【正文】 ，使得開發(fā)小體積、低成本、低功耗的微傳感器成為可能，為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建奠定了基礎(chǔ)。 第四代傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量無處不在的， 具有通信與計算能力的微小傳感器節(jié)點(diǎn)密集布設(shè)在無人值守的監(jiān)控區(qū)域而構(gòu)成的能夠根據(jù)環(huán)境自主完成指定任務(wù)的“智能”自治測控系統(tǒng)。 傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展可以劃分為以下四個階段： 第一代傳感器網(wǎng)絡(luò)是由具有簡單點(diǎn)對點(diǎn)信號傳輸功能的傳統(tǒng)傳感器所組成的測控系統(tǒng)，只是初步實(shí)現(xiàn)了信息的單向傳遞； 第二代傳感器網(wǎng)絡(luò)是由智能傳感器和現(xiàn)場控制站組成的測控網(wǎng)絡(luò)。 研究背景 傳感器是數(shù)據(jù)采集、 信息處理的關(guān)鍵部件， 它可以將物理世界中的一個物理量映射到一個定量的測量值， 使人們對物理世界形成量化認(rèn)識。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將邏輯上的信息世界與真實(shí)的物理世界融合在一起， 改變著人與自然交互的方式。Mark Weiser在 1991 年首次提出了普適計算[1] (ubiquitous puting)思想，普適計算作為 21 世紀(jì)的計算模式，其基本思想是使計算機(jī)技術(shù)從用戶意識中徹底消失。在物理環(huán)境中結(jié)合計算處理能力的控制能力， 人與人、 人與機(jī)器以及機(jī)器與機(jī)器的交互最終統(tǒng)一到人與自然的交互。 人們可以通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)直接感知客觀世界， 從而極大地擴(kuò)展現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)的功能和人類認(rèn)識世界的能力。 目前傳感器技術(shù)已廣泛應(yīng)用于國防、機(jī)械、電力、能源、交通等諸多領(lǐng)域。 傳感器與現(xiàn)場控制站間的信號傳輸方式與第一代傳感器網(wǎng)絡(luò)基本相同。 現(xiàn)在所指的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)屬于第四代傳感器網(wǎng)絡(luò)，是一種新型的無基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)各個無線節(jié)點(diǎn)(傳感器)靜態(tài)地隨機(jī)分布于某一區(qū)域，它們協(xié)作地監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息， 并對這些信息進(jìn)行處理， 獲得詳盡而準(zhǔn)確的結(jié)果，并最終傳送給需要這些結(jié)果的用戶。 目前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用于跟蹤、監(jiān)測等領(lǐng)域，這些應(yīng)用的共同特點(diǎn)是：網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)監(jiān)測周圍區(qū)域并報告異常事件的發(fā)生， 因此在這類應(yīng)用中， 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包所包含信息的重要性將有很大不同， 同時要求無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)⒉杉降臄?shù)據(jù)盡量在規(guī)定的時間內(nèi)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心， 然后由數(shù)據(jù)中心對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析， 并將最終分析結(jié)果交給決策者 圖 所示的是這些應(yīng)用中的一個典型場景， 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被隨機(jī)部署在一個指定的保護(hù)區(qū)域， 觀察并報告是否有入侵者進(jìn)入。特別是基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的圖像、 視頻和流媒體等多媒體信息的傳輸需求的急劇增加， 給無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計帶來了極大的挑戰(zhàn)， 由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種新興的， 由大量無線傳感器節(jié)點(diǎn)通過自組織的方式組成網(wǎng)絡(luò)， 節(jié)點(diǎn)的傳感器負(fù)責(zé)采集監(jiān)測數(shù)據(jù)， 無線射頻收發(fā)裝置負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)之間以及節(jié)點(diǎn)與之間數(shù)據(jù)的交互，其工作方式以及承載的業(yè)務(wù)類型都與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有著很大的區(qū)別。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 傳感器技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和無線通信等技術(shù)的進(jìn)步，推動了具有現(xiàn)代意義的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本思想起源于20世紀(jì)70年代， 研究的重點(diǎn)主要放在國防項目上。 加州大學(xué)伯克力分校提出了應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)連通性重構(gòu)傳感器位置的方法、 基于相關(guān)性的數(shù) 據(jù)編碼模式、 用稀疏傳感器網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)跟蹤移動對象路線的方法、 傳感器網(wǎng)絡(luò)上隨時間變化的連續(xù)流可視化方法、 允許系統(tǒng)級優(yōu)化時有效通信機(jī)制的一般化解、 傳感器網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)分布式存儲的地理表方法、 確定傳感器網(wǎng)絡(luò)中結(jié)點(diǎn)位置的分布式算法等， 同時專門為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開發(fā)了一種微型操作系統(tǒng) TinyOS。 他們提出了低級通信不依賴于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分布式系統(tǒng)技術(shù)、 支持多應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中命名數(shù)據(jù)和網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)處理的軟件結(jié)構(gòu)、 變換初始感知為高級數(shù)據(jù)流的層次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時間同步的解決方法、 自組織無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計問題和解決方法、新的多路徑模式等。 實(shí)驗(yàn)表明傳感器網(wǎng)絡(luò)在這樣的應(yīng)用環(huán)境中有非常明顯的優(yōu)勢。2001 年中國科學(xué)院依托上海微系統(tǒng)所成立微系統(tǒng)研究與發(fā)展中心， 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)方向上陸續(xù)部署了若干重大研究項目， 初步建立了傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研究平臺，在無線智能傳感器網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、微型傳感器、傳感器端機(jī)、移動機(jī)站和應(yīng)用系統(tǒng)等方面取得很大進(jìn)展。首先，無線鏈路不穩(wěn)定，易受周圍環(huán)境和噪聲的影響，因此通信延遲難以估計；其次，許多無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需要在僅有電池供電的情況下工作數(shù)月甚至數(shù)年。 它是針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時應(yīng)用提出的一種新的體系結(jié)構(gòu)， 指出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時應(yīng)用的特點(diǎn)及需要考慮的基本問題和基本解決方法。 SPEED是地理位置信息相關(guān)的路由協(xié)議， 它通過保證預(yù)期的發(fā)送速度提供了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時服務(wù)。另外SPEED協(xié)議無須MAC層提供Qos或?qū)崟r性支持； 最后是建立在 標(biāo)準(zhǔn)之上的MAC層解決方案。 本文研究的內(nèi)容主要分為以下三個階段： 第一階段， 對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信延遲進(jìn)行分析和研究。 3)根據(jù)以上的理論分析，針對簡單優(yōu)先級調(diào)度算法以及 DropTail 的不足，提出了一種動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法，并通過仿真對提出的動態(tài)優(yōu)先調(diào)度算法進(jìn)行了性能評價。 圖 主要研究內(nèi)容 本文結(jié)構(gòu) 全文共分七章，內(nèi)容包括：緒論；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡介；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信延分析； 節(jié)點(diǎn)級延遲分析與仿真； 動態(tài)優(yōu)先級分組調(diào)度算法研究與仿真； 具有優(yōu)先CSMA/CA研究與仿真；結(jié)論。最后介紹了仿真平臺 OPNET。包含了 所需要的軟件設(shè)備，開發(fā)環(huán)境，以及開發(fā)內(nèi)容，和重要的數(shù)據(jù)采集提取 和讀取部分。然后在ubuntu中編譯并運(yùn)行Com_Sensor程序獲取傳感器實(shí)驗(yàn)箱的數(shù)據(jù)。 第七章。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概述 當(dāng)前， 自織網(wǎng)的一個重要的發(fā)展方向是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)， 我們可以把無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定義如下[11]：無線傳感器網(wǎng)是由一組按需隨機(jī)分布的集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的微型傳感器以自組織方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)， 其目的是協(xié)作地感知、 采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)感知對象的信息，并傳送給信息獲取者。另外，一個傳感器網(wǎng)可以有多個信息獲取者，一個信息獲取者也可以是多個傳感器網(wǎng)的用戶。感知對象的信息一般通過表示物理現(xiàn)象、化學(xué)現(xiàn)象或其他現(xiàn)象的數(shù)字量來表示，如溫度、濕度、物體的大小、物體的移動速度等。環(huán)境監(jiān)控方面，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為野外隨機(jī)性的研究數(shù)據(jù)獲取提供了方便，比如，跟蹤候鳥和昆蟲的遷移，研究環(huán)境變化對農(nóng)作物的影響，監(jiān)測海洋、大氣和土壤的成分等[1820]。另外，網(wǎng)絡(luò)的自組織、微型化和對外部世界的感知能力的三大特點(diǎn)使其在倉庫管理、交互式博物館、交互式玩具、工廠自動化生產(chǎn)線等眾多領(lǐng)域，都將會孕育出全新的設(shè)計和應(yīng)用模式[2427]。這些特點(diǎn)都不同于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，在實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和應(yīng)用系統(tǒng)時帶來了許多的約束，同時也提出了一系列挑戰(zhàn)性問題[2931]： 1)通信能力有限。 因此如何在有限通信能力的條件下高質(zhì)量地完成感知信息的處理與傳輸，是我們面臨的第 1 個挑戰(zhàn)。 如何在網(wǎng)絡(luò)工作過程中節(jié)省能源，最大化網(wǎng)絡(luò)的生命周期，是我們面臨的第 2 個挑戰(zhàn)。但是，由于嵌入式處理器和存儲器的能力和容量有限， 傳感器的計算能力十分有限。 傳感器數(shù)量大、 分布廣的特點(diǎn)使得網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)十分困難甚至不可維護(hù)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的軟、硬件必須具有高健壯性和容錯性。因此，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動態(tài)變化，傳感器、感知對象和觀察者三者之間的路徑也隨之變化。 很多無線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要對感知對象進(jìn)行控制， 如溫度控制。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的每個傳感器通常都產(chǎn)生較大的流式數(shù)據(jù)，并具有實(shí)時性。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時性能研究比較 具有實(shí)時性要求的通信網(wǎng)絡(luò)與普通通信網(wǎng)絡(luò)的不同在于引入了時間限制， 它要確保準(zhǔn)時地傳遞信息并且支持分布式計算。因此，傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)中的機(jī)制無法直接應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中。 一般來說，為了保證網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時性，通信協(xié)議需要考慮兩個過程：訪問仲裁過程和傳輸控制過程。如果兩個過程能有機(jī)地結(jié)合在一起，就能很好保證通訊協(xié)議的實(shí)時性。這是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)的不同之處。 訪問仲裁過程決定一個節(jié)點(diǎn)什么時候可以通過無線介質(zhì)發(fā)送數(shù)據(jù)，而傳輸控制過程決定節(jié)點(diǎn)可在無線介質(zhì)上不間斷傳輸數(shù)據(jù)的時間。 溫濕度傳感器是指能將溫度量和濕度量轉(zhuǎn)換成容易被測量處理的電信號的設(shè)備或裝置。 　　濕度：濕度很久以前就與生活存在著密切的關(guān)系,但用數(shù)量來進(jìn)行表示較為困難。在物理量的導(dǎo)出上相對濕度與溫度有著密切的關(guān)系。日常生活中所指的適度為相對濕度，用RH%表示。 　　飽和濕度：在一定溫度下，單位容積，空氣中所能容納的水汽量的最大限度。 露點(diǎn)：指含有一定量水蒸氣（絕對濕度）的空氣，當(dāng)溫度下降到一定程度時所含的水蒸氣就會達(dá)到飽和狀態(tài)（飽和濕度）并開始液化成水，這種現(xiàn)象叫做凝露。光照：紅外：選擇的注意事項：①、選擇測量范圍 　　和測量重量、溫度一樣，選擇濕度傳感器首先要確定測量范圍。所以使用者一定要量體裁衣，不宜盲目追求“高、精、尖”。%RH的濕度變化(誤差)。對于要求精確控制恒溫、恒濕的局部空間，或者需要隨時跟蹤記錄濕度變化的場合，再選用177。相對濕度測量儀表，即使在20—25℃下，要達(dá)到2%RH的準(zhǔn)確度仍是很困難的。2%左右，甚至更高。為正確反映欲測空間的濕度，還應(yīng)避免將傳感器安放在離墻壁太近或空氣不流通的死角處。使用時應(yīng)按照技術(shù)要求提供合適的、符合精度要求的供電電源。因而急需一種科學(xué)的手段來反映和預(yù)測網(wǎng)絡(luò)的性能，網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。OPNET(Optimized Network Engineering Tool)[3638]是一個面向?qū)ο蟮碾x散事件通用網(wǎng)絡(luò)仿真器， 它使用分層模型來定義系統(tǒng)的每一方面。仿真器通過一個圖形用戶接口幫助用戶開發(fā)不同的模型，整個接口可以模擬、圖形化、動畫展示輸出結(jié)果。三層模型與實(shí)際的協(xié)議、設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)三層相對應(yīng)，全面反映了網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)特性，提供了與外部程序或系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的機(jī)制，提供協(xié)同仿真功能。它擁有探測器編輯器、分析工具、過濾工具、動畫視圖等結(jié)果分析工具。 子系統(tǒng)及每一層都有很大的差別， 針對通信網(wǎng)絡(luò)中這種不同特性子系統(tǒng)的差別， 建模劃分的三個層次，如表 所示 如何將模型中涉及的各子系統(tǒng)的特性與建模域?qū)?yīng)起來， 是建模過程中的難題， 列舉了系統(tǒng)的各個層面和建模域的對應(yīng)關(guān)系，其中系統(tǒng)的某一個層面可能與多個域相對應(yīng)，建模過程中需要將幾個域結(jié)合起來。 在非信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)工作方式情況下，采用非時隙CSMACA信道接入機(jī)制，采用該機(jī)制的設(shè)備，在每次發(fā)送數(shù)據(jù)楨或MAC層命令時，要等待一個任意長的周期，在這個任意的退避時間之后，如果設(shè)備發(fā)現(xiàn)信道空閑，就會發(fā)送數(shù)據(jù)楨和MAC層命令；反之，如果設(shè)備發(fā)現(xiàn)信道正忙，將等待任意長的周期后，再次嘗試接入信道。如果信道空閑，設(shè)備將在下一個空閑的退避時隙發(fā)送數(shù)據(jù)。MDK414（arm平臺編譯燒錄代碼軟件）、KeilC51v750