无线自组网关键技术研究

经验交流　ｒｅｃｈｎｉｃａＩ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　《自动化技术与应用　２００７年第２６卷第１　２期　

无线传感器网络新型自组网研究　

孙孜博，苏健民　

（东北林业大学，黑龙江哈尔滨１５００４０）　

摘　要：无线传感器网络是一种随机部署，可自组织的多跳无线网络。由于网络的拓扑结构和网络资源是变化的，而现有的网络技术　

和机制，不能满足无线传感器网络的要求。因此，必须设计出新型的自组织网络来满足动态传感器网络的特点，提高无线传感　

器的组网效率、降低能耗、加强安全性、提高实时陛。　关键词：无线传感器网络；自组织网络；网络拓扑结构　

中图分类号：ＴＰ３９３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３—７２４１（２００７）１２…０１２６　０３　

Ｓｅｌｆ—Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｓｅｎｓｏｒ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　

ＳＵＮ　Ｚｉ－ｂｅ，ＳＵ　Ｊｉａｎ－ｍｉｎ　

（ＮｏｒｔｈｅａｓｔＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ　１５００４０，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｓｅｎｓｏｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｉｓ　ａ　ｒａｎｄｏｍ　ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ，ｉｔ　ｉｓ　ａ　ｓｅｌｆ—ｏｒｇａｎｉｚｉｎｇ　ａｎｄ　ｍｕｌｔｉ—ｊｕｍｐｅｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ．Ａｓ　ｉｔ　ｉｓ　ａ　ｓｅｌｆ－　ｏｒｇａｎｉｚｉｎｇ　ｎｅｔｗｏｒｋ，ｔｈｅ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｓｅｎｓｏｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｔｏｐｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｒｅ　ｃｈａｎｇｉｎｇ，ＳＯ　ｔｈｅ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，　ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｓａｆｅｔｙ　ａｎｄ　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ａｒｅ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｅｔｗｏｒｋ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｓｅｎｓｏｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ；ｓｅｌｆ—ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋ；ｎｅｔｗｏｒｋ　ｔｏｐｏｌｏｇｙ．　

低功耗无线自组网通信协议栈

在当今数字化和智能化的时代，通信技术的发展日新月异，其中低功耗无线自组网通信协议栈成为了备受关注的领域。想象一下，在一个没有传统通信基础设施覆盖的区域，如偏远山区、灾难现场或大型工厂内部，设备之间能够自动组网、相互通信，而且还能保持低功耗运行，这将为我们的生活和工作带来多大的便利。

要理解低功耗无线自组网通信协议栈，首先得搞清楚什么是自组网。自组网就是一种不需要依赖固定基础设施，如基站或路由器，节点之间能够自主发现、连接和通信的网络。在这种网络中，每个节点都具有一定的通信和路由功能，它们能够根据网络的状况动态地调整通信路径，确保信息的有效传递。

那么低功耗又意味着什么呢？简单来说，就是设备在运行过程中消耗尽可能少的能量，以延长电池寿命或降低能源消耗。在许多应用场景中，比如物联网中的传感器节点，往往无法频繁更换电池或者连接电源，因此低功耗是至关重要的。

低功耗无线自组网通信协议栈就像是一个精心设计的“交通规则手册”，它规定了数据如何在网络中的节点之间传输、如何处理错误、如何节省能量等一系列操作。

在这个协议栈中，物理层是最基础的部分。它负责将数字信号转换为无线电磁波进行传输，同时也接收来自其他节点的无线信号并转换为数字信号。物理层的关键技术包括选择合适的无线频段、调制解调方式以及发射功率控制等。为了实现低功耗，通常会采用一些低功耗的射频芯片和节能的调制方式。

数据链路层则负责数据的可靠传输。它通过帧的封装和解封装、差错控制、介质访问控制等机制，确保数据在节点之间准确无误地传递。在自组网中，由于节点的移动性和网络拓扑的动态变化，介质访问控制变得尤为复杂。常见的介质访问控制方式有 CSMA/CA（载波侦听多路访问/冲突避免）等，它们旨在避免节点之间的信号冲突，提高信道利用率。

网络层主要负责路由的选择和数据包的转发。在自组网中，由于网络拓扑的动态变化，路由协议需要具有快速适应能力。常见的路由协议有按需距离矢量路由协议（AODV）、动态源路由协议（DSR）等。这些协议能够根据网络的实时状况，计算出最优的通信路径，确保数据能够高效地从源节点传输到目的节点。

２ｏ１ｏ年４月　第４期　电子漏试　ＥＣＴＲＯＮＩＣ　ＴＥＳＴ　Ａｐｒ．２０１０　Ｎｏ．４　

无线自组网同步实现方案的研究　

黄超，林川　（南京邮电大学通信与信息工程学院，江苏南京，２１０００３）　

摘要：无线自组网是一种无中心、全分布式的无线分组网络。同所有的分布式系统一样，网络各节点的时钟　同步是Ａｄ　Ｈｏｃ网络技术研究中的一个重要问题。本文针对在Ａｄ　Ｈｏｃ网络中实现高精度的时钟同步提出了解决　方案，将ＰＴＰ协议（Ｐｒｅｃｉｓｅ　Ｔｉｍｅ　Ｐｒｏｔｏｃｏ１）引入到Ａｄ　Ｈｏｃ网络中，并在ＦＰＧＡ开发板上加以验证。在本文的设　计中使用了软件和硬件相结合的实现方案，充分利用了软件的灵活性和硬件的快速性等特点，实现了ＰＴＰ节　点应有的功能，并且通过硬件获取时间戳使同步精度大大提高。　关键词：ＰＴＰ；Ａｄ　Ｈｏｃ；时间戳；时钟同步　中图分类号：ＴＰ３３１．２　文献标识码：Ａ　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｉｎ　

Ａｄ　Ｈｏｅ　ｎｅｔｗｏｒｋ　

Ｈｕａｎｇ　Ｃｈａｏ，Ｌｉｎ　Ｃｈｕａｎ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｐｏｓｔｓ　ａｎｄ　Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｎａｎｊｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ，２１０００３）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ａｄ　ｈｏｃ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｉｓ　ａ　ｎｏｎ—ｃｅｎｔｅｒ．ｆｕｌｌ—ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｐａｃｋｅｔ　ｎｅｔｗｏｒｋ．Ａｓ　ａｌｌ　ｔｈｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｓｙｓｔｅｍｓ，ｃｌｏｃｋ　ｓｖｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅａｃｈ　ｎｏｄｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｉｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｔｏｐｉｃ　ｏｆ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ａｄ　Ｈｏｃ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｃｏｍｅｓ　ｕｐ　ｗｉｔｈ　ａ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｈ　Ｊ【ｇｈ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｉｎ　Ａｄ　Ｈｏｃ　ｎｅｔｗｏｒｋ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ＰＴＰ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｉｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｎ　Ａｄ　Ｈｏｃ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ　ｏｎ　ＦＰＧＡ．Ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｍａｋｅｓ　ｆｕｌｌ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｓｏｆｔｗａｒｅ’Ｓ　ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｈａｒｄｗａｒｅ’ｓ　ｓｐｅｅｄ，ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｓ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ＰＴＰ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｉｎ　ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｔｉｍｅｓｔａｍｐｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｈａｒｄｗａｒｅ，ｍａｋｉｎｇ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｈｉｇｈｅｒ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＴＰ；Ｔｉｍｅｓｔａｍｐ；Ａｄ　Ｈｏｃ；Ｃｌｏｃｋ　Ｓｖｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　

２Ｏｌ３年６月　第２７卷第２期　中国石油大学胜利学院学报　Ｊ　ｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｈｅｎｇｌｉ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｊｕｎ．２０１３　Ｖ０１．２７　Ｎｏ．２　

ｄｏｉ：ｌＯ．３９６９／Ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－５９３５．２０１３．０２．０１２　

基于概率洪泛算法的异构无线自组网研究　

刘　颖　

（中国石油大学胜利学院信息与计算科学系，山东东营２５７０００）　

［摘　要］　同构自组网络中平均路径长度较高而聚类系数较低，导致网络中大量跳跃计数、端到端的较长　延迟和大量电力消耗等问题，对自组网的网络结构进行调整，搭建出一个平均路径长度较小、聚类系数高的并构无　线网络拓扑结构模型，并基于该网络模型进行概率洪泛路由算法的仿真测试。仿真结果表明，该算法能够减少网　络中的广播碰撞，缩短传输延迟，减少功率消耗，改善网络的综合性能。　［关键词］　自组网；平均路径长度；聚类系数；概率洪泛　［中图分类号］ＴＰ３９３．０６　［文献标识码］Ａ　［文章编号］１６７３—５９３５（２０１３）０２—００３６—０３　

自组网又称Ａｄ　ｈｏｃ网，由一组配备无线收发器　的节点组成，节点可以通过无线信道互相通信。在　

整个自组网中，不存在固定的基础设施，节点通过分　散的、自组织的方式独立于其他节点，并以任意方式　保持节点间的相互联系。每个节点充当路由器将网　络中的数据包转发到目的地。在典型的自组网中网　

络架构是均匀的，即网络中的所有节点具有相同的　广播覆盖范围和平等的地位，称为同构体系结构。　在网络模型中各节点通信范围互不相同的结构被称　

为异构体系结构。在同构自组网中平均路径长度较　大、聚类系数较低，导致网络中大量的跳跃计数、端　

到端的较长延迟和大量的电力消耗等问题。针对这　些问题，笔者设计基于异构网络体系结构的概率洪　

泛算法。该算法不仅能用于独立的信息传播技术，　也可作为辅助工具用于其他路由算法，来进行路由　发现和路由维护，利用该算法可以大大地减少信道　争用和冲突。由于在该算法中网络中所有节点之间　传输概率并不是均匀分配的，所以将其称为不均匀