无线传感器网络中变长范围传输的节能算法研究

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1、1．1．2无线传感器网络的特征1．1．2．1与现有无线网络的区别在无线传感器网络的研究初期，人们一度认为成熟的hltemet技术加上无线Adhoc路由机制对无线传感器网络的设计是足够充分的，但深入的研究表明【2，3】：无线传感器网络与无线自组网有着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。它们虽然有相似之处，但同时也存在如下巨大差异：无线传感器网络中的节点数量和分布密度远远超过了Adhoc网络；大多数的传感器节点不像Adhoc节点一样快速移动；传感器节点出现故障的可能性要大于Adhoc网络，要有一定的容错性；环境

2、干扰和节点故障很容易造成无线传感器网络拓扑结构的变化；传感器节点的存储能力、计算能力和咆能有限；传感器节点主要采用广播式通信，而Adhoc网络大都采用点对点方式通信；由于数目极大，传感器节点不～定具有全球唯一的标识等等p】。1．1．2．2传感器节点的限制传感器节点在实现各种网络协议和应用系统时，存在以下一些现实约束：(1)电源能量有限传感器的电源能量极其有限，网络中的传感器由于电源能量的原因经常失效或废弃。传感器传输信息要比执行计算更消耗电能，传感器传输1比特信息经100m的距离所需要的能量大约相当于执行3，000条计算指令消耗的

3、能量【6】。大量研究表明，传感器节点一般呈现四种状态：发送、接收、空闲和睡眠。节点在发送状态的能量消耗最大，在空闲和接受状态的能量消耗接近，略少于发送状态的能量消耗，在睡眠状态下能量消耗最少。因此，如何让节点通信更有效率，减少不必要的转发和接收，以及高效率的睡眠转换机制来最大化网络生命周期是无线传感器网络面临的首要挑战。(2)通信能力有限无线通信的能量消耗与通信距离的关系为：E=埘“。其中，参数厅满足关系2<=，l<4。刀的取值与很多因素有关。考虑到这些因素，通常取以为3，即通信能耗与距离的三次方成正比。随着通信距离的增加，能耗将

4、急剧增加。因此，在满足通信连通度的前提下应尽量减少单跳通信距离而采用多跳路由的传输机制。一般而言，传感器节点的无线通信半径在100m之内比较合适。由于无线传感器网络更多地受到高山、建筑物、障碍物等地势地貌以及风雨雷电等自然环境的影响，传感器可能会长时间脱离网络、离线工作。如何在有限通信能力的条4⑨硕士学位论文MASTER’STHESIS件下高质量地完成感知信息处理与传输，是我们面临的又一挑战。(3)计算和存储能力有限无线传感器网络中的传感器都具有嵌入式处理器和存储器，这些传感器都具有计算能力，可以完成一些信息处理工作。但是，由于嵌

5、入式处理器和存储器的能力和容量有限，传感器的计算能力十分有限，如何使用大量具有有限计算和存储能力的传感器进行协作分布式信息处理，是我们面临的第3大挑战。(4)网络动态性无线传感器网络具有一定的动态性，网络中的传感器、感知对象和观察者这三要素都可能具有移动性，并且经常有新节点加入或已有节点失效，因此，网络的拓扑结构会经常动态变化，传感器、感知对象和观察者三者之间的路径也随之变化。此外，传感器数量大、分布广的特点使得网络的维护十分困难甚至不可维护，因此，无线传感器网络必须具有可重构和自调整性，并要有一定的容错性，这些都是我们所要面临的

6、巨大挑战。1．1．2．3无线传感器网络的特点(1)大规模的网络布局为了获取精确信息，在监测区域通常部署大量的传感器节点，传感器节点数量可能达到成千上万，甚至更多。无线传感器网络的大规模性具有如下优点：通过不同空间视角获得的信息具有更大的信噪比；通过分布式处理大量的采集信息能够提高监测的精确度，降低对单个节点传感器的精度要求；大量冗余节点的存在，使得系统具有很强的容错性；大量节点能够增大覆盖的监测区域，减少空洞或者盲区。(2)自组织网络在无线传感器网络应用中，通常情况下传感器节点被放置在没有基础结构的地方。传感器节点的位置不能预先精

7、确设定，节点之间的相互邻居关系预先也不知道。这样就要求传感器节点具有自组织的能力，能够自动进行配置和管理，通过拓扑控制机制和网络协议自动形成转发监测数据的多跳无线网络系统。另外，在无线传感器网络的使用过程中，由于传感器节点数目的动态减少或增加而造成的网络拓扑结构的动态变化也对无线传感器网络的自组织性提出了更为严格的要求。(3)以数据为中心的网络无线传感器网络是任务型的网络，脱离无线传感器网络而谈论传感器节点没有任何意义。无线传感器网络中的节点采用节点编号标识，节点编号是否需要全网唯一取决于网络通信协议的设计。由于传感器节点随机部署

8、，构成的无线传感器网络5⑨硕士学位论文MASTER’STHESlS与节点编号之间的关系是完全动态的，表现为节点编号与节点位置没有必然联系。用户使用无线传感器网络查询事件时，直接将所关心的事件通告给网络，而不是通告给某个确定编号的节点。网络在获得指定