无线传感网资料

无线传感网中的关键技术主要内容：无线网络中路由协议的介绍无线传感网络的应用无线传感网络介绍4123无线传感器网络无线传感器网络（wirelesssensornetwork,WSN）是由部署在监测区域内大量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，其目的是协作地感知、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。传感器、感知对象和观察者构成了传感器网络的三个要素。传感器网络结构传感器网络系统通常包括传感器节点、汇聚节点和管理节点。

大量传感器节点随机部署在监测区域内部或附近，能够通过自组织方式构成网络。传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输，在传输过程中监测数据可能被多个节点处理，经过多跳后路由到汇聚节点，最后通过互联网或卫星到达管理节点。用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理，发布监测任务以及收集监测数据。传感器网络结构任务管理中心Internet、卫星或移动通信网络等汇聚节点监测区域传感器节点传感器网络结构传感器节点

通常是一个微型的嵌入式系统，它的处理能力、存储能力和通信能力相对较弱，通过携带能量有限的电池供电。

从网络功能上看，每个传感器节点兼顾传统网络节点的终端和路由器双重功能，除了进行本地信息收集和数据处理外，还要对其他节点转发来的数据进行存储、管理和融合等处理，同时与其他节点协作完成一些特定任务。传感器网络结构汇聚节点

汇聚节点的处理能力、存储能力和通信能力相对比较强，它连接传感器网络与Internet等外部网络，实现两种协议栈之间的通信协议转换，同时发布管理节点的监测任务，并把收集的数据转发到外部网络上。

汇聚节点既可以是一个具有增强功能的传感器节点，有足够的能量供给和更多的内存与计算资源，也可以是没有监测功能仅带有无线通信接口的特殊网关设备。传感器节点结构传感器节点结构传感器模块：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他节点发来的数据无线通信模块：负责与其他传感器节点进行无线通信，交换控制消息和收发采集数据能量供应模块：传感器节点提供运行所需的能量，通常采用微型电池传感器节点结构无线传感器网络节点组成结构图传感器网络协议栈传感器网络协议栈

右图是早期提出的一个协议栈，这个协议栈包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层，与互联网协议栈的五层协议相对应。

协议栈还包括能量管理平台、移动管理平和任务管理平台。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，支持多任务和资源共享。传感器网络协议栈

物理层提供简单但健壮的信号调制和无线收发技术；

数据链路层负责数据成帧、帧检测、媒体访问和差错控制；

网络层主要负责路由生成与路由选择；

传输层负责数据流的传输控制；

应用层包括一系列基于监测任务的应用层软件；

能量管理平台管理传感器节点如何使用能源，在各个协议层都需要考虑节省能量；

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其邻居的位置；

任务管理平台在一个给定的区域内平衡和调度监测任务。右图所示的协议栈细化并改进了原始模型。定位和时间同步子层在协议栈中的位置比较特殊。它们既要依赖于数据传输通道进行协作定位和时间同步协商，同时又要为网络协议各层提供信息支持。

右边的诸多机制一部分融入到上图所示的各层协议中，用以优化和管理协议流程；另一部分独立在协议外层，通过各种收集和配置接口对相应机制进行配置和监控。无线传感网络特点无线传感网络包含了大面积的空间分布能源受限制网络自动配置，自动识别节点网络的自动管理和高度协作性与移动adhoc网络的区别无线传感网络中的关键技术网络安全协议问题大规模传感器网络中的节点移动性管理网络的自动配置和自动康复和维持系统能量有效性系统功耗问题无线传感器网络路由协议分析无线传感网络具备的主要特征：自组织网络无中心网络固定或动态自组织的网络拓扑结构数据发送模式节点类型多跳路由网络的安全性无线传感网络路由协议的分类根据网络的逻辑结构和层次体系，无线传感器网络的路由协议沿用了移动自组织无线网络的路由协议分类方法，将其路由协议分为平面路由和层次路由两种类型。无线传感网络路由协议的分类平面路由，所有的传感器节点没有层次关系，节点间地位平等在数据采集和处理中充当同样的功能，节点的信息感知和数据处理任务由节点间的相互协调、共同完成。

洪泛路由协议、SPIN、DD等层次路由，传感器节点依据某种额分簇算法形成相应的簇，簇中选取一个簇头节点，通过簇内节点的多条通信和数据融合来减少信息发送次数，以节约能耗，延长网络的生存周期。LEACH、PEGASIS等

现有路由协议分析Flooding协议是洪泛式路由技术中最经典、最简单的传统路由协议，一般用于小规模的传感网络。Flooding协议通过广播的形式在节点间传递数据包，传感器节点感知或收到数据向邻节点广播数据包信息，经过多跳转发后数据发送到目标节点或数据才停止此次数据广播，若数据不到达预定的目标节点，广播会持续反复进行，除非被中止条件如数据有效提限或预先设定的最大跳数所捕获，而强行中止。反复广播性存在的缺陷：消息的“内爆”问题消息的交叠问题资源利用盲目Flood消息“内爆”和“重叠”Gossiping协议是对Flooding协议进行了改进，传感器网络的节点在感知或接收到数据后直接转发给相邻节点而是随机转发给相邻的预设数节点，以防止“内爆”问题的出现，但时延方面有所加大。无线传感器网络的泛洪式路由是一种直接、简单的实现方式，但存在消息的“内爆”题“重叠”以单“资源盲点”的问题，不适用于构建大规模、要求存活周提长的传感网络。洪泛快照在一个理想的环境中，我们期望洪泛像水波一样从源节点开始有序、均匀地向外扩散。洪泛并不像我们期望的那样总是逐跳向外传播，在某些区域洪泛朝着靠近源节点的方向延伸，比如图(b)中的链路(6,3)—(6,2)，图(c)中也有大量的后向链路。在有些情况下，数据包在相距很远（超出预期）的两个节点间也能正常传输，如图(a)中的(5,0)—(1,1)和(5,0)—(2,3)。某些节点未像期望的那样参与到洪泛传输中，如图(c)中的(3,4)。随着时间的推进，树结构呈现出一种高度群集的现象，即树中的大部分节点只有很少的后代或没有后代，而少量节点却有许多孩子节点。以上这些现象均和我们预期的洪泛行为不符，表现出洪泛的不均匀性。SPIN协议是第一个以数据为中心的并能适用于无线传感网络的路由协议。SPIN协议改进了Flooding题Gossiping协议的单向转发任何接收到的数据的缺陷，建立了节点间的对话机制，引入了命题机制用抽象的元数据对传输的数据进行命名。协议采用ADV-REQ-DATA的消息传输机制SPIN协议的路由建立与数据传输DirectedDiffusion协议改进了SPIN的元数据命题方式，采用属性/值的方式对元数据命题，是一个重要的基于数据的、查询驱动并且可应用与无线传感器网络的路由协议。DirectedDiffusion协议的路由建立过程LEACH路由协议是一种基于聚类(Clusetring)的低功耗、自适应的层次型路由协议，大多数的聚类路由协议都是LEACH路由协议的派生和发展，因而LEACH路由协议是无线传感器网络路由协议最具有代表性的协议之一。LEACH路由协议在将路由的建立划分两阶段，即启动阶段(Set-upphase）和就绪阶段(Readyphase)，启动阶段题就绪阶段的时间加和称为一轮(Round)。启动阶段LEACH协议主要进行传感器网络的簇头选择，但需要确保簇头与基站之间数据传输的高能耗成本均匀单分摊到所有传感器节点。簇头选择算法为：任意选取一个传感器节点，又该节点在0到1之间选择一个随机值，如果该值小于某一个阀值T(n)，那么这个传感器节点就会成为簇头节点。N:网络中传感器的节点总数P：一轮中网络的簇头节点数r：已完成的轮数G:在剩余的N/K-r个回合中未成为簇头节点的传感器节点的集合一旦传感器网络中某一簇头节点被选定，该簇头节点会对传感器网络的每一个节点发送该节点成为簇头节点广播，其他的传感器节点收到各个簇头节点广播信息后，对网络中所有簇头节点信类强度进行比较并选择信类强度最大的簇头节点并加入其节点成员网络，至此簇形成了，转入就绪阶段。一旦无线传感器网络的簇处于就绪阶段，簇头节点开始接收簇内各节点采集的数据并采用数据融合题数据压缩等技术对数据国行汇聚处理，然后将处理后的数据传输给信宿节点。在就绪阶段持续了一段时间后，网络又进入了另一次的类启动阶段。LEACH协议的原理图多层聚类协议是无线传感器网络中基于LEACH路由协议的聚簇层密协议，它改进了LEACH协议的簇头选举方式，通过预设的指标如储备能力、所处层密等信息进行簇头选举竞争，层层选拔和竞争，以选择该Round时间内出最优的簇头，形成聚簇层密结构，以实现节点能源的充分利用，延长无线传感网络的存活时间。在每一个新的工作周提Round开始时都要进行簇头的竞争。多层聚类协议的簇头竞争具有递归性，反复的递归性簇竞争会造成额外能耗的损失，最终多少层的层级结构是合适的，目前只能是通过经验预设，尚无确切的规程来决定。多层聚类协议协议比较无线传感网络的应用军事环境观测和预报系统医疗护理智能家居建筑物状态监控其他无线传感网络的应用37传感器网络战场评估生活习性监测地震监测深海监控医疗状况监控目标跟踪和检测小区安全监控精细农业森林火灾监控无线传感网络的应用无线传感器网络应用实例展示智能家居厂房设备及环境监控精细农业种植医院病房电子巡检无线传感器网络应用举例—医院病房电子巡检无线传感器网络应用举例—医院病房电子巡检在病人身上安装带有射频标签的微型无线传感器，动态感知病人信息。无线传感器网络应用举例—医院病房电子巡检病房外的医生携带PDA等通讯设施。无线传感器网络应用举例—医院病房电子巡检得知病人病情后，医生将通知值勤护士或者急救人员前往病房救助。智能家居厂房设备及环境监控精细农业种植医院病房电子巡检无线传感器网络应用举例—精细农业种植无线传感器网络应用举例—精细农业种植农场监控中心实时监控农场信息，耕作者及时了解农场温度、光照度、土壤酸碱度等，以便对农作物的生长情况进行控制。智能家居厂房设备及环境监控