基于zigbee网络的分簇路由协议ss-cluster的设计与实现 (1)

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1、第一章绪论第一章绪论1.1无线传感器网络概述无线传感网络(WirelessSensorNetwork，WSN)也称无线感知网络，是由布设在空间中许多功能各异并结合了信息处理及嵌入式计算等技术的节点组成。一般地，WSN中的每个节点都配备多个以数据采集为任务的传感器、以通信为任务的无线收发器、以数据处理和控制为任务的微处理控制器和提供能源为任务的供电器[1]。通过这些硬件的支持，WSN就能够实现实时检测、感知和采集节点周围的各种信息(温湿度、烟雾浓度、压力)，然后经过对收集到的信息加工处理，就能传输给

2、远程控制中心。WSN的体系结构可如图所示：监测区域有线/无线方式连接汇聚节点Internet基站节点图1.1WSN体系结构由WSN的体系结构，我们也能看出，它有着数目巨大的监测节点，密集分布在监测区域。这是因为节点的能量、计算能力和数据传输能力等有限，且受到监测区域各种因素的制约，使得节点容易受到干扰从而无法获得精确感知。通过大规模的节点部署，既能保证对目标区域进行监测的结果越接近真实，又能提高系统的稳定性，不至于某些节点损坏导致整个网络无法工作。此外，WSN还有几个显著的特点[1-3]：1、自组

3、织：监测节点常常被部署到一些危险区域，特别是人不能够接近的区域，因此，每个传感器节点必须具有自组织WSN的能力。2、资源受限：WSN必须保证能量消耗尽可能的少，因此，节点的计算能力和通信能力等受到影响。3、动态可靠性：WSN的节点位置一般是固定的，但由于某些不可预知的因素导致节点失效，就可能会严重影响到整个网络，因此WSN需要针对这种状况适当的调整网络拓扑结构等，从而保证网络依旧可以正常可靠的运行。4、以数据为中心：WSN并不关心节点的位置在哪里，它只关心节点能够获取到的数据是什么，因此，WSN是

4、一个以数据为中心的网络。1万方数据第一章绪论WSN的首要设计目标是高效使用传感器节点的能量，在完成应用要求任务的前提下，尽量延长整个网络系统的生存期[3]。因此，它涉及到的关键技术涵盖网络拓扑控制、网络协议、协同工作机制、位置定位、数据融合及嵌入式操作系统等，这些都是当前国内外的研究热点。1.1国内外研究现状WSN的概念自被首次提出后，就引起了国际上的高度关注，由于它涉及的多学科高度交叉及知识的高度集成，各国科研机构和企业纷纷耗费巨资投入到这个前沿热点领域研究行列中，经过多年的潜心钻研，不仅理论研

5、究取得了突破性成果，而且在多个领域实际应用也取得了瞩目成就。例如，经过多年研究，Intel科研人员早在2002年就已经将自研发具有体积小、计算能力强、通信稳定的传感器连接到互联网，并在缅因州的实验中成功的获取到了当地气候，从而为人们研究当地生物生存环境提供了科学数据[4-5]。不久，Intel又将WSN应用到家庭护理领域，通过对残障病患者的鞋和家电等物品中嵌入传感器，医务人员就能及时获得他们的健康数据，从而为他们提供各种有效的医疗服务[4-5]。日本科研机构在2004年开发出可搭载温湿度、亮度、红

6、外线、加速度等各种传感器的极小体积终端，并成功的在楼宇之间，家庭之间搭建了WSN网络[6]。在美国旧金山，通过将传感器节点部署在著名的金门大桥上，监测人员准确地掌握了有可能危害大桥安全的数据，从而提前发布预警，防止隐患发生[6-7]。在军事领域，WSN被应用在了遥控战场传感器系统(RemoteBattlefieldSensorSystem，REMBASS)、网络中心战(NCW)及灵巧传感器网络(SSW)、智能尘埃(SmartDust)、行为习性监控(HabitatMonitoring)项目等高精尖

7、技术领域[7]。特别是2009年美国试验成功的“狼群”地面无线传感器网络和“沙地直线”(ALineintheSand)无线传感器网络系统，使得各国对WSN的巨大应用价值更加重视，纷纷加大了WSN基础理论知识的研究投入力度[7]。我国对WSN的研究晚于国外，1999年在中国科学院《知识创新工程试点领域方向研究》的信息与自动化领域研究报告发表后，国家才正式将WSN列入重大研究项目之一[8]。虽然起步晚，但凭借后发优势，WSN的理论研究迅速跟上了发达国家的步伐，并涌现出了一批WSN研究热潮的企业，例如，

8、华为和中兴等，它们开发的WSN终端产品都瞄准了具有广阔应用前景的新型领域和市场。WSN在我国也已经成功的应用在包括交通，机器人学、环境监测和工业自动化等领域。随着微电子技术和通信技术的进步与完善，国内外学者及机构对于WSN的研究已经由早期的聚焦节点设备的小型化转移到WSN本身存在的问题，这是因为WSN深入应用到日常生活中的方方面面时逐渐暴露出现有WSN理论在基础底层的硬件设计、感应、通讯、计算方法、供能机制、能量控制等各方面的不足，而环境生态检测、交通控制、煤矿探测、智能化家居、医