无线传感网络的路由协议综述
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学院：信息工程学院
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2017年6月
无线传感网络的路由协议综述
（南昌航空大学信息工程学院南昌330063）
Summary of routing protocols for wireless sensor networks
Abstract Wireless sensor networks are different from traditional networks and highly dependent on applications, Routing Protocol for wireless sensor networks are the main consider to different applications and network technologies, without prejudice to the premise of effective data transmission routing algorithm, the whole network lifetime maximum. so traditional network and mobile ad hoc network routing protocols cannot be applied efficiently to them, Therefore many routing protocols for wireless sensor networks are studied. After describing the characteristics and key classification method of wireless sensor networks, the classification standards for routing protocols are summarized and analyzed. then listed has current some more important of routing agreement of core routing mechanism and pointed out that has these routing agreement of category, and features and main application range. Finally, the hotspots and tendencies for wireless
sensor networks are pointed out.
Keywords wireless sensor network routing protocol; the sink node; node; routing mechanism
摘要无线传感器网络具有与传统网络不同的特点,且与应用高度相关。无线传感器网络路由协议主要考虑如何针对不同的应用和网络技术，在不损害数据传输的前提下采用有效的路由算法，实现整个网络的生命周期最大化。传统路由协议不能有效地用于无线传感器网络，因而人们研究了众多的无线传感器网络路由协议，在介绍无线传感器网络的特点后提出了路由协议的分类方法，然后列举了当前一些较为重要的路由协议的核心路由机制并指出了这些路由协议的类别、特点和主要应用范围，最后总结了好的路由协议应具有的特点以及未来的研究策略与发展趋势。
关键词：无线传感器网络[9]；路由协议；汇聚节点；传感器节点；路由机制
引言
无线传感器网络与传统网络有很大区别，这主要体现在几个方面，一是无线传感器网络中节点数量庞大，所以不可能为每个节点都建立一个ID；二是无线传感器网络中很多节点传输的数据相关性较大，存在相当程度的冗余信息，而这些冗余信息是完全可以剔除的：三是无线传感器网络的数据包更小，因
而数据传输开销更大：四是无线传感器网络节点的计算、存储、通信、传输和处理能力
均十分有限，需要高效的网络资源管理手段：五是无线传感器网络节点通信高能耗，数据计算低能耗。无线传感器网络的上述特点使得其不能直接采用众多传统网络的路由协议，因此产生了许多专门为无线传感器网络量身打造的路由协议。本文分析了无线传感器网络路由协议的设计原则，对无线传感器网络路由协议进行了分类，总结了当前典型的无线传感器网络路由协议的机制与特点，指出了未来无线传感器网络路由协议的研究策略与发展趋势。
1无线传感器网络概述
1.1无线传感器网络的概念
无线传感器网络就是由部署在检测区域内大量的微型传感器节点通过无线电通信形成的一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域内被监测对象的信息，并发送给观察者。由于微型传感器的体积小、重量轻，有的甚至可以像灰尘一样在空气中浮动，因此又称无线传感器网络为“智能尘埃（Smart Dust）[9]”，将它散布于四周时以实时感知物理世界的变化。
无线传感器网络是一种无中心节点的全分布系统。通过随机投放的方式，众多传感器节点被密集部署于监控区域。这些传感器节点集成有传感器、数据处理单元和通信单元，它们通过无线信道相连，自组织地构成网络系统。传感器节点间具有良好的协作能力，通过局部的数据交换来完成全局任务。无线传感器网络将逻辑上的信息世界与客观上的物理世界融合在一起，改变了人与自然界的交互方式。
1.2无线传感器网络的特征。
传统无线网络首要的目标是提供高性能的服务质量和更高的带宽；无线传感网络存在能量约束问题，有效的节能是路由设计的首要目标;传统网络中断大多由网络设备的故障或者网络节点的移动引起；对于无线传感网络，能量耗尽是影响网络性能网络运行周期的主要因素.和传统无线网络相比，传感网络有以下特点[9]：
(1)电源容量有限：无线传感器节点靠电池供电，能源有限，所以无线传感器网络的设计要从节能出发，最大限度地延长整个网络的生存期。
(2)硬件资源受限：传感节点硬件资源受限，计算能力和数据处理能力有限。
(3)传感节点数量巨大：无线传感器网络中的节点数目比传统网络更为巨大，分布密度更高。
(4)自组织网络：传感器节点以自组织方式构成网络，无需预设的网络设施。
(5)动态网络：传感器节点会随时因为能源耗尽而离开网络，也可能因为某种需要而随时进入网络。
(6)多跳路由：传感节点覆盖范围一般在一百米以内,覆盖范围外的通信，需中间节点路由。
(7)以数据为中心：无线传感器网络通常只关心区域内某个观测指标的值，而不具体关心单个节点的观测数据；它不依赖于全网唯一的标识，通常包含多个节点到少数汇聚节点的数据流，按照对感知数据的需求、数据通信模式和流向，以数据为中心形成消息的转发路径。
2WSN的路由协议
2.1WSN的特点及对路由设计的影响
在无线传感器网络中，由于受能量限制，节点之间往往无法直接通信，通常需要借助中间节点以多跳路由的方式将源数据传送至目的节点。无线传感器网络的网络层主要
负责路由的发现和维护，其路由协议包括了两个方面的基本功能：一个是路径优化，即寻找源节点和目的节点间的优化路径；二是数据转发，即要将数据沿优化路径正确转发。
传统无线网络的路由协议设计是以避免网络拥塞、保持网络的连通性和提供高质量的网络服务为主要目标。其主要任务是寻找源节点到目的节点间通信延迟小的路径，同时提高整个网络的利用率，平衡网络流量，能耗问题不是所要考虑的重点。在具体设计无线传感器网络路由时，需要满足下面的一些要求[9]：
(1)能量高效。为节能起见，路由协议应尽可能简单，并且能够高效传输信息。
(2)减少冗余信息。为尽可能减少数据发送，路由协议设计需要以数据为中心考虑，通过数据融合来有效减少信息冗余。
(3)可扩展。为适应网络拓扑的动态变化，路由协议应采用分布式的运行方式，使其易于扩展。
(4)鲁棒性。为保证传感器节点的随时加入或退出不会影响到全局任务的正常执行，路由协议的设计应具有鲁棒性，使其有较强的容错性。
(5)快速收敛。路由算法要求简单，并且能够快速收敛，以适应网络拓扑的动态变化，减少通信开销，提高消息传输的效率。
(6)安全。为防止监测数据被盗取和获取伪造的监测信息，路由协议应具有良好的安全性能，降低遭受攻击的可能性。
2.2WSN的路由协议的分类
无线传感器网络的应用背景各不相同，单一的路由协议不能满足各种应用需求，因而研究人员设计了众多的路由协议。为揭示无线传感器网络路由协议的特点，可以根据路由协议采用的通信模式、路由建立时机、状态维护、节点标识和传递方式等策略，运用多种方法对齐进行分类[9]：
(1)根据传输过程中采用路径的多少，可分为单路径路由协议和多路径路由协议。
(2)根据节点在路由过程中是否有层次结构、作用是否有差异。可分为平面路由协议和层次路由协议。
(3)根据路由建立时机和数据发送的关系，可分为主动路由协议、按需路由协议和混合路由协议。
(4)根据是否以地理位置来标识目的地、路由计算中是否利用地理位置信息，可分为基于位置的路由协议和非基于位置的路由协议。
(5)节点是否编址、是否以地址标识目的地，可分为基于地址的路由协议和非基于地址的路由协议。
(6)根据路由选择是否考虑QoS约束，可分为保证QoS的路由协议和不保证QoS的路由协议。
(7)根据数据在传输过程中是否进行融合处理，可分为数据融合的路由协议和非数据融合的路由协议。
(8)根据是否以节点的可用能量或传输路径上的能量需求作为选择路由的依据，可分为能量感知路由协议和非能量感知路由协议。
(9)根据路由建立是否与查询有关，可分为查询驱动和非查询驱动的路由协议。
2.3路由协议设计特点
路由协议不仅要考虑节能，更要从整个网络系统的角度，根据具体的应用背景，考虑网络能量的均衡使用，最终延长整个网络的寿命。好的网络协议具有以下特点[9]：
(1)针对能量高度受限的特点，高效利用能量几乎是设计的第一策略。
(2)针对包头开销大、通信耗能、节点有合作关系、数据有相关性和节点能量有限等特点，采用数据聚合、过滤等技术。
(3)针对流量特征、通信耗能等特点，采用通信量负载平衡技术。
(4)针对节点少移动的特点，不维护其移动特性。
(5)针对网络相对封闭性、不提供计算等特点，只在汇聚节点考虑与其他网络互联。
(6)针对网络节点不编址的特点，采用基于数据或基于位置的通信机制。
(7)针对节点易失效的特点，采用多路径机制。
2.4路由协议的关键问题分析
1、能量有效性
提高能量有效性是WSN从硬件设计到软件开发都必须考虑的问题。从路由协议设计的角度有两种思路提高能量有效性： a、节能：寻找节能路由，减少路由建立和维护的控制开销，提高路由可靠性；b、能耗均衡：从空间上调度能量资源，使网络中能量均衡消耗。
2、可扩展性
可扩展性是指网络的性能不随着网络中节点的数量增加而有明显的下降。
3、数据传输可靠性
数据传输的可靠性直接关系到WSN是否能给用户提供准确、全面和可靠的消息，而WSN 中节点无线通信能力弱，应用环境复杂，实际的链路质量比较低。如何保证数据传输的可靠性是WSN路由设计中的一个关键问题。影响WSN数据传输可靠性原因：
a、无线信道上的碰撞导致分组无法正确接收。
b、节点故障使路由不可用，导致分组丢失。
c、链路不可靠，导致分组传输出错或丢失。
2.5路由协议的设计目标与设计原则
路由协议的设计应该遵循以下原则：（1）为节能起见，路由协议应该尽量简单,要求满足网络开销低,需求带宽小,对路由节点存储信息的影响小的要求。
（2）路由协议应该具有很好的网络适应性、健壮性和稳定性,在通常或者不可预知的环境下均能很好的运行,能快速和准确的适应各种网络环境。
（3）路由协议的设计要避免路由环路的产生。
（4）无线传感网络是计算资源和能源有限的,因此其通信协议不可能是通用的,必须针对具体应用的需求进行设计。
（5）设计路由协议时还要考虑到如何使所设计的路由协议具有可扩展性。
3无线传感网络路由协议分析
3.1路由算法研究
为了满足不同的应用需求，研究者已经研究出了大量的路由协议目前存在的无线传感网络路由协议，主要侧重于尽可能延长传感网络的生存时间，对路由安全方面的考虑很少。现存传感网络路由算法的研究主要基于以下思路：（1通信量。由于无线传感器网络中的数据通信最为耗能，因此应在协议中尽量减少数据通信量。
（2）构建能量有效的全局最优路由策略。由于能量的约束，无线传感器网络无法采用传统的全局控制中心控制式路由算法精确计算优化路由，而是依据本地拓扑信息实现路由的局部优化。如何将路由的局部优化拓展到实现全局最优是路由算法实现设计的一个重要挑战。
（3）保持通信量负载平衡。通过更加灵活地使用路由策略让各个节点分担数据传输，平衡节点的剩余能量，延长整个网络的生存时间。
（4）应具有容错性。由于无线传感器网络节点容易发生故障，因此应尽量利用节点易获得的网络信息计算路由，以确保在路哟出现故障时能够尽快恢复，并采用多路径传输来提高数据传输的可靠性。
（5）应具有安全机制。由于无线传感器网络的固有特性，其路由协议极易受到安全威胁，尤其是在军事应用中。在一些应用设计中必须考虑设计具有安全机制的路由协议。
3.2典型的路由协议
（1）以数据为中心的平面路由：平面中所有节点具有相同的地位和功能，节点间协同工作完成感知任务。由于节点数量庞大，分布密度高，相邻节点间的数据采集又大多面向同一监测点，因此在传输数据时会经常出现冗余现象。这就需要构建以数据为中心的平面路由协议，即汇聚节点向某些区域发送查询并等待来自这些区域内的节点所采集的相关数据。平面路由的优点是结构简单、鲁棒性较好，但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。典型的平面路由协议有Flooding、Gossiping和SPIN 协议。
（2）网络分层路由：分层路由中，无线传感器网络通常被划分为多个簇，每个簇由一个簇首和多个簇成员构成，多个簇首形成高一级的网络。在高一级的网络中，又可以分簇，再次形成更高一级的网络，直至到最高级别的汇聚节点。现有的层次路由一般采用“簇内节点-簇头节点-基站节点”三级层次划分。簇内节点感知数据并将数据发送给簇头节点；簇头节点负责接收、融合簇内节点发送的数据并将处理后的数据发送给基站；基站接收来自不同簇头的数据并处理这些数据。在平面路由中，所有节点在网络中的功能和地位上都是相同的，节点通过网络中节点间的协作将数据传输给基站节点。分层结构中，每个簇的形成通常是基于节点的能量和与簇首的接近程度。簇首节点不仅负责所管辖簇内信息的采集和融合处理，还负责簇间数据的转发，它的可靠和稳定对全网性能影响较大，信息的采集和处理也会大量消耗簇首的能量。典型的网络分层路由有LEACH、PEGASIS、TEEN、TTDD。
（3）基于查询的路由在诸如环境监测、战场评估等应用中，汇聚节点发出任务查询命令，传感器节点向汇聚节点报告采集的数据。在这类应用中，通信流量主要是汇聚节点和传感器节点之间的命令和数据传输，同时传感器节点要在传输路径上进行数据融合，通过减少通信流量来节能。比较典型的有Directed Diffusion和Rumor。
（4）地理位置路由：地理位置路由假设节点知道自身的地理位置信息，以及目的节点或目的区域的地理位置，利用这些地理位置信息作为路由选择依据，节点按照一定的策略转发数据到目的节点。这样，利用节点的位置信息，就能够将信息发布到指定区域，有效减少了数据传输的开销。典型的地理位置路由协议有GEAR、GEM、MECN、GPSR、TBF。
（5）能量感知路由：能量感知路由协议从数据传输中的能量消耗出发，讨论最优能量消耗路径以及最长网络生存期等问题，其最终目的是实现能量的高效利用。典型的能量感知路由有能量路由、能量多路径路由、CED、具有能量意识的分簇路由。
（6）基于QoS的路由：无线传感器网络的某些应用对通信的服务质量有较高要求，如高可靠性和实时性等；而由于网络链路的稳定性难以保证，通信信道质量比较低，拓扑变化比较频繁，要在无线传感器网络中实现一定服务质量的保证，需要设计基于QoS的路由协议。典型的基于QoS的路由有SPEED、SAR、ReInForM。
3.3路由协议的分析与比较
由于无线传感器网络路由协议的设计取决于其应用坏境,因此路由协议的选择要根据各路由协议的特点和具体应用进行综合考虑。故其路由协议同样具有多样性的特点，很难具体说哪个协议更优越。因此，
本节从生命周期、节点定位、传输路径、健壮性、可扩展性、节能策略、移动性、安全机制、QoS 支持、实时性、可靠性、信息存储等多个方面对无线传感器网络路由协议的性能、特点进行了分析和比较。表 1 给出了比较结果。
表（1）无线传感器网络的路由协议比较[9]
3.4路由协议优化原则[9]：
节能是无线传感器网络最重要的特征，因而高效地利用能量是无线传感器网络路由协议优化设计的最根本出发点，其最终目的是延长网络的生存期，路由器应遵循下列优化原则：
(1)数据命名。无线传感器网络的许多应用中，用户需要获取感兴趣区域内的监测数据，而非单个节点产生的数据。传统网络中所采取的全局唯一标识或地址标识的方法不适合于无线传感器网络。传感器节点应当采用特定的命名机制来描述数据，并通过向所有节点发送对特定命名数据的兴趣消息来手机数据。数据命名机制能够高效搜索用户所需要的数据，避免数据在网络中的重复发送，它也是数据融合的实现基础。
(2)多路径。多路径技术是让源节点同时维护去往统一目的节点的多条路径，当所有路径都失效时，需要重新发起路由请求过程。每个节点采用多条路径进行传输数据，多条路径通过周期性地发送信息得以维护。这样可以提高网路可靠性，使得任何一条链路出现故障时都不会影响到整个网络，同时降低路由请求的频率和数据等待延时；但替换路径的维护也会带来一些额外的开销。
(3)自适应。由于网络内外环境（突发事件、拓扑结构变化、剩余能量改变等因素）的动态多变，无线传感器网络的路由协议需要具备自适应网络环境的功能。为此，在设计路由协议时要考虑自动选择路由协议类型和自动调整协议参数等多种自适应机制，
这样才能使整个网络处在最佳运行状态。
(4)跨层。无线传感器网络的各层协议相对独立且具有一定的局限性，各层自身的优化设计并不能保证整个网络的设计最优，这给网络层中的路由协议设计带来了巨大的挑战。要使路由协议与其他各层协议相容，最终达到整个网络的效果最优，应采用跨层设计的思想，其主要途径是将MAC协议与路由协议结合起来设计，这样可以有效节省能量，延长网络的生存期。
4总结与展望
现有的协议中，簇头与基站的通信能耗过大的问题始终存在于层次路由中，簇头选举环节只能均衡簇内的能量消耗，不能减少网络的通信能耗。在采用单跳通信的簇路由中，因为通信能耗随着距离的增大而大幅度增加，偏远簇的能量消耗远大于近基站簇。而在采用簇间多跳通信的路由中，近基站簇由于承重的通信负担而早亡。平面路由一般采用局部最优的原则进行路由决策，这样的决策容易导致路由空洞问题以及频繁绕路的问题，前者导致数据在某些特定节点间反复传输，而频繁的绕路将消耗大量不必要的能量。随着技术的更新无线传感网络无疑将向微型化、低耗能及数字化方向发展，WSNs 由于其资源受限且和应用是高度相关的，好的节能路由协议其能量利用必须是高效的，通过对当前各种路由协议进行分析和总结，可以看出将来 WSNs 路由协议的某些发展趋势：
(1)安全性。由于WSNs的固有特性，其路由协议极易受到安全威胁，是网络攻击的重要对象，因此在一些应用中，尤其是秘级很高的应用领域如军事应用中，必须考虑设计设计简单、有效、适用于WSNs的安全机制。
(2)容错性。由于WSNs节点容易发生故障，因此应可能地利用节点易获得的信息来计算路由，并可采用多路径传输来提高数据传输的可靠性，从而确保路由出现故障的情况下能尽快恢复正常，以及如何进行数据的高可靠传输，是路由协议需解决的关键问题。
(3)平衡性。WSNs中数据通信最为耗能，今后尽量通过使用数据融合技术、过滤机制来减少通信量，并通过让各节点平均消耗能量、分担数据传输来保持通信量的负载均衡，提高整个网络的生存时间。
(4)节能性。即通过减少通信量以节约能量，因为WSNS中频繁的数据通信非常耗能，因此应在协议中应在满足通信要求的前提下尽量减少数据通信量。例如可采用某种过滤或聚类手段，将冗余或不必要的数据剔除掉。
(5)实时性。实时地传输视频和图像数据将成为未来无线传感器网络非常普遍的应用需求。设计传输质量高、传输延迟小、实时性强的路由协议已成为未来路由协议研究的一个重要发展趋势。
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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
基于无线传感网络的环境监测系统 摘要：随着经济和科技的发展，农业种植也有了长足的发展，从之前的小面积 种植演变为了如今的大规模，为了提高生产效率，减少劳动力，必须引进先进的 技术配合人工劳作进行种植。传统的环境监测系统布线成本高，抗干扰性差，增 加新监测点时必须改变物理线路，工序复杂，维护难度大。 关键词：无线传感网络；Zig Bee；环境监测； 为满足环境温度监测系统远距离，低成本，部署灵活等要求，设计并实现了 一种树型结构的无线传感网络，通过无线传感网络采集环境温度数据并上传监控 主机，实现远距离检测和监控．介绍了节点硬件设计，然后根据环境温度监测的 应用需求进行软件设计，采用休眠机制以降低节点的功耗，将系统进行实地部署 与测试．表明：该系统具有较高的实用性和可靠性。 1 相关工作 研究目的是利用ZigBee技术结合WSN设计安全高效的、个性化的环境监测 系统。许多本领域学者已经利用WSN设计了一些环境监测系统，代表性的成果有：雷旭等利用无线传感器网络设计了隧道环境信息监测系统。系统以STM32微控制器为核心设计了低功耗网络节点与网络汇聚节点设计了B/S模式访问的监控 中心软件；梅海彬等提出了一种基于Arduino开放平台与XBee Pro增强通信距离 的无线传感器网络，对近海环境进行了实时监测；陈克涛等设计了以CC2530为 核心处理器的无线传感器网络农业环境监测网关节点；提出一种基于无线传感器 网络和3G/4G的远程环境监测系统；研究了WSN接入In?ternet的方法；Arch Rock Corp等研究了IPV6WSN；另外，针对农田土壤参数（诸如温湿度等）的精 确采集系统设计上，很多学者研究了土壤WSN精确化应用系统与实现的关键技术。诸如此类，这些都是典型的WSN环境监测系统与关键技术研究的文献成果。概括这些目前WSN环境监测领域文献共性特点，大多是针对农业、海洋等某一 领域设计的应用系统，缺乏共性通用的系统平台设计思想；另外由于缺乏目前云 计算、最先进的新技术植入，缺乏先进与人性化设计理念。针对这些弱点，进行 了研究改进。实践证明本文设计的系统，用户随时随地都可以了解监测场所的环 境信息，如：温度、湿度、可燃有毒气体及其浓度、火灾、光线明暗程度等数据。此外，系统利用数据融合技术实时闭环环境信息的预警决策，能根据信息特点实 现对环境的智能化管理，如环境安全指数超标会做出决策并采取一些措施。 2 无线传感器网络和Zig Bee技术 无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）是由大量价格较低的传感器节点以自组织的方式构成的无线网络系统[。将这些传感器节点部署在目标区域内，节点通过无线通信的方式自发形成多跳的无线网络，监测区域内的各种环境 信息通过传感器的感知、采集和处理后经由无线网络传送给监控中心或终端用户，协作完成指定的任务。ZigBee是一种便宜的、低功率的近距离无线组网通信技术。适用于通信数据量不大、数据传输速率相对较低，分布范围较小，一般应用于无 线传感器网络、家庭自动化、农业自动化、遥测遥控和医疗护理等方面。ZigBee 的主要特点是低速率、低功率、低成本、自配置和灵活的拓扑结构，抗干扰能力强。ZigBee技术与现有的控制网络标准无缝链接，具有很强的兼容性。 3 硬件设计
无线传感器网络概述 1科技发展的脚步越来越快，人类已经置身于信息时代，作为信息获取最重要和最基本的技术——传感器技术，得到了极大的发展。 2目前无线网络可分为两种:一种是有基础设施的网络,需要固定基站,例如我们使用的手机，属于无线蜂窝网，它就需要高大的天线和大功率基站来支持，基站就是最重要的基础设施；另外，使用无线网卡上网的无线局域网，由于采用了接入点这种固定设备，也属于有基础设施网。 另一类是无基础设施网，又称为无线Ad hoc网络,节点是分布式的，没有专门的固定基站。 无线Ad hoc网络又可分为两类: 一类是移动Ad hoc网络(Mobile Ad hoc Network,简称MANET)，它的终端是快速移动的。一个典型的例子是美军101空降师装备的Ad hoc网络通信设备，保证在远程空投到一个陌生地点之后，在高度机动的装备车辆上仍然能够实现各种通信业务，而无需借助外部设施的支援。另一类就是我们讲的无线传感器网络,它的节点是静止的或者移动很慢。 3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。 如图所示，大量的传感器节点将探测数据，通过汇聚节点经其它网络发送给了用户。 在这个定义中，传感器网络实现了数据采集、处理和传输的三种功能，而这正对应着现代信息技术的三大基础技术，即传感器技术、计算机技术和通信技术。 4它们分别构成了信息系统的“感官”、“大脑”和“神经”三个部分。因此说，无线传感器网络正是这三种技术的结合，可以构成一个独立的现代信息系统。 5第一阶段：最早可以追溯二十世纪70年代越战时期使用的传统的传感器系统。当年美越双方在密林覆盖的“胡志明小道”进行了一场血腥较量，这条道路是胡志明部队向南方游击队源源不断输送物资的秘密通道，美军曾经绞尽脑汁动用航空兵狂轰滥炸,但效果不大。后来，美军投放了2万多个“热带树”传感器。所谓“热带树”实际上是由震动和声响传感器组成的系统，它由飞机投放，落地后插入泥土中，只露出伪装成树枝的无线电天线，因而被称为“热带树”。只要对方车队经过，传感器探测出目标产生的震动和声响信息，自动发送到指挥中心，美机立即展开追杀，总共炸毁或炸坏4.6万辆卡车。 这种早期使用的传感器系统的特征在于传感器节点只产生探测数据流，没有计算能力，并且相互之间不能通信。 6第二阶段是二十世纪80年代至90年代之间。 主要是美军研制的分布式传感器网络系统、海军协同交战能力系统、远程战场传感器系统等。这种现代微型化的传感器具备感知能力、计算能力和通信能力。因此在1999年，商业周刊将传感器网络列为21世纪最具影响的21项技术之一。 7第三阶段：21世纪开始至今。也就是本课开始介绍的911事件发生之后。这个阶段的传感器网络技术特点在于网络传输自组织、节点设计低功耗。 除了应用于情报部门反恐活动以外，在其它领域更是获得了很好的应用，所以2002年美国国家重点实验室－－橡树岭实验室提出了“网络就是传感器”的论断。 由于无线传感网在国际上被认为是继互联网之后的第二大网络，2003年美国《技术评论》杂志评出对人类未来生活产生深远影响的十大新兴技术，传感器网络被列为第一。 在现代意义上的无线传感网研究及其应用方面，我国与发达国家几乎同步启动，它已经成为我国信息领域位居世界前列的少数方向之一。在2006年我国发布的《国家中长期科学
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)。
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
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
无线传感器网络安全技术综述 摘要：本文总结了无线传感器网络面临的安全问题，并从安全协议、安全算法、密钥管理、认证技术、入侵检测等方面分析了近年来无线传感器网络所用的安全技术。最后分析总结了无线传感器网络未来安全技术研究应该注意的地方。 关键词：安全问题协议算法认证技术入侵检测 1 引言 无线传感器网络在近些年来发展迅速，被认为是新一代的传感器网络，由于其体积小，成本低，功耗低，具有自组织网络，现已经广泛应用于军事、环境监测、交通管制、森林防火、目标定位、医疗保健、工业控制等场景[1]。 大多无线传感器网络节点被部署在无人值守或地方区域，传感器网络受到的安全威胁就变得更为突出，且由于传感器节点体积小，其储存开销、能量开销、通信开销都受到限制，所以传统无线网络的安全机制并不能完全的应用于无线传感器网络中。缺乏有效的安全机制已经成为传感器网络应用的主要障碍. 近些年来，随着无线传感器网络的发展，其安全技术也有了很大的进步。虽然传感器网络安全技术研究与传统网络有着很大的区别，但他们的出发点有相同的敌方，均需要解决信息机密性、完整性、消息认证、信息新鲜性、入侵检测等问题[2]，无线传感器网络的安全协议跟传统网络的安全协议有着其独特性也有其同性。国内外研究人员针对无线传感器网络安全协议、算法、密钥管理、认证技术、体系结构等方面都进行了大量的研究，取得了很多成果。本文将对这些已有的研究成果进行总结分析。 2 无线传感器网络安全概述 无线传感器网路安全要求是基于在传感器节点和网络本身条件限制而言的，如而节点的电池能量、睡眠模式、内存大小、传输半径、时间同步等。部署的环境也是网络安全问题的一个重要因素。 2.1网络受到的威胁和攻击 攻击是一种非法获取服务、信息，改变信息完整性，机密性的行为。无线传感
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。
基于无线传感网络的技术分析及实际应用案例集锦 无线传感器网络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，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。无线传感器网络所具有的众多类型的传感器，可探测包括地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等周边环境中多种多样的现象。本文为您分析关于无线传感网络的一些技术问题，并介绍了几例基于无线传感网络的实际应用案例。 面向无线传感网络的构件化开发方法 基于构件化的软件开发方法是一种可以提供软件复用性的开发方法。构件是用于进行软件开发、复用和软件组装的基本单元。在面向构件的技术里，一个应用软件不是通过大量的代码来描述，而是通过数量有限的构件来描述，构件化的嵌入式软件是由一组软件构件构成的，这些构件的一个或者几个组合成一个完整的应用；而且新的应用也可以使用已有构件，从而提高软件复用性。 无线传感网络时间同步研究进展与分析 保持节点之间时间上的同步在无线传感器网络中非常重要，它是保证数据可靠传输的前提。典型时间同步算法，主要可以分为以下几类：基于发送者—接收者的双向同步算法，典型算法如TPSN算法；基于发送者—接收者的单向时间同步算法，典型算法如FTSP算法、DMTS算法；基于接收者—接收者的同步算法，典型算法有RBS算法。 无线传感网中一种基于即时信息的TDMA方案 根据无线传感网在网络性能方面的要求，针对现有无线传感网协议在节点能耗和时延方面的不足，提出了一种IM-TDMA方案，根据节点流量的变化，动态地调节帧长，提高信道利用率；同时采用计数器管理及续传优先的调度方式，简化了调度复杂度，降低了节点能耗。仿真结果表明：IM-TDMA方案能有效地节约能耗。降低时延，可运用于实际无线传感网的MAC协议方案中。 两种异构CSMA／CA机制OSTS／BSTS无线传感网络公平性、实时性分析比较 本文根据火场监控应用的实际需要，针对传输火场环境下的温度及湿度这两个非均匀变量数据包到sink节点的无线传感器网络，提出两种实时性、公平性较高的无线传感器网络竞争CSMMCA机制OS TS／BSTS，分析非饱和无线传感器异构网络的实时性、公平性特征 并比较这两种机制的优缺点，以此提出参数优化方案并提高系统监控性能。 基于OMAP的无线传感网节点处理器的设计与实现 本文主要分析在设计较高处理及存储能力传感节点时，如何满足传感网节点低功耗和高处理能力间的平衡关系，并介绍基于OMAP处理器的节点处理器部分的实现方案。
无线传感网络的历史现状与发展趋势 摘要：无线传感器网络将传感器技术、通信技术、计算机技术结合在一起，具有信息采集、传输、处理的能力。传感器网络最初是由于军方的需要而发展期来的，随着传感器网络技术的逐步发展，它的应用也越来越广泛现在已从军事防御普及到社会的各个领域，本文主要介绍了无线传感网络的发展历史。研究现状以及未来的发展趋势。 关键词：无线传感网络；历史现状；发展趋势及前景 引言 科技发展的脚步越来越快，人类已经置身于信息时代。而作为信息获取最重要和最基本的技术——传感器技术，也得到了极大的发展。传感器信息获取技术已经从过去的单一化渐渐向集成化、微型化和网络化方向发展，并将会带来一场信息革命。 无线传感的发展历史 早在上世纪70年代，就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感器网络雏形，我们把它归之为第一代传感器网络。随着相关学科的的不断发展和进步，传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力，并通过与传感控制器的相联，组成了有信息综合和处理能力的传感器网络，这是第二代传感器网络。而从上世纪末开始，现场总线技术开始应用于传感器网络，人们用其组建智能化传感器网络，大量多功能传感器被运用，并使用无线技术连接，无线传感器网络逐渐形成。 无线传感器网络是新一代的传感器网络，具有非常广泛的应用前景，其发展和应用，将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。发达国家如美国，非常重视无线传感器网络的发展，美国的《技术评论》杂志在论述未来新兴十大技术时，更是将无线传感器网络列为第一项未来新兴技术，《商业周刊》预测的未来四大新技术中，无线传感器网络也列入其
无线传感器网络综述 李烨张旗黄晓霞 摘要随着“感知中国”、“智慧地球”等战略性的课题提出,无线传感网络的核心技术与标准将成为各国争相研究的热点。在无线传感网络中,低功耗是最核心的问题。本文以降低节点的通信能耗和延长网络寿命为出发点,阐明了通信OSI模型中物理层、数据链路层、网络层以及传输层的低功耗策略与方法。 1 引言 无线自组织传感器网络被认为是新世纪最重要的技术之一。无线传感器网络应用前景非常广阔,能够广泛应用于军事、环境监测和预报、健康护理、智能家居、建筑物状态监控、城市交通、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领域。随着“感知中国”、“智慧地球”等国家战略性的课题提出,传感器网络技术的发展对整个国家的社会与经济,甚至人类未来的生活方式都将产生重大意义。最近二十年间,以互联网为代表的计算机网络技术给世界带来了深刻变化,然而,网络功能再强大,网络世界再丰富,终究是虚拟的,与现实世界还是相隔的。互联网必须与传感网络相结合,才能与现实世界相联系。集成了传感器、微机电系统和网络三大技术的新型传感网络(又称物联网,是一种全新的信息获取和处理技术,其目的是让物品与网络连接,使之能被感知、方便识别和管理。物联网用途广泛,遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康等多个领域。物联网被称为继计算机、互联网之后,世界信息产业的第三次浪潮。业内专家认为,物联网一方面可以提高经济效益,大大节约成本;另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。目前,美国、欧盟、中国等都在投入巨资深入研究探索物联网。我国高度关注与重视物联网的研究,工业和信息化部会同有
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，
摘要 空气品质对人的影响至关重要,利用传感器检测空气质量是当今流行的一种方法,本文介绍了传感器在空气质量检测方面的原理应用及监控系统的网络设计。 本系统采用无线传感器网络来实现数据的采集与发送。无线传感器网络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。 本设计系统采用CC2430无线通信模块、温湿度传感器DHT90、空气质量传感器QS-01、电源模块构建无线传感器网络，通过RS－232串口和监控中心通信，使用软件开发平台IAR Embedded Workbench开发ZigBee协议栈，基于ZigBee的无线网络技术以低功耗、低成本、低复杂度等特点受到越来越多企业和个人的青睐。ZigBee技术特别适合于数据吞吐量小、网络建设投资少、网络安全要求较高、不便频繁更换电池或充电的场合。预计将在消费类电子设备、家庭智能化、工控、医用设备控制、农业自动化等领域获得广泛应用,利用ZigBee技术完成传感器节点和汇聚节点的应用程序，最终能够实现空气质量的监测。 关键字：无线传感器；cc2430；DTH90；zigbee技术；空气质量检测
ABSTRACT Air quality impact on people is very important, using sensors to detect air quality is now a popular method, this paper introduces the sensor in air quality testing principle, analyzes the advantages and disadvantages of gas sensor, and gas sensor development trend and prospects. The system uses wireless sensor networks to achieve data’s collection and transmission. Wireless sensor networks are composed of a large number of low-cost micro-sensor nodes which are deployed in the monitoring region, uses wireless communication means to form a multi-hop's self-organizing network, with the aim of perception, collection and processing of perceived target information in the network coverage region, and send them to observers. This system uses CC2430 wireless communication module ,temperature and humidity sensor DHT90, air quality sensor QS-01,power module to build wireless sensor networks, and uses RS－232 serial port to communicate with monitoring center .Use the software development platform IAR Embedded Workbench to develop ZigBee protocol stack.Based on the ZigBee wireless networking by low characteristics and so on power loss, low cost, low complexity receives more and more many enterprises and individual favor.The ZigBee technology suits specially in the data volume of goods handled small, the network construction invests few, the network security request is high, inconvenient replaces the battery or the charge situation frequently.The estimate in the expense class electronic installation, the family intellectualization, the labor will control, medical domains and so on device control, agricultural automation obtains the widespread application These can definitively achieve the purpose of air quality monitoring. Keywords:wireless sensor;CC2430;DTH90;ZigBee technology;air quality testing II
无线传感网路由协议的分析比较 无线传感网技术是对当今经济和社会进步发挥重要作用的技术，对于现代军事、信息技术、制造业等多个重要的领域产生着巨大的影响。而无线路由协议则是无线传感网研究中的热点问题。文章对于几个典型的平面路由协议和分层路由协议进行了介绍，分析了它们各自的利弊，并对它们进行了比较。 标签：无线传感网；路由协议；传感器节点 1 无线传感网概述 无线网络即使用无线传输介质的网络。目前有两种无线网络，基础设施网络和对等网络。基础设施网络的无线终端需要配置无线网卡，并通过接入点（AP）连接入网。对等网络即Ad hoc网络，不需要AP的支持，终端设备之间可以直接通信。无线Ad hoc网络又可分为两类，移动Ad hoc网络和无线传感器网络。前者的终端是快速移动的，后者的结点是静止的或者移动很慢。 无线传感网由大量的静止或移动的传感器组成，它们以自组织和多跳的方式构成无线网络，相互协作以探测、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。无线传感器网络技术在军事应用、智能家居、环境监测、建筑物质量监控、医疗护理等各个方面都有广泛应用[1]。 无线传感网的系统结构包括监测区域（Sensor Field）、传感器节点（Sensor Node）和汇聚节点（Sink Node）[2]。监测区域中包含了各种需要采集数据的观察对象；传感器节点用于采集观察对象的相关数据，并将处理后数据传给汇聚节点；汇聚节点用于收集由传感器节点传递来数据，并将数据传送到远程中心进行集中处理。 2 无线路由协议 无线路由协议是无线传感网研究中的热点问题。无线传感网的路由协议负责在源节点和目的节点之间可靠地传输数据，包括路由选择和数据转发两个功能。根据网络的拓扑结构是否有层次，可以将路由无线路由协议分为平面路由协议和分层路由协议[3]。 2.1 平面路由协议 平面路由协议适用于具有平面结构的网络，所有节点之间地位平等，协议相对简单。源节点和目的节点之间一般存在多条路径，可共同承担网络负荷，通常不存在瓶颈，网络具有较强的健壮性。然而，节点的组织、路由的建立、控制与维持所产生的开销需要占用较大的带宽，从而影响网络数据的传输速率。另外，当网络规模较大时需要损耗很大的能量，并且网络的可扩展性较差。因此，平面路由协议只适用于规模较小的网络。