【正文】 y into a logical super puter,which can provide integrated information applieation services for WSN and grid can better play both functions. This paper first sketches out the related knowledge of WSN and grid. Through the qualitative analysis, differences and similarities were found out,and the key problems that need to be solved in bination were summarized. Then after researching and exploring, a framework was put forward and an application platform that bined WSN into grid was constructed. This platform puts to use the layered structure,which includes a WSN layer, data access layer, management layer, the grid application layer. With this structure, the task’s scheduling and distribution are clear, and it can realize the preliminary integration effectively between WSN and grid, achieving more effective utilization of resources. KEY WORDS WSN, grid, bined framework, code, data transmission 北方民族大學(xué)畢業(yè)論文 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)格結(jié)合研究 III 目 錄 第 1章 緒 論 ........................................................ 1 課題研究背景 ................................................... 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ................................................. 2 研究目標(biāo) ....................................................... 3 第 2章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 ........................................... 5 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概念 ............................................. 5 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理 ............................................. 5 傳感器節(jié)點(diǎn)組成 ............................................. 5 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成 ......................................... 6 無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn) ............................................. 7 傳感器節(jié)點(diǎn)特征 ............................................. 7 傳感器節(jié)點(diǎn)的限制 ........................................... 7 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特征 ......................................... 8 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù) ......................................... 9 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 ............................................ 12 第 3章 網(wǎng)格技術(shù)概述 ................................................ 14 網(wǎng)格概念、特點(diǎn) ................................................ 14 網(wǎng)格的概念 ................................................ 14 網(wǎng)格的特點(diǎn) ................................................ 14 網(wǎng)格的意義 ................................................ 16 網(wǎng)格計(jì)算要求 .............................................. 16 網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu) .................................................. 17 五層沙漏結(jié)構(gòu) .............................................. 17 開放式網(wǎng)格服務(wù)體系結(jié)構(gòu) .................................... 18 其他網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu) .......................................... 19 網(wǎng)格研究關(guān)鍵問題 .............................................. 20 網(wǎng)格的應(yīng)用及研究現(xiàn)況 .......................................... 21 網(wǎng)格的應(yīng)用 ................................................ 21 我國(guó)網(wǎng)格研究現(xiàn)狀 .......................................... 21 第 4章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)格結(jié)合研究 ................................ 23 結(jié)合的可行性 .................................................. 23 結(jié)合的關(guān)鍵問題 ................................................ 23 結(jié)合框架 ...................................................... 26 框架設(shè)計(jì) .................................................. 26 結(jié)合框架的應(yīng)用 ............................................ 30 第 5章 總結(jié)與展望 .................................................. 32 北方民族大學(xué)畢業(yè)論文 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)格結(jié)合研究 IV 參考文獻(xiàn) ........................................................... 33 致 謝 .............................................................. 35 附頁 1 英文文獻(xiàn) ..................................................... 36 附頁 2 中文翻譯 ..................................................... 46 北方民族大學(xué)畢業(yè)論文 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)格結(jié)合研究 第 1 頁 第 1 章 緒 論 課題研究背景 近年來，信息技術(shù)在我國(guó)獲得了迅猛發(fā)展。 網(wǎng)格技術(shù) 是 一種分布式計(jì)算技術(shù) ， 它利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)把地理上廣泛分布的 各種 資源連成一個(gè)邏輯整體，為用戶提供一體化的信息應(yīng)用服務(wù)。 將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)格結(jié)合起來可以 更好發(fā)揮兩者的 功能 效用。但從整個(gè)信息領(lǐng)域來看，我國(guó)核心專利和核心技術(shù) 還 相對(duì)較少。目前這種情況在我國(guó)已在不斷好轉(zhuǎn)。隨著相關(guān)學(xué)科不斷發(fā)展，傳感器網(wǎng)絡(luò)同時(shí)還具有了獲取多種信息信號(hào)的綜合處理能力，并通過與傳感控制器相連，組成了具有信息綜合處理能力的傳感器網(wǎng)絡(luò)，這是第二代傳感器網(wǎng)絡(luò)。 計(jì)算機(jī)與通信的最新發(fā)展和進(jìn)步已經(jīng)極大推動(dòng)了傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究，并且已經(jīng)將其推動(dòng)到比較接近原始預(yù)想的階段。它代表了繼 Inter 技術(shù)和 Web 技術(shù)之后的第三次技術(shù)浪潮，引起了政府、學(xué)術(shù)界和工商界的高度重視，各國(guó)政府紛紛設(shè)立重大項(xiàng)目對(duì)網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境進(jìn)行研究和開發(fā)。網(wǎng)格的出現(xiàn)為解決這一問題提供了嶄新的途徑。兩者的結(jié)合，可以使網(wǎng)格通過傳感器訪問真實(shí)的物理信息，同時(shí)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以利用網(wǎng)格強(qiáng)大的計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力彌補(bǔ)自身的缺點(diǎn)，使其更具有實(shí)用價(jià)值。英特爾公司與加利福尼亞州大學(xué)伯克利分校 也進(jìn)行了 “微塵”技術(shù)的研究工作。 網(wǎng)格被稱為繼傳統(tǒng)因特網(wǎng)、萬維網(wǎng)之后的 第三代因特網(wǎng)應(yīng)用 ， 以其重要的戰(zhàn)略意義以及廣闊的應(yīng)用前景成為當(dāng)今吸引眾多研究人員和資金投入的研究熱點(diǎn)。 Harvard University 構(gòu)建了一個(gè)健壯、可靠的數(shù)據(jù)收集網(wǎng)絡(luò) — Hourglass。 研究目標(biāo) 由于 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)處理能力受限、存儲(chǔ)資源受限以及能量受限，單純靠自身的能力無法完成復(fù)雜的查詢，或者說即使可以完成復(fù)雜的查詢，但從發(fā)起查詢到得出查詢結(jié)果所需的時(shí)間很長(zhǎng)，實(shí)際應(yīng)用性很差。將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)格結(jié)合起來研究，就是提取兩者的優(yōu)點(diǎn)于一體，實(shí)現(xiàn)大量資源的捕捉、存儲(chǔ)、處理和共享，使其更具有應(yīng)用價(jià)值。第 4 章對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)格兩者的結(jié)合技術(shù)進(jìn)行研究，提出一個(gè)結(jié)合框架。第 5 章作為全文總結(jié)。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理 傳感器節(jié)點(diǎn)組成 北方民族大學(xué)畢業(yè)論文 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)格結(jié)合研究 第 6 頁 一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)由圖 21 所示的四個(gè)基本部分組成：感 知單元、處理單元、收發(fā)信機(jī)和功率單元。收發(fā)信機(jī)將傳感器節(jié)點(diǎn)連接到網(wǎng)絡(luò)上。 圖 22 給出了一個(gè)典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。 互聯(lián)網(wǎng)及衛(wèi)星 任務(wù)管理器節(jié)點(diǎn) 中心節(jié)點(diǎn) /基站 用戶 傳感器布置區(qū)域 傳感器節(jié)點(diǎn) 圖 22 WSN 系統(tǒng)構(gòu)成 北方民族大學(xué)畢業(yè)論文 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)格結(jié)合研究 第 7 頁 無 線 傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn) 傳感器節(jié)點(diǎn)特征 無線傳感器節(jié)點(diǎn)作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，具有以下特點(diǎn)： (1)微型化。 (3)計(jì)算能力和存儲(chǔ)容量有限。因此，網(wǎng)絡(luò)的自恢復(fù)性、抗毀性也是應(yīng)解決的重點(diǎn)問題。 傳感器節(jié)點(diǎn)的限制 傳感器節(jié)點(diǎn)在實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，存在以下一些現(xiàn)實(shí)約束 [4]。如何高效使用能量來最大化網(wǎng)絡(luò)生命周期是傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的首要挑戰(zhàn)。由于節(jié)點(diǎn)能量的變化， 加上 受高山、建筑物、障礙物等地勢(shì)地貌以及風(fēng)雨雷電等自然環(huán)境的影響，無線通信性能可能經(jīng)常變化，頻繁出現(xiàn)通信中斷 現(xiàn)象 。為了完成各種任務(wù)，傳感器節(jié)點(diǎn)需要 進(jìn)行 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的管理和處理、應(yīng)答匯聚節(jié)點(diǎn)的任務(wù)請(qǐng)求和節(jié)點(diǎn)控制等多種工作。 (2)自組織性 在傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，通常情況下傳感器節(jié)點(diǎn)被放置在沒有基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的地方。 (3)動(dòng)態(tài)性 傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可能因?yàn)橄铝幸蛩囟淖儯孩侪h(huán)境因素或電能耗盡造成的傳感器節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障或失效；②環(huán)境條件變化可能造成無線通信鏈路帶寬變化，甚至?xí)r斷時(shí)通；③傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感器、感知對(duì)象和觀察者這三要素都可能具有移動(dòng)性；④新節(jié)點(diǎn)的加入。由于監(jiān)測(cè)區(qū)域環(huán)境的限制以及傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目巨大，不可能人工 “ 照顧 ” 每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)十分困難甚至不可維護(hù)。不同的傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用關(guān)心不同的物理量，因此對(duì)傳感器的應(yīng)用系統(tǒng)也有多種多樣的要求。用戶使用傳感器網(wǎng)絡(luò)查詢事件時(shí)，直接將所關(guān)心的事件通告給網(wǎng)絡(luò)，而不是通告給某個(gè)確定編號(hào)的節(jié)點(diǎn)。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為當(dāng)今信息領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)， 具有 多學(xué)科交叉 性 ，有非常多的關(guān)鍵技術(shù)有待發(fā)現(xiàn)和研究。功率控制機(jī)制調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，在滿足網(wǎng)絡(luò)連通度的前提下，減少節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率，均衡節(jié)點(diǎn)單跳可達(dá)的鄰居數(shù)目；層次型的拓?fù)淇刂评梅执貦C(jī)制，讓一些節(jié)點(diǎn)作為簇頭節(jié)點(diǎn)，由簇頭節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)處理并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的骨干網(wǎng)，北方民族大學(xué)畢業(yè)論文