无线传感器网络基于分簇的可扩展相对定位算法研究

《无线传感器网络基于分簇的可扩展相对定位算法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第1荦绪论汇聚节点(SinkNode)和任务管理节点(TaskManager)。监测人员经常通过飞机播撒等方式将大量传感器节点(数量从几百到几千个)随机部署在监测区域(SensorField)内部或附近，这些节点通过自身配置的无线通信模块形成可以完成监测任务的无线网络。用户可以通过任务对节点进行配置、管理传感器网络，发布监测任务，获取监测数据等。无线传感器网络一旦收到监测任务会下达监测命令给相应的多个传感器节点，这些节点收到命令后互相协作收集监测人员所感兴趣数据如所在周边环境中的热、红外、声纳、雷达和地震波信号等；接着进行汇聚、去重、

2、融合处理等再经多跳路由传输到汇聚节点，再由汇聚节点通过互联网或卫星传送给任务管理节点，最终为监测人员所用。无线传感器网络通过这种方式能够实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，包括温度、湿度、噪声、光强度、电磁波、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等物理信号和物质现象，并对这些信息进行处理，从而为远程用户提供详尽而准确的信息。{定位系统；i运动系统；下磊磊～厂二水■r⋯⋯fI佑瞎啦元I处理水元fI嘴卜=斗糍串叫撼能盈单元!亘至蔓垂蔓蔓]图1．2基本的传感器节点结构图1．2是传感器节点的一个基本结构，由传感

3、单元、处理单元、无线通信模块和能量供应模块组成。有的节点还装备有运动系统或定位系统的硬件设施，例如GPS设备接收端，超声波接发模块等。传感单元由各类传感器及数模转换设备组成，负责监测区域内信息的采集和数据转换，监测不同的物理信号使用不同的传感器；处理单元使用低功耗丰富外设的嵌入式微控制芯片，负责控制传感器节点的操作，响应监测者分发的监测任务，存储和处理本身采集的及其他节点发来的数据：网络协议栈及上层软件应用系统以固件形式存储于存储器中。无线通信单元由相应的通信协议及低功耗、通信距离短的无线通信模块组成，负责与其他传感器节点进行无线通信

4、，交换信息。能量单元通常使用微型、不可再充电的电池，有的节点可能配备太阳能等可再生能源模块，负责提供节点运行所需能量。第1章绪论与传统的无线网络相比，无线传感器网络具有以下显著特点：·>节点数量巨大：为了覆盖较大的监测区域并获取精确信息，通常需要大量密集地部署传感器节点，这些节点的数量可能超过上千甚至上万。传感器节点的大量部署可以提高区域的覆盖度，减少监测盲区；保证足够的空间分辨率，以便收集到更精确的数据；大量冗余节点的存在也可以提高系统的健壮性及生存时间。≯节点资源受限：传感器网络的功能与应用，例如森林火灾、井下煤矿监测等，决定了节

5、点需要低成本、体积小、携带能量十分有限的电池。低成本使得传感器节点的资源非常有限，传感器节点通常只有十分有限的处理能力、存储能力和通信能力。部署在野外环境中的传感器节点很难通过更换电池或充电的方式补充能源，因此传感器网络必须能够高效地使用能量来最大化网络生命周期。>动态拓扑：传感器网络拓扑会因下列因素而动态变化：(1)节点因电能耗尽或被人踩坏、吹雨淋等环境因素而出现失效或故障；(2)因新的监测任务需要而添加进新节点：(3)传感器节点可能具有移动性；(4)环境条件影响无线链路的通信质量，使得带宽发生变化或时断时通。因此传感器网络必须具有

6、动态可重构性以适应网络拓扑的动态变化。>自组织：传感器网络通常部署在没有基础结构的地方，节点地位平等组成对等网络，每个节点即是路由器又是消息收发者。具有自组织能力的传感器网络能够通过网络协议自动形成可以完成监测任务的多跳无线网络并且必须适应网络拓扑的动态变化，能够自动地对网络进行配置和管理，无须人员过多干涉。>多跳路由：由于传感器网络覆盖范围一般较大、节点能量受限，传输机制通常采用多跳路由而非单跳路由方式。>应用相关：不同应用背景对传感器网络有不同要求，其硬件设备、网络协议、软件系统也会有不同的针对性。要做出高效的目标系统只有在设计时

7、更贴近应用才行。传感器网络设计不同于传统网络的显著特征之一就是针对具体应用来研究传感器网络技术。>以数据为中心：与传统以IP地址为中心的有线网络不同，传感器网络节点采用节点编号标识，但由于节点随机部署，节点标识动态配置给节点。传感器网络以数据或监测任务本身作为查询线索，通告给网络而非某个第1章绪论特定节点。不同的监测任务通常由不同的多个传感器节点协作汇报完成，不关心哪个节点监测到事件，只关心内容例如事件的位置、时间。由于传感器网络的上述特点，网络中各种协议及算法的设计都必须针对特定的应用来设计，并且应满足可扩展性、动态适应性、健壮性、

8、节能等要求。1．2无线传感器网络中的节点自定位问题节点自定位是无线传感器网络的一个支撑技术，具体表现在以下几方面。首先，对于用来监视物理环境的传感器网络来说，节点采集的数据如果没有与节点位黄信息绑定是没有意义的(Raba