协议栈进行整体设计。首先对环境测控系统进行需求分析明确其适用场景和网络设备类型；然后，根据需求分析确定协议栈的设计目标，并选择适合的网络拓扑结构和协议栈的分层架构。协议栈的网络层和MAC 层将作为本章的设计的重点。 3.1 网络需求分析 3.1.1 应用场景介绍 本课题来源于研究生校企合作项目，所设计的低功耗无线传感器协议栈主要应用于环境测控系统中。该系统长期无人值守，其温度、湿度等环境参数由连接无线节点的传感器实时采集并上传至汇聚节点，汇聚节点再通过有线的方式传输至面向用户的管理终端。多个子系统采集的数据最后由各自的管理终端传送至云端处理中心进行数据的保存，整个系统框图如图3.1所示。 云端处理中心 二级中继 汇聚节点 图3.1 环境测控系统框图 图中的环境测控无线网络是执行数据采集和设备控制的主体，也是协议栈发挥作用的区域。一个环境测控无线网络负责一个区域，区域之间有一定的距离，
因此无线网络之间不存在干扰，但无线网络的运行方式一致。该项目处于初期开发阶段，所以本文设计的协议栈只应用于单个环境测控无线网络中。 该课题所涉及的环境测控系统处于室内，人员进出频率低。网络中节点数不超过65个，包含一个汇聚节点。点对点通信的距离要求达到20米。传感器节点以10秒为周期采集并发送环境数据。考虑到室内可能会出现一些特殊设备、隔断等障碍影响通信距离，并使得部分节点处于屏蔽的位置，因此网络通过设置中继节点来扩展通信距离，经过中继后的通信距离要求60米及以上。由于成本等原因，课题设定数据包最多经过两级中继传递，每级中继最多4个，中继数量不超过8个。同时，系统中存在少量控制节点，控制节点连接室内的控温设备来调节室内温度。控制节点由工作人员从软件端下达命令进行开关，因此不具备周期性。该课题要求除汇聚节点、中继节点之外的所有节点能在1000mA/h电池的支持下工作一年以上。为保证数据采集的有效性和传输的可靠性，该课题要求多节点共享信道的丢包率在5%以内。此外，由于环境的特殊性，人员不能随时到场，还要求该环境测控网络中的节点具有安装简单、组网快速、配置容易的特点。以上需求总结如表3.1所示。 表3.1 环境测控系统需求指标 表3.1明确了该环境测控无线网络的要求。通过需求指标能使协议栈的设计更有约束性，设计方向也会更加明确。
基于无线传感器网络的智能交通系统的设计
一、课题研究目的 针对目前中国的交叉路口多，车流量大，交通混乱的现象研究一种控制交通信号灯的基于无线传感器的智能交通系统。 二、课题背景 随着经济的快速发展，生活方式变得更加快捷，城市的道路也逐渐变得纵横交错，快捷方便的交通在人们生活中占有及其重要的位置，而交通安全问题则是重中之重。据世界卫生组织统计，全世界每年死于道路交通事故的人数约有120 万，另有数100 万人受伤。中国拥有全世界1. 9 %的汽车，引发的交通事故占了全球的15 % ，已经成为交通事故最多发的国家。2000 年后全国每年的交通事故死亡人数约在10 万人，受伤人数约50万，其中60 %以上是行人、乘客和骑自行车者。中国每年由于汽车安全方面所受到的损失约为5180 亿(人民币)，死亡率为9 人/ 万·车，因此，有效地解决交通安全问题成为摆在人们面前一个棘手的问题。 在中国，城市的道路纵横交错，形成很多交叉口，相交道路的各种车辆和行人都要在交叉口处汇集通过。而目前的交通情况是人车混行现象严重，非机动车的数量较大，路口混乱。由于车辆和过街行人之间、车辆和车辆之间、特别是非机动车和机动车之间的干扰，不仅会阻滞交通，而且还容易发生交通事故。根据调查数据统计，我国发生在交叉口的交通事故约占道路交通事故的1/ 3，在所有交通事故类型中居首位，对交叉口交通安全影响最大的是冲突点问题，其在很大程度上是由于信号灯配时不合理(如黄灯时间太短,驾驶员来不及反应)，以及驾驶员不遵循交通信号灯，抢绿灯末或红灯头所引发交通流运行的不够稳定。随着我国经济的快速发展，私家车也越来越多，交通控制还是延续原有的定时控制，在车辆增加的基础上，这种控制弊端也越来越多的体现出来，造成了十字交叉路口的交通拥堵和秩序混乱，严重的影响了人们的出行。智能交通中的信号灯控制显示出了越来越多的重要性。国外已经率先开展了智能交通方面的研究。 美国VII系统(vehicle infrastructure integration)，利用车辆与车辆、车辆与路边装置的信息交流实现某些功能，从而提高交通的安全和效率。其功能主要有提供天气信息、路面状况、交叉口防碰撞、电子收费等。目前发展的重点主要集中在2个应用上: ①以车辆为基础; ②以路边装置为基础。欧洲主要是CVIS 系统(cooperative vehicle infrastructure system)。它有60 多个合作者，由布鲁塞尔的ERTICO 组织统筹，从2006 年2 月开始到2010年6月，工作期为4年。其目标是开发出集硬件和软件于一体的综合交流平台，这个平台能运用到车辆和路边装置提高交通管理效率，其中车辆不仅仅局限于私人小汽车，还包括公共交通和商业运输。日本主要的系统是UTMS 21 ( universal traffic management system for the 21st century , UTMS 21)。是以ITS 为基础的综合系统概念,由NPA (National Police Agency) 等5个相关部门和机构共同开发的，是继20 世纪90 年代初UTMS 系统以来的第2代交通管理系统，DSSS是UTMS21中保障安全的核心项目，用于提高车辆与过街行人的安全。因此，从国外的交通控制的发展趋势可以看出，现代的交通控制向着智能化的方向发展，大多采用计算机技术、自动化控制技术和无线传感器网络系统，使车辆行驶和道路导航实现智能化，从而缓解道路交通拥堵，减少交通事故，改善道路交通环境，节约交通能源，减轻驾驶疲劳等功能，最终实现安全、舒适、快速、经济的交通环境。
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 无线传感器网络技术试 题 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998 一、填空题 1. 传感器网络的三个基本要素：传感器、感知对象、用户(观察者) 2. 传感器网络的基本功能：协作式的感知、数据采集、数据处理、发布感知信息 3. 无线传感器节点的基本功能：采集数据、数据处理、控制、通信 4. 传感节点中处理部件用于协调节点各个部分的工作的部件。 5. 基站节点不属于传感器节点的组成部分 6. 定向扩散路由机制可以分为三个阶段：兴趣扩展阶段、梯度建立阶段、路径加强阶段 7. 无线传感器网络特点：大规模网络、自组织网络、可靠的网络、以数据为中心的网络、应用相关的网络 8. NTP时间同步协议不是传感器网络的的时间同步机制。 物理层。介质访问控制层 10. 从用户的角度看，汇聚节点被称为网关节点。 11. 数据融合的内容主要包括：多传感器的目标探测、数据关联、跟踪与识别、情况评估和预测 13. 传感器网络的电源节能方法：_休眠（技术）机制、__数据融合 14. 分布式系统协同工作的基础是时间同步机制 15. 无线网络可以被分为有基础设施的网络与没有基础设施的网络，在无线传感器网络，Internet网络，WLan网络，拨号网络中，无线传感器网络属于没有基础设施的网络。 16. 传感器网络中，MAC层与物理层采用的是IEEE制定的IEEE协议 17. 分级结构的传感器网络可以解决平面结构的拥塞问题 18. 以数据为中心特点是传感器网络的组网特点，但不是Ad-Hoc的组网特点 19. 为了确保目标节点在发送ACK过程中不与其它节点发生冲突，目标节点使用了SIFS帧间间隔 20. 典型的基于竞争的MAC协议为CSMA 二、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. B. C. D. 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 毕业设计开题报告 计算机科学与技术 无线传感器网络路由协议研究 一、选题的背景与意义 选题背景 随着微机电系统、无线通信技术、微型传感器技术和嵌入式技术的飞速发展，集数据采集、处理及通信功能于一体的无线传感器网络开始得到广泛的研究。网络层的路由协议是无线传感器网络研究的关键问题之一，它完成把数据分组从源节点引导到目的节点的功能。无线传感器节点是随机分布，电池供电，绝大部分的能量消耗是集中在无线通讯模块上，约占整个传感器节点能量消耗的80%。因此，目前提出的传感器节点通讯网络路由协议主要是围绕着减少能量消耗延长网络生命周期而进行设计的。 AOMDV多路径路由协议是无线传感器网络最重要的协议之一。通过它可以获得多条通信路径并且能够减少路由发现延迟，实现负载均衡，能够显著节省节点能量和防止瓶颈的产生。LEACH协议是传感器中具有负载均衡的很有用的一种协议。LEACH协议以循环的方式随机选择蔟首节点，将整个网络的能量负载平均分配到每个传感器节点中，从而达到降低网络能源消耗、提高网络整体生存时间的目的。这两种协议的研究对无线传感器路由协议的改进有很大帮助。 由于无线信道的广播特性，无线网络中任一节点发送的无线信号都可能被其通信范围的节点接收到。当局部空间范围内有两个以上的节点同时发送时，就有可能在接收节点处发生信号叠加，造成冲突，以至于接收节点无法正确接收到发送的信息。有效协调多个节点共享信道资源，避免冲突发生时无线网络面临的关键问题之一，直接影响着无线资源的使用效率、网络吞吐和时延等重要性能。所以，媒质接入控制（MAC）协议的研究也是无线传感器网络的重要课题之一。 课题意义 无线传感器网络是当前信息领域研究的热点，路由技术是无线传感器网络通信层的核心技术。目前，无线传感器网络路由协议研究的首要目标就是能量的高效利用，通过对网络层的路由协议的研究和分析，总结出优化的措施，同时基于NS2仿真平台对LEACH协议和AOMDV协议进行仿真和实验，在实验的基础上，对协议给予改进和优化， 文章编号:1004-9037(2009)02-0254-05 基于无线传感网络的大型结构健康监测系统 尚 盈 袁慎芳 吴 键 丁建伟 李耀曾 (南京航空航天大学智能材料与结构航空科技重点实验室,南京,210016) 摘要:针对大型碳纤维复合材料机翼盒段壁板结构,实现了基于无线传感网络的多点应变结构健康监测系统,采用自组织竞争神经网络成功判别了集中载荷模拟的损伤位置。本系统由传感采集子系统、无线传感网络子系统和终端监控子系统三部分组成。为了降低系统网络功耗及成本,提高系统的稳定性和可靠性,改善传感网络的实时性和同步性,设计了可直接配接无线传感网络节点的低功耗多通道应变传感器信号调理电路和基于无线传感网络的层次路由协议,开发了多通道应变数据采集、网络簇头转发和中继节点接收等主要软件模块。实验证明,相比于传统有线的监测方法和数据采集系统,基于无线传感网络的结构健康监测系统具有负重轻、成本低、易维护和搭建移动方便等优点。 关键词:无线传感网络;结构健康监测;层次路由协议;自组织竞争网络中图分类号:T P2;T P9 文献标识码:A 基金项目:国家“八六三”高技术研究发展计划(2007AA 032117)资助项目;国家自然科学基金(60772072,50420120133)资助项目;航空基金(20060952)资助项目。 收稿日期:2007-09-05;修订日期:2008-04-17 Large -Scale Structural Health Monitoring System Based on Wireless Sensor Networks S hang Ying ,Yuan Shenf ang ,Wu J ian ,Ding J ianw ei ,L i Yaoz eng (T he A ero nautic Key La bo rat or y o f Smart M ater ial and Str uct ur e,N anjing U niv ersit y o f Aer onautics and A str onautics,N anjing,210016,China) Abstract :Aimed at the large-scale structure and anisotropy nature o f the carbon fiber compos-ite material w ing box ,a large-scale structural health m onitoring system based on w ireless sen-sor netw orks is presented .A kind of artificial neural netw ork is designed to distinguish the damag e locatio n simulated by the co ncentrated load .The sy stem co nsists o f the sensor data ac-quisition,the w ireless sensor netw or ks,and the terminal monitoring sub-sy stem s.To im pro ve the performance o f the system ,the signal conditio ning circuit and the hierarchical routing pro -to col are designed based o n w ireless sensor netw orks ,the prog rams of data acquisition and Sink node are ex ploited.Experimental result pro ves that the system has advantag es of flexibili-ty o f deplo yment,low maintenance and deploym ent costs . Key words :w ir eless senso r netw or ks ;str uctural health monitoring ;hierarchical routing ;self -org anizing com petitive netw o rk 引 言 结构健康监测技术是采用智能材料结构的新概念,利用集成在结构中的先进传感/驱动元件网络,在线实时地获取与结构健康状况相关的信息(如应力、应变、温度、振动模态、波传播特性等),结 合先进的信号信息处理方法和材料结构力学建模 方法,提取特征参数,识别结构的状态,包括损伤,并对结构的不安全因素在其早期就加以控制,以消除安全隐患或控制安全隐患的进一步发展,从而实现结构健康自诊断、自修复、保证结构的安全和降低维修费用[1]。 无线传感网络节点具有局部信号处理的功能, 第24卷第2期2009年3月数据采集与处理Jour nal of D ata A cquisition &P ro cessing Vo l.24N o.2M a r.2009无线传感器网络技术试题
无线传感器网络路由协议研究【开题报告】
基于无线传感网络的大型结构健康监测系统_尚盈