无线传感器网络中基于睡眠协议的广播算法

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1、浙江大学硕上学位论文第2章无线传感器网络介绍2．1无线传感器网络的体系结构随着无线通信技术和微系统技术的进步，低功耗，多功能的传感器得到了快速的发展，传感器节点内可集成传感、数据处理和短距离无线通信等功能。随机分布的传感器节点通过自组织的方式构成多跳无线网络，称这种网络为无线传感器网络。无线传感器网络综合了传感器、嵌入式计算、无线通信等3大技术，可以实现人与自然物然，物与物对话的无处不在的通讯和计算。无线传感器网络借助于节点中内置的形式多样的传感器，可测量周边环境中的热、红外、声纳、雷达和地震波等信号，从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等众多人们

2、感兴趣的客观现象。火星探测，车辆监控和跟踪，森林防火，住院病人病情监控，军事上的“智能尘埃’’⋯广阔的应用前景掀起了国内外对无线传感器网络的研究热潮。无线传感器网络是一种嵌入式系统，它由很多个的小型和微型数据采集设备构成，这些设备以通讯为中心，其主要特征为灵活、自组织、严格的资源限制，并且需要实时处理以及长时间的单任务串行处理，同时大部分时间保持低功耗状态。现代的技术进展已经创造出低价格、低功率、多功能微型传感设备，可以组成分布于广大区域，包括上千个传感器的网络。经过对数据的收集、处理、分析，传感器网络可以在任何时间、任何地点获取信息，从而成为智能化环境的一部分。在广泛的应用领域，传感器网络

3、革新了传感功能。这是因为其快速展开、抗毁性强、监测精度高、覆盖区域大以及便于使用。无线传感器网络由传感器节点群、网关(sink节点)、互联网及移动通信网络、远程监控中心组成。在传感器网络中，通过飞机、火箭、弹射器投放或者人工安置，节点被任意散落在被监测区域内。节点感觉、计算、影响现实环境，工作过程无需人工干预，自组织形式构成网络，通过多跳(multi．hop)方式将监测数据浙江大学硕士学位论文第2章无线传感器网络介绍传至lJsink节点，由sink节点将收集到的数据通过互联网或移动通信网络传送到远程监控中心进行处理。在这个过程中，传感器节点既充当感知节点，又充当转发数据的路由器。整个传感器网

4、络是一个以数据为中心的网络，网关节点融合的数据相当于来自一个分布式的数据库。如果网络规模太大，可以采用聚类分层的管理模式，图2．1给出了传感器网络体系结构一般形式的描述。髓扮Iz缓图2．1传感器网络体系结构的一般形式在不同应用中，传感器网络节点的组成不尽相同，但一般都由数据采集、数据处理、数据传输和电源这4部分组成。根据硬件结构来分，可以分为传感器、处理器、存储器、电源和收发器这五部分。被监测物理信号的形式决定了传感器的类型。处理器通常选用嵌入式CPU，如Motorola的68HCl6，ARM公司的ARM7和Intel的8086等。数据传输单元主要由低功耗、短距离的无线通信模块组成，比如RF

5、M公司的TRl000等。因为需要进行较复杂的任务调度与管理，系统需要一个微型化的操作系统，UCBerkeley为此专门开发]'TinyOS，当然，uCOS．II和嵌入式Linux等也是不错的选择。根据应用的需要，节点的体积和质量都应比较小，比如要小到足以使它悬浮在空中进行数据采集。因此，节点的电源模块采用只能携带有限能量的电池来实4浙江大学硕J：学位论文第2章无线传感器网络介绍现。同时，更换节点电池的成本比重新布放节点还要高，这就决定了无线传感器在使用过程中不太可能更换电池，因而节能成为无线传感器网络设计的核心，在进行节点设计时应尽量采用寿命较长的电池及低功耗器件。在通信方式上，虽然可以采用

6、有线、无线、红外和光等多种形式，但一般认为短距离的无线低功率通信技术最适合传感器网络使用，为明确起见，一般称作无线传感器网络。但也不绝对，Berkeley的SmartDust[1】因为可以像尘埃一样悬浮在空中，有效地避免了障碍物的遮挡，因此采用光作为通信介质。无线传感器网络与传统的无线网络(如WLAN和蜂窝移动电话网络)有着不同的设计目标，后者在高度移动的环境中通过优化路由和资源管理策略最大化带宽的利用率，同时为用户提供一定的服务质量保证。在无线传感器网络中，除了少数节点需要移动以外，大部分节点都是静止的。因为它们通常运行在人无法接近的恶劣甚至危险的远程环境中，能源无法替代，设计有效的策略延

7、长网络的生命周期成为无线传感器网络的核心问题。当然，从理论上讲，太阳能电池能持久地补给能源，但工程实践中生产这种微型化的电池还有相当的难度。在无线传感器网络的研究初期，人们一度认为成熟的Intemet技术加上Ad-hoc路由机制对传感器网络的设计是足够充分的，但深入的研究表明：传感器网络有着与传统网络明显不同的技术要求。前者以数据为中心，后者以传输数据为目的。为了适应广泛的应用程序，传统网络的设计遵循着“端到