无线自组网竞争类MAC协议分析及研究
无线自组网是一种没有任何中心实体的，由一组带有无线通信收发装置的移动终端节点组成的自治性网络。依靠节点间的相互协作可在任何时刻、任何地点以及各种移动、复杂多变的无线环境中自行成网，并借助多跳转发技术来弥补无线设备的有限传输距离，从而拓宽网络的传输范围，为用户提供各种服务、传输各种业务。在现代化战场上，如数字化与自动化战场、各种军事车辆、士兵之间的协同通信、发生地震等自然灾害后、搜救与营救以及移动办公、虚拟教室、传感器网络等通信领域应用非常广泛。其中MAC协议是无线自组网协议的基础，控制着节点对无线媒体的占用，对自组织网的整体性能起着决定性的作用。从自组织网出现至今，MAC协议设计一直是研究的重点。目前，移动自组织网采用的信道访问控制协议大致包括3类：竞争协议、分配协议、竞争协议和分配协议的组合协议(混合类协议)。这3种协议的区别在于各自的信道接入策略不同。由于MAC协议的研究主要集中在基于竞争的机制，本文着重针对竞争类协议中几种较常用的典型MAC协议进行对比分析，并在OPNET 仿真建模软件中创建出各协议的状态模型，这对无线自组织网络仿真研究及选择高效适用的MAC技术方案具有实际参考价值。1 竞争协议的概念及特点竞争协议是使用直接竞争来决定信道访问权，并且通过随机重传来解决碰撞问题。ALOHA协议和载波侦听多址访问CSMA 协议就是竞争协议的典型例子。除了时隙化的ALOHA协议，大多数竞争协议都使用异步通信模式。这种协议在低传输负荷下运行良好，如碰撞次数少，信道利用率高、分组传输时延小。随着传输负荷的增大，往往使协议性能下降、碰撞次数增多。在传输负荷很重的时候，竞争协议可能随着信道利用率下降而变得不稳定。这就可能导致分组传输时延呈指数形式增大，以及网络服务的崩溃。这就对MAC协议的设计提出了较高的要求。当前无线自组网中MAC协议的设计面临如下几个问题。1．1 隐藏终端和暴露终端无线自组网的无线信道是一个共享的广播信道，但它不是一跳共享的，而是多跳的共享信道。此外，每个结点的通信范围有限，因此报文冲突与节点所处位置有关，结点之间的传播时延不可忽略，带来隐藏终端和暴露终端的问题。1．1．1 隐藏终端隐终端问题指在接收结点的覆盖范围内而在发送结点的覆盖范围之外的结点。隐藏终端因听不到发送结点的发送而可能向同样的接收结点发送报文，造成报文在接收结点处冲突()，但因为它在接收结点的通信范围之外，它的发送实际上并不会造成冲突。因此必须想办法避免这两种终端带来的冲突，尽可能提高吞吐率，减小时延。1．2 信道使用的公平性在无线自组网络中，一个需要解决的关键问题是设计公平高效的MAC访问协议。所谓公平，是指竞争无线信道的节点能公平共享无线信道的带宽；所谓高效，是要尽量选用合适的退避算法，保证竞争用户使用信道的公平性。由于网络中各节点共享信道，不可避免要采取退避手段解决竞争问题。所采用的退避算法既要尽量降低各节点间的冲突概率，又要避免因退避时间过长而降低信道利用率，同时还要保证各节点能公平地访问信道。1．3 节点移动的影响由于无线自组网中节点能够自由移动，这就造成了网络拓扑结构的不断变化，这也会对Adhoc网络媒体接入控制协议带来一定的影响。当一对节点正在通信时，因为移动而进入接收节点通信范围的节点可能会发送(或正在发送)数据而引起分组冲突，这被称为入侵终端问题。实际上结点移动对信道接入协议的影响是较小的。2 几种典型的竞争类MAC协议为了避免隐藏终端和暴露终端问题以及信道使用公平性等问题，在无线自组网领域已提出了很多较为高效的MAC协议，典型的如：MACA，MACAW，802．11MAC，FAMA协议。本文将对以上几种协议进行协议分析及比较。2．1 多址访问与碰撞回避(MACA)协议 MACA协议使用控制分组握手诊断来减轻隐藏终端干扰和使暴露终端个数最少。MACA 协议采用两种固定长度的短分组，即请求发送(RTS)和允许发送(CTS)。节点A发送数据给节点B时，首先向B发送一个RTS分组，RTS分组包括发送数据的长度。节点B收到RTS分组，并且当前不在退避中，则立即应答CTS分组，CTS分组也包含发送数据的长度。节点A收到
CTS分组后，立即发送数据。旁听到RTS分组的任何节点则推迟其发送，直到有关CTS分组发送完为止。旁听到CTS分组的任何节点推迟其发送，推迟时间长度等于预定数据发送所需时间。如果发送节点没有收到相应的CTS帧，它将认为由于冲突RTS帧已经遭到破坏，随后执行一个二进制指数退避算法BEB，延迟重发RTS帧。MACA协议的优点是提高了信道的利用率，降低了数据帧发生冲突的概率，通过采用RTS／CTS机制，协议解决了隐藏终端问题，但暴露终端问题并没有解决。而且MACA协议不能避免控制帧之间的冲突，同时使用BEB退避算法将会引发公平性问题。2．2 MACAW MACAW是对MACA的改进，它采取以下措施：1)用载波侦听来避免RTS控制分组之间的碰撞，使用正确应答ACK分组来辅助丢失分组的迅速恢复。报文的交互顺序为RTS—CTS—DS—DATA—ACK。2)为防止正确应答ACK 分组的碰撞，原节点发送一个数据发送(DS)分组来提醒暴露终端正确应答ACK分组即将发送。ACK和DS控制帧的使用，增加了数据传输的可靠性。控制帧ACK作为链路层确认帧，它的使用能够增加传输层的吞吐率。3)采用MILD(倍数递增线性递减)退避算法取代BEB退避算法。虽然MILD算法不能完全消除不公平现象，但它要比BEB算法公平的多。但是它仍然不能避免控制帧的冲突。MACAW的改进实际上是以增加协议开销为代价的，同时只是部分解决了隐藏终端和暴露终端问题。2．3 IEEE 802．11MAC协议 IEEE802．11MAC是以CSMA／CA为基础，具有分布式协调功能的MAC协议。该协议包括载波检测(CS)机制、帧间间隔(IFS)和随机退避(ra-ndom back-off)规程。站点要发送数据时，按照CSMA／CA的访问方式接入信道，需要发送数据的终端首先监听信道的忙闲，如果空闲则可以进行发送处理，但不是马上发送数据帧，而是由CSMA／CA分布算法，控制各种数据帧相应的时间间隔(IFS)，只有当信道空闲的时间长度大于规定的帧间间隔IFS时，结点才会认为信道空闲，开始发送。如检测到媒体正在传送数据，则该节点将推迟竞争信道，一直延迟到现行的传输结束为止。在延迟之后，该终端要经过一个随机退避时间重新竞争信道使用权。IEEE802．11MAC仍使用的是RTS／CTS 握手机制，碰撞仍然会发生并且未解决隐藏节点和暴露节点问题，同时采用的二进制指数退避算法容易带来信道的公平性问题。2．4 FAMA FAMA是一个描述一类无线信道接入协议的框架，这类协议在发送数据之前要先使用控制报文预约信道，该协议允许一次RTS—CTS成功握手连续发送多个数据报文，以此来提高信道的利用率。其中FAMA—NCS可被用于无线自组网络，FAMA—NCS采用了载波监听机制，并通过CTS 控制报文的长度，避免了隐发送终端的影响。3 OPNET平台下各协议进程模型的构建对无线网络MAC协议的研究中，协议状态模型的建立是仿真分析的基础和前提，本文利用Opnet 仿真建模软件，创建出了上述各协议的状态分析模型。3．1 Opnet建模环境实验选用opnet 网络仿真建模软件来构建上述各无线MAC协议的状态模型。OPNET软件是美国MIL3公司推出的专门用于对通信网进行仿真的软件包，它可以提供大型通信网络和分布系统的仿真建模环境，可以利用离散事件仿真技术来分析已建模系统的性能和行为。OPNET建模分为网络模型、节点模型、进程模型三个层次。网络模型是最高层次的模型，由网络节点和连接网络节点的通信链路组成，由该层模型可直接建立起仿真网络的拓扑结构。结点模型由各种协议模块和连接协议模块的各种连接方式组成，如物理接口模块、MAC模块、IP模块、路由模块等。在结构上每个模块对应一个或多个进程模型，而进程模型由有限状态机来描述，并采用C语言编程实现。3．2 各协议进程模型的构建在Opnet中，是由具体的进程模型来实现各节点模型的功能。每个进程模型是一个由c代码实现的有限状态机。本文对以上4种协议进行了分析，并在此基础构建出各自的有限状态机模型如下： 1)MACA协议进程模型状态分析。
2)MACAW协议进程模型状态分析。 3)IEEE 802．11 DCF协议进程模型状态分析。
4)FAMA—NCS协议进程模型状态分析。4 几种协议的性能比较根据3．2中状态图描述，几种协议的性能比较如表1所示。
5 结束语无线自组织网络是一种无基础设施的移动网络，其中存在大量的移动节点，并且每个节点的业务多以突发业务为主，使得信道资源分配不适合采用固定的方式。对此，MAC 协议的研究主要集中在基于竞争的机制。如何在解决多个节点公平接入共享信道的基础上尽量提高信道利用率，已成为研究的一个热点。文中所介绍的几种信道接入协议，在某种程度上解决了信道接入问题，但都存在一定的局限性。因此，当前的MAC协议还存在着许多亟待解决的问题，需要进一步地深入研究。
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 当前对于无线传感技术的研究仍然处在一个高速发展的阶段，低功耗就是其发展方向之一，而低功耗与高性能的结合实现还不完全。因此，为了更好的实现无线传感模块的功能，增加模块的可靠性和使用寿命，通过对无线传感节点的硬件功耗的分析，确定无线传感模块各单元的基本功率消耗，并进行相应比较，确定需重点降耗的单元，在此基础上结合当前对低功耗无线传感模块的研究，通过对比分析选择合适的芯片完成对低功耗无线传输模块的自主设计和制作。并辅助软件开发人员完成各子模块的驱动编写，实现低功耗无线传感模块的整体通信功能。
无线自组网竞争类MAC协议分析及研究 无线自组网是一种没有任何中心实体的，由一组带有无线通信收发装置的移动终端节点组成的自治性网络。依靠节点间的相互协作可在任何时刻、任何地点以及各种移动、复杂多变的无线环境中自行成网，并借助多跳转发技术来弥补无线设备的有限传输距离，从而拓宽网络的传输范围，为用户提供各种服务、传输各种业务。在现代化战场上，如数字化与自动化战场、各种军事车辆、士兵之间的协同通信、发生地震等自然灾害后、搜救与营救以及移动办公、虚拟教室、传感器网络等通信领域应用非常广泛。其中MAC协议是无线自组网协议的基础，控制着节点对无线媒体的占用，对自组织网的整体性能起着决定性的作用。从自组织网出现至今，MAC协议设计一直是研究的重点。目前，移动自组织网采用的信道访问控制协议大致包括3类：竞争协议、分配协议、竞争协议和分配协议的组合协议(混合类协议)。这3种协议的区别在于各自的信道接入策略不同。由于MAC协议的研究主要集中在基于竞争的机制，本文着重针对竞争类协议中几种较常用的典型MAC协议进行对比分析，并在OPNET 仿真建模软件中创建出各协议的状态模型，这对无线自组织网络仿真研究及选择高效适用的MAC技术方案具有实际参考价值。1 竞争协议的概念及特点竞争协议是使用直接竞争来决定信道访问权，并且通过随机重传来解决碰撞问题。ALOHA协议和载波侦听多址访问CSMA 协议就是竞争协议的典型例子。除了时隙化的ALOHA协议，大多数竞争协议都使用异步通信模式。这种协议在低传输负荷下运行良好，如碰撞次数少，信道利用率高、分组传输时延小。随着传输负荷的增大，往往使协议性能下降、碰撞次数增多。在传输负荷很重的时候，竞争协议可能随着信道利用率下降而变得不稳定。这就可能导致分组传输时延呈指数形式增大，以及网络服务的崩溃。这就对MAC协议的设计提出了较高的要求。当前无线自组网中MAC协议的设计面临如下几个问题。1．1 隐藏终端和暴露终端无线自组网的无线信道是一个共享的广播信道，但它不是一跳共享的，而是多跳的共享信道。此外，每个结点的通信范围有限，因此报文冲突与节点所处位置有关，结点之间的传播时延不可忽略，带来隐藏终端和暴露终端的问题。1．1．1 隐藏终端隐终端问题指在接收结点的覆盖范围内而在发送结点的覆盖范围之外的结点。隐藏终端因听不到发送结点的发送而可能向同样的接收结点发送报文，造成报文在接收结点处冲突()，但因为它在接收结点的通信范围之外，它的发送实际上并不会造成冲突。因此必须想办法避免这两种终端带来的冲突，尽可能提高吞吐率，减小时延。1．2 信道使用的公平性在无线自组网络中，一个需要解决的关键问题是设计公平高效的MAC访问协议。所谓公平，是指竞争无线信道的节点能公平共享无线信道的带宽；所谓高效，是要尽量选用合适的退避算法，保证竞争用户使用信道的公平性。由于网络中各节点共享信道，不可避免要采取退避手段解决竞争问题。所采用的退避算法既要尽量降低各节点间的冲突概率，又要避免因退避时间过长而降低信道利用率，同时还要保证各节点能公平地访问信道。1．3 节点移动的影响由于无线自组网中节点能够自由移动，这就造成了网络拓扑结构的不断变化，这也会对Adhoc网络媒体接入控制协议带来一定的影响。当一对节点正在通信时，因为移动而进入接收节点通信范围的节点可能会发送(或正在发送)数据而引起分组冲突，这被称为入侵终端问题。实际上结点移动对信道接入协议的影响是较小的。2 几种典型的竞争类MAC协议为了避免隐藏终端和暴露终端问题以及信道使用公平性等问题，在无线自组网领域已提出了很多较为高效的MAC协议，典型的如：MACA，MACAW，802．11MAC，FAMA协议。本文将对以上几种协议进行协议分析及比较。2．1 多址访问与碰撞回避(MACA)协议 MACA协议使用控制分组握手诊断来减轻隐藏终端干扰和使暴露终端个数最少。MACA 协议采用两种固定长度的短分组，即请求发送(RTS)和允许发送(CTS)。节点A发送数据给节点B时，首先向B发送一个RTS分组，RTS分组包括发送数据的长度。节点B收到RTS分组，并且当前不在退避中，则立即应答CTS分组，CTS分组也包含发送数据的长度。节点A收到
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
无线自组织网络路由协议概述 作者：唐敏赵贵 摘要：移动自组网由一组带有无线收发装置的移动节点组成，用来为远程操作、战场和地震或者洪水救援等紧急通信和易变的移动通信提供服务。由于移动自组网与有线网的区别，使得为移动自组网设计一个合适的分布式路由协议具有一定程度上的难度。本文主要是介绍了DSR和ADOV协议以及与有线网络中DV路由协议的区别。 关键词：无线自组网、DSR、ADOV 无线自组织网络即MANET(Mobile Ad Hoc Network)，是一种不同于传统无线通信网络的技术。传统的无线蜂窝通信网络，需要固定的网络设备如基地站的支持，进行数据的转发和用户服务控制。而无线自组织网络不需要固定设备支持，各节点即用户终端自行组网，通信时，由其他用户节点进行数据的转发。这种网络形式突破了传统无线蜂窝网络的地理局限性，能够更加快速、便捷、高效地部署，适合于一些紧急场合的通信需要，如战场的单兵通信系统。但无线自组织网络也存在网络带宽受限、对实时性业务支持较差、安全性不高的弊端。目前，国内外有大量研究人员进行此项目研究。 无线自组织网络(mobile ad-hoc network)是一个由几十到上百个节点组成的、采用无线通信方式的、动态组网的多跳的移动性对等网络。其目的是通过动态路由和移动管理技术传输具有服务质量要求的多媒体信息流。通常节点具有持续的能量供给。 由于Adhoc网络具有节点节电、减少带宽消耗、拓扑快速变化、适应单向信道环境等多方面的要求，使得现有的IP路由协议，如RIP（选路信息协议）和OSPF（开放最短路径优先协议）等不能满足要求，Adhoc网络路由协议的设计具有很大难度。IETF的MANET工作组重点研究无线Adhoc中的路由协议。主要有如下几种草案： 1.AODV（AdhoconDemandDistmceVectorRouting）Adhoc网络的距离矢量路由算法。 2.TORA（TemporallyOrderedRoutingAlgorithm）临时顺序路由算法。 3.DSR（DynamicSourceRouting）动态源路由协议。 4.OLSR（OptimizedLinkStateRoutingProtocol）优化的链路状态路由协议。 5.TBRPF（TopologyBroadcastBasedonReversePathForwarding）基于拓扑广播的反向路径转发。 6.FSR（FisheyeStateRoutingProtocol）鱼眼状态路由协议。 7.IERP（theInterzoneRoutingProtocol）区域间路由协议。 8.IARP（theIntrazoneRoutingProtocol）区域内路由协议。 9.DSDV（DestinationSequencedDistanceVector）目标序列距离路由矢量算法。 下面我将重点就DSR和AODV两种协议进行介绍。 (一)．DSR（DynamicSourceRouting）动态源路由协议。
移动自组网中避洞路由协议 移动自组网(Mobile Ad-hoc NETworks,MANETs)是一种没有基础设施支持的无线网络,具有多跳、无中心、自组织、可移动等特点,使得移动自组网组网方便、快捷,不受时间和空间限制,可应用于紧急救援、战场、探险、远距离或危险环境中的目标监控等场合,因而具有很广阔的应用前景。路由技术是移动自组网中的关键技术,也是影响网络整体性能的最主要的因素之一。由于节点的移动性,造成网络拓扑结构始终处于不稳定状态,使得在移动自组网中经常出现一片一片的无节点区域也就是所谓的洞。本文将在基于洞影子路由协议的基础上,对大规模移动自组网中的避洞的路由协议进行研究。本论文提出了一种基于洞椭圆化的避洞路由协议(HRR),其基本思想是在洞边界的节点首先利用右手规则绕洞转一圈,收集洞边界节点的信息,进而把洞规则化为一个椭圆,然后再把洞的信息向外广播,这样就可以解决洞经常引起的局部最优化问题。该协议与GPSR相比较也缩短了路径长度,降低了路由延迟。本论文还提出了一种基于锚点的避洞路由协议(GAR),该协议首先利用锚点发现算法进行锚点的发现,然后利用锚点路由算法建立任意相邻锚点之间的路径,进而可以直接利用贪婪算法进行数据转发,从而进一步在HRR算法的基础上缩短了路径。通过对上述的路由协议进行模拟仿真,结果表明,本文所提出的HRR路由协议和GAR能较好地解决局部最优化问题,在大规模的网络环境下,也能够取得良好的性能。 同主题文章 [1]. 于翔. 蔓延的网格' [J]. 微电脑世界. 2002.(19) [2]. 龚强. 关于网格特征的研究' [J]. 信息技术. 2004.(10) [3]. 曹仲霖. 悄然到来的网格浪潮' [J]. 互联网周刊. 2002.(04) [4]. 欣. 网格棋局' [J]. 软件世界. 2004.(02) [5]. 任浩. 规避网格泡沫' [J]. 信息系统工程. 2004.(01) [6]. 丁甲. 谁在旁观网格' [J]. 信息系统工程. 2004.(09) [7]. 刘玉昕,马小雨. 网格——信息技术的下一个浪潮' [J]. 郑州经济管理干部学院学报. 2004.(04) [8]. 网格' [J]. 科技广场. 2002.(05)
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。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/0b12352776.html, 无线传感器网络组网关键技术分析 作者：王娜 来源：《电子技术与软件工程》2015年第24期 摘要无线传感网络集合了微机电技术、数字信息处理、无线通信技术等学科技术，发展 前景广阔，应用价值较高。本文简要分析了无线传感网络的特点，对其组网模式、拓扑控制、媒体访问控制和链路控制、移动控制模型以及路由、数据转发及跨层设计等五项关键技术做了简要研究。 【关键词】无线传感器网络组网关键技术 微机电技术、数字信息处理技术、无线通信技术近年来发展迅速，集合了这三种学科技术的无线传感器网络也随之兴起。无线传感网络能够实现协同工作，能够长期、实时的监测各种待检测对象数据，其广泛的应用到了不同的领域中，对人们的生活有着重要的改变，基于以上，本文简要分析了无线传感器网络组网关键技术。 1 无线传感网器络的特点 数据获取网络、数据分布网络和控制管理中心是无线传感网络三个重要的组成部分，无线传感器网络包括处理器模块、通信模块和传感器模块，三个模块的各个节点能够通过协议自行组成分布式的网络，之后将采集的数据进行优化，再通过无线电波传回到信息处理中心。无线传感器网络有着如下特点： 1.1 硬件资源有限 无线传感器网络节点采用的处理器和储存器为嵌入式的，这就使得计算机的存储能力受到限制，从而限制了其计算能力，影响了信息处理； 1.2 电池容量有限 为了能够更加真实、全面地对真实世界具体值进行测量，无线传感器网络各个节点在待测区域内分布十分密集，因此，每一个无线传感器网络节点都需要储备长期使用的能量，或者自行吸收外界的太阳能； 1.3 没有中心 无线传感器网络中的节点会构成对等式网络，这个网络没有指定的重心，节点能够随时随地的加入网络或离开网络，这依赖于动态拓扑结构，任一节点的故障不会影响对等式网络的运行，抗毁能力较强。此外，无线传感网络各个节点之间能够通过分布式算法进行均衡协调，即使在没有人值守的情况下也能够组织测量网络；
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：
2012-11-07 14:33 183人阅读评论(0) 收藏举报 与单跳的无线网络不同，自组网节点之间需通过多跳数据转发机制进行数据交换，每个节点都可能充当其它节点的路由器。无线信道质量的不规则变化，节点的移动、加入和退出等均会引起网络拓扑结构的动态变化。自组网路由协议的作用就是在这种环境中，监控网络拓扑结构的变更，交换路由信息，定位目的节点位置，产生、维护和选择路由，提供网络的连通性。路由协议是移动节点互相通信的基础。 常规的路由协议，如路由信息协议（RIP）[29]和开放式最短路径互连（OSPF）[30]是为有线网络而设计的，它们的拓扑结构相对固定，不会出现大的网络结构变化。自组网结构则是动态变化的，若仍使用常规路由协议，则将会在路由发现和维护上付出很大的代价，而全网路由也可能始终处于不收敛状态。除此之外，自组网不能采用常规路由协议还包含如下几种方面的原因： （1）自组网中主机间的无线信道可能是单向的； （2）若仍使用常规路由，则无线信道的广播特性将产生许多冗余链路； （3）常规路由协议路由信息的周期性广播更新报文会消耗大量的网络带宽。由于无线信道本身的物理特性，它所能提供的网络带宽相对有线信道要低得多。此外，考虑到竞争共享无线信道产生的碰撞、信号衰减、 噪音干扰、信道间干扰等多种因素，节点可得到的实际带宽是远远小于理论上的最大带宽值； （4）无线移动终端的局限性。移动终端在带来移动性、灵巧、轻便等好处的同时，其固有的特性，例如采用电池一类可耗尽能源提供电源，内存较小，CPU性能较低等要求路由算法简单有效，实现的程序代 码短小精悍，需要考虑如何节省能源等。而常规路由协议通常基于高性能路由器作为运行的硬件平台，没有上述的限制。 由于自组网路由协议对自组网的重要性，它便成了研究的一个热点。到目前为止，已经有相当多的标准和草案推出。当前提出的自组网路由协议可依两种标准进行分类，一是以触发时机进行分类，一是以网络拓扑结构进行分类。 2.1依据触发时机分类 根据路由触发原理，目前的路由协议可分为三类： 1）基于路由表驱动（Table Driven）的路由协议 2）按需驱动（On-Demand Driven）的路由协议
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的应用 摘要：无线传感器网络(WSN)是新兴的下一代传感器网络，在国防安全和国民经济各方面均有着广阔的应用前景。本文介绍了无线传感器网络的组成和特点，讨论了无线传感器网络在军事、瓦斯监测系统、智能家具，环境监测，农业。交通等方面的现有应用，最后提出无线传感器网络技术需要解决的问题。 关键词：无线传感器网络，军事、瓦斯监测系统、智能家具，环境监测，农业。交通。 1．无线传感器网络研究背景以及发展现状 随着半导体技术、通信技术、计算机技术的快速发展，90年代末，美国首先出现无线传感器网络（WSN）。1996年，美国UCLA大学的William J Kaiser教授向DARPA提交的“低能耗无线集成微型传感器”揭开了现代WSN网络的序幕。1998年，同是UCLA大学的Gregory J Pottie教授从网络研究的角度重新阐释了WSN的科学意义。在其后的10余年里，WSN网络技术得到学术界、工业界乃至政府的广泛关注，成为在国防军事、环境监测和预报、健康护理、智能家居、建筑物结构监控、复杂机械监控、城市交通、空间探索、大型车间和仓库管理以及机场、大型工业园区的安全监测等众多领域中最有竞争力的应用技术之一。美国商业周刊将WSN网络列为21世纪最有影响的技术之一，麻省理工学院(MIT)技术评论则将其列为改变世界的10大技术之一。WSN是由布置在监测区域内传感器节点以无线通信方式形成一个多跳的无线自组网（Ad hoc），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。传感器、感知对象和观察者是WSN的三要素。将Ad hoc技术与传感器技术相结合，人们可以通过WSN感知客观世界，扩展现有网络功能和人类认识世界的能力。WSN技术现已经被广泛应用。图为WSN基本结构。 WSN经历了从智能传感器，无线智能传感器到无线传感器三个发展阶段，智能传感器将计算能力嵌入传感器中，使传感器节点具有数据采集和信息处理能力。而无线智能传感器又增加了无线通信能力，WSN将交换网络技术引入到智能传感器中使其具备交换信息和协调控制功能。 无线传感网络结构由传感器节点，汇聚节点，现场数据收集处理决策部分及分散用户接收装置组成，节点间能够通过自组织方式构成网络。传感器节点获得的数据沿着相邻节点逐跳进行传输，在传输过程中所得的数据可被多个节点处理，经多跳路由到协调节点，最后通过互联网或无线传输方式到达管理节点，用户可以对传感器网络进行决策管理、发出命令以及获得信息。无线传感器网络在农业中的运用是推进农业生产走向智能化、自动化的最可行的方法之一。近年来国际上十分关注WSN在军事，环境，农业生产等领域的发展，美国和欧洲相继启动了WSN研究计划，我国于1999年正式启动研究。国家自然科学基金委员会在2005年将网络传感器中基础理论在一篇我国20年预见技术调查报告中，信息领域157项技术课题中7项与传感器网络有直接关系，2006年初发布的《国家长期科学与技术发展无线传感器网络技术的应用
相关主题
文本预览