无线传感器网络分层聚类路由算法的分析

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1、田浩澄：无线传感器网络分层聚类路由算法的研究第一章绪论无线传感器网络(WirelessSensorNetworks，WSN)发展到今天，早已融入到我们的生活中!在海湾战争中，美国军方第一次在战场上大规模使用无线传感，完成了多项战场环境数据的监测和采集。第一次在实战中检验了WSN，揭示了这个小东西的广大应用前景。无线传感器网络从最初简单的采集温度、震动、压强等基本数据变化，到今天的物联网、电子牧场等，它的发展早已超出了人们的想象。正应如此，它才能成为二十一世纪最有影响力和改变世界的十大技术之一。1．1无线传感器网络的研究背景与意义无线传感器网络是当前在

2、国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。它综合了传感器技术、嵌入式计算机技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，这些信息通过无线方式被发送，并以自组多跳的网络方式传送到用户终端，从而实现物理世界、计算机世界以及人类社会三元世界的连通。传感器网络具有十分广阔的应用前景[1】，在军事国防、工农业、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、防空反恐、危险区域远程控制等许多重要领域都有潜在的实用价值。进入21世纪以来，学术、军事和工业密切

3、关注WSN的发展，欧美更是早在20世纪90年代末就在WSN方面取得了一定的研究成果。在2003年，美国《技术评论》杂志讨论未来的十大新兴技术时，更是将WSN列在未来十大新兴技术的首位。同时《商业周刊》也将WSN列入未来四大新技术之中。可以预计，随着WSN的发展和广泛应用将会给人类社会带来巨大的改变[21。传统的互联网研究已经具有很长的历史，利用已有的基础化设施，为新的研究搭建大规模的物理试验床(如组播应用研究的Mbone)和虚拟网络试验环境(如P2P研究的PlantLab)相对比较容易。虽然传统互联网对无线通信网络早己进行了研究，也已经存在成熟的商业

4、应用，但无线通信网络与WSN之间还是存在着很大的区别的。由于WSN自身的苛刻条件的限制【3】：在WSN中存在大量随机分布的节点；WSN的网络拓扑结构是动态变化的；传感器节点由能量有限的电池供电，不能进行人工回收补充能量等。这些限制条件在传统无线通信网络中都没有涉及，所以对WSN的研究不能直接依赖于现有的无线通信技术(比如现有的信息加密技术等)，因而在WSN研究方面可继承的现有资源也就十分有限。我们必须研究新的技术以确保传感器节点能量消耗较小，从而尽可能的延长网络使用寿命。到目前为止，针对WSN的研究工作已经取得了相当多的研究成果，且大都是关于路由算法

5、方面的研究。本课题的研究工作也是基于路由算法方面的研究，以能耗均衡为出发2扬州大学硕士学位论文点，设计一种高效的能耗均衡分簇路由算法。1．2国内外研究现状无线传感器网络的构想最初是由美国军方提出的，源自于美国国防部高级研究所计划署(DARPA)于1978年开始资助卡耐基一梅隆大学进行分布式传感器网络的研究，这被看成是无线传感器网络的雏形。随后无线传感器网络引起了军界、学术界和工业界的广泛关注，现代意义的无线传感器网络技术得到了发展。其中1994年加州大学洛杉矶分校的WilliamJ．Kaiser教授向DARPA提交了研究建议书“LowPowerWir

6、elessIntegratedMicrosensors”，对推动WSN研究具有里程碑的意义一剖。进入21世纪以来，很多国家相继启动了自己的WSN研究计划。1993．1999年间由美国国防高级研究计划署(DARPA)资助，加州大学洛杉矶分校(UCLA)承担的WINS项目pJ，该项目主要是将相关传感器节点嵌入到相关设备或环境中，并将WSN与普通网络进行互联。该项目开启了WSN在工业界的应用大门，WINS在工业界拥有广泛的应用前景。1999．2001年间由DAPRA资助，UCBerkeley承担的SmartDust项目，该项目旨在研究高度集成、高度小型化的

7、传感器节点，在军事和和商业领域都有广泛的应用场景。2001年美国陆军提出“灵巧传感器网络通信”计划，将传感器节点部署在装备之中，并使WSN与现有作战系统进行互联，从而提高整个作战系统的生存能力，加强作战指挥员的协调能力，使指挥员能迅速了解整个部队的装备部署与使用情况等。2002年Intel发布了“基于微型传感器网络的新型计算发展规划”，计划在环境监测、森林防火、预防医学乃至海底板块调查、行星探查等领域应用无线传感器网络技术。2002年，欧盟提出ETES(自组织和协作有效能量的传感网络)，集中研究传感器网络体系结构、算法和软件，使节点更“聪明”，能自组

8、织并相互协作。日本和韩国在2004年都推出了下一步国家信息化战略，提出U．Japan和u．Korea计划，通