【正文】 ............... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。它可以實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)和感知監(jiān)測(cè)對(duì)象的數(shù)據(jù)，通過(guò)嵌入式計(jì)算技術(shù)處理監(jiān)測(cè)到的信息，并利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將它傳回至用戶手中。 從路由協(xié)議的結(jié)構(gòu)來(lái)看，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議可以分為平面路由協(xié)議和分層的路由協(xié)議。每個(gè)簇內(nèi)選出一個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)，其余的為成員節(jié)點(diǎn)。 本文對(duì) 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量路由進(jìn)行研究，主要的著重點(diǎn)就是低功耗無(wú)線傳感器中采用簇機(jī)制的路由協(xié)議。第一階段主要是對(duì)小型化、低功耗、低成本的傳感器節(jié)點(diǎn)的開(kāi)發(fā)研制，得到了很多的傳感器節(jié)點(diǎn)和研究平臺(tái)。其中有以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議、分層路由協(xié)議等。 目前這些領(lǐng)域的研究剛剛開(kāi)始研究，還沒(méi)有形成相對(duì)較為完善的描述和方案設(shè)計(jì)。重慶大學(xué)同時(shí)也開(kāi)始研究了嵌入式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、可重構(gòu)技術(shù)、無(wú)線傳感器定位等。 matlab 進(jìn)行程序設(shè)計(jì) 9 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（ Wireless Sensor Network, WSN）是一種新興的科學(xué)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)，是由大量具有特定功能的傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織的無(wú)線通信方式，相互傳遞信息，協(xié)同地完成特定功能的智能專用網(wǎng)絡(luò) [1]。傳感器節(jié)點(diǎn)一般由傳感單元、數(shù)據(jù)處理單元、收發(fā)單元和電源單元四個(gè)功能模塊組成。觀測(cè)者可通過(guò)管理節(jié)點(diǎn)對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行 10 配置和管理 ，發(fā)布檢測(cè)任務(wù)以及收集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。觀察者將對(duì)感知信息進(jìn)行觀察、分析、挖掘、制定決策，或?qū)Ω兄獙?duì)象采取相應(yīng)的行動(dòng)。傳感器模塊主要負(fù)責(zé)被檢測(cè)區(qū)域內(nèi)信息的采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；處理器模塊主要負(fù)責(zé)控制整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的操作、存儲(chǔ)和處理本身采集的數(shù)據(jù)以及其它節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)；無(wú)線通信模塊主要負(fù)責(zé)與其它傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線通信、交換控制消息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)；能量供應(yīng)模塊為傳感器節(jié)點(diǎn)提供運(yùn)行所需的能量，通常采用能量有限且不可補(bǔ)充的微型電池。 (2)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不固定 WSN 是一個(gè)動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過(guò)程中，某些節(jié)點(diǎn)可能會(huì)因?yàn)殡姵啬芰亢谋M或其他故障，退出網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行；或者可能由于網(wǎng)絡(luò)任務(wù)的需要 ，向網(wǎng)絡(luò)中被添加新的節(jié)點(diǎn)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的布置范圍一般比較廣，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只能跟距離自己很近的鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，當(dāng)節(jié)點(diǎn)需要向匯聚節(jié)點(diǎn)傳遞數(shù)據(jù)而進(jìn)行通信時(shí)需要經(jīng)過(guò)中間節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)。C4ISRT 系統(tǒng)是美國(guó)海軍信息戰(zhàn)系統(tǒng)，它的目標(biāo)是利用先進(jìn)的高科技技術(shù)，為未來(lái)現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)設(shè)計(jì)一個(gè)集指揮、控制、通信、計(jì)算機(jī)、情報(bào)、監(jiān)視、偵察、目標(biāo)捕獲等于一體的戰(zhàn)場(chǎng)指揮系統(tǒng)。 2） 工業(yè)控制 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可用于車間中各種設(shè)備控制狀態(tài)如車間中機(jī)床各種閥門的狀態(tài)、設(shè)備的狀態(tài)、貯存原料的溫度和壓力等，將各種設(shè)備狀態(tài)信號(hào)通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳送至中央 控制室進(jìn)行設(shè)備的監(jiān)控和集中管理，在工業(yè)安全方面可以使用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)有害、有毒或其 14 他危險(xiǎn)物質(zhì)的存在，在造成嚴(yán)重破壞之前就檢測(cè)和識(shí)別出化學(xué)物質(zhì)或生物制劑的泄露或溢出，防止這些危險(xiǎn)物質(zhì)擴(kuò)散到公眾場(chǎng)合。 4）智能農(nóng)業(yè)與環(huán)境感知 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的典型案例是降雨量的測(cè)量，大型農(nóng)場(chǎng)由于面積具大，如果降雨只發(fā)生在農(nóng)場(chǎng)中的某些區(qū)域，知道需要灌溉的區(qū)域可以很大的節(jié)省灌溉的費(fèi)用，由于這種網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量低，允許的消息延遲也可以比較長(zhǎng)，所以節(jié)點(diǎn)的價(jià)格必須十分的低，并且節(jié)點(diǎn)的功耗也必須低到可以在整個(gè)作物的生長(zhǎng)期內(nèi)正常的工作。 15 在 OSI 參考模型中，網(wǎng)絡(luò)層是通信子網(wǎng)的最高層。位于感知區(qū)域的傳感器節(jié)點(diǎn)的能力是有限的，不能重新部署，不能提供能量的補(bǔ)給，因此，降低能耗成為了研究的主要目的，同時(shí)，由于感知區(qū)域面積廣，分布著若干個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且不能得到全局的數(shù)據(jù)，只能是局部的，因此，研究算法 [5]時(shí)，只能得到部分信息，滿足無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的要求，具有以下特點(diǎn)： ，設(shè)計(jì)路由算法時(shí)，降低能量消耗和高效地利用傳感器節(jié)點(diǎn)有限的能量成為關(guān)鍵的因素。 16 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種 應(yīng)用性相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)，因而它的路由協(xié)議機(jī)制也會(huì)隨著應(yīng)用目標(biāo)的不同而不同。典型的協(xié)議有 :LEACH，是傳感器網(wǎng)絡(luò)中最早的比較典型的分層次路由協(xié)議。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)眾多，使得在網(wǎng)絡(luò)路由查詢和維護(hù)中，占用了大量的通信、計(jì)算和存儲(chǔ)等資源，因此，此類協(xié)議不適合大量節(jié)點(diǎn)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，而一般用于局部路由算法中?；诜謱拥穆酚蓞f(xié)議中，有部分也是主動(dòng)路由，如 LEACH， TEEN， PEGASIS 等。 混合型路由協(xié)議將層次型、主動(dòng)型和被動(dòng)型路由協(xié)議的路由機(jī)制綜合起來(lái)，根據(jù)具體的應(yīng)用不同而不同。 DSDV 在 18 組網(wǎng)階段或有新節(jié)點(diǎn)加入時(shí)，節(jié)點(diǎn)通過(guò)廣播來(lái)告訴其他節(jié)點(diǎn)自己的存在，鄰居節(jié)點(diǎn)收到這個(gè)廣播包后就將信息插入到路 由表，并立即發(fā)送新的路由表。用于完全更新的分組中需要包含路由表中的所有信息，而增量更新中，路由分組只包含了部分更新的路由信息。如此繼續(xù)下去，直到將數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥繕?biāo)節(jié)點(diǎn) D 為止，或者為該數(shù)據(jù)所設(shè)定的生存期限變?yōu)榱銥橹?。該算法不再采用廣播形式，而是隨機(jī)選取一個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)它接收到的數(shù)據(jù)副本，避免了消息的“內(nèi)爆”現(xiàn)象，但是仍無(wú)法解決部分重疊現(xiàn)象和盲目使用資源現(xiàn)象所引起的傳輸時(shí)延長(zhǎng)、傳輸速度慢等問(wèn)題。充當(dāng)簇頭的節(jié)點(diǎn)直接將數(shù)據(jù)發(fā)送至遠(yuǎn)處的匯聚節(jié)點(diǎn)，信息全部到達(dá)基站表示開(kāi)始新一輪的工作。制造數(shù)據(jù)鏈，會(huì)消耗很多的能 20 量，這點(diǎn)也不是可以忽略的。同數(shù) 據(jù) 融 合 技 術(shù) 相 結(jié) 合。 在初始化階段，每一個(gè)節(jié)點(diǎn) 從 0～ 1 中選取一個(gè)隨機(jī)數(shù) ，如果這個(gè)隨機(jī)數(shù)小于這一 “輪 ”所設(shè)定 的門限值 T（ n），那么這個(gè)節(jié)點(diǎn)就成為簇頭。在第 0“輪 ”中成為簇頭的節(jié)點(diǎn) ，在接下來(lái)的 1／ p 輪中不會(huì)再成為簇頭，在經(jīng)過(guò) 1／ p 一 1輪后 ， T 值變?yōu)? 1，這時(shí)還沒(méi)有成為簇頭的節(jié)點(diǎn)就被選擇為簇類節(jié)點(diǎn)；在經(jīng)過(guò) 1／ p 輪后 ，所有節(jié)點(diǎn)再次開(kāi)始平等地競(jìng)爭(zhēng)是否當(dāng)選簇頭。在穩(wěn)定階段 ，節(jié)點(diǎn)持續(xù)采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，傳給簇首。 23 仿真 該算法基本思想是：以循環(huán)的方式隨機(jī)選擇簇頭 節(jié)點(diǎn) ，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量負(fù)載平均分配到每個(gè)傳感器 節(jié)點(diǎn) 中，從而達(dá)到降低網(wǎng)絡(luò)能源消耗、提 高網(wǎng)絡(luò)整體生存時(shí)間的目的。簇的建立過(guò)程可分成 4個(gè)階段：簇頭 節(jié)點(diǎn) 的選擇、簇頭 節(jié)點(diǎn) 的廣播、簇頭節(jié)點(diǎn)的建立和調(diào)度機(jī)制的生成。穩(wěn)定階段持續(xù)一段時(shí)間后， 網(wǎng)絡(luò)重新進(jìn)入簇的建立階段，進(jìn)行下一輪的簇重建，不斷循環(huán)。藍(lán)色的小點(diǎn)點(diǎn)代表存活的無(wú)線傳感器，綠色的小點(diǎn)點(diǎn)代表死亡的無(wú)線傳感器，圖中中間的黑色圓圈代表基站，紅色圓圈代表簇頭 。對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分簇的路由算法被證明是一種可以顯著改善網(wǎng)絡(luò)性能的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。s time for sensors to go wireless. Sensors Magazine, 1999,16(4): 7080 29 [3]于海斌 ,曾鵬 ,梁韡 .智能無(wú)線傳感器 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) .北京 :科學(xué)出版社 ,2021,67 [4] GANESAN D， GOVINDAN R， SHENKER S， et Resilient， Energy Efficient Multipath Routing in Wireless Sensor Computing and Communications Review， 2021，5(4)： 1125. [5] AKYILDIZ I F， SU W， SANKARASUBRAMANIAM Y， et Survey on Sensor Networks[J].IEEE Communications Magazine，2021， 40(8)： 102114. [6]