【正文】 庭生活?！≤娛骂I域由于無線傳感器網(wǎng)絡具有密集、隨機分布的特點，使其非常適合應用于惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境中，使其非常適合應用于惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境中，包括偵察敵情、監(jiān)控兵力、裝備和物資，判斷生物化學攻擊等多方面用途，美國國防部遠景計劃研究局已投資幾千萬美元，幫助大學進行“智能塵?！眰鞲衅骷夹g的研發(fā)。此外和還可以在工業(yè)自動化生產(chǎn)線等諸多領域。然而，傳統(tǒng)Ad hoc網(wǎng)絡的技術并不能夠完全適應于傳感器網(wǎng)絡的應用。當前無線傳感網(wǎng)絡的難點技術主要有以下幾個方面。無線通信模塊在空閑偵聽時的能量消耗與收發(fā)狀態(tài)時相當，覆蓋冗余也造成了很大的能量消耗。其中，無線傳感網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸安全主要從兩方面考慮：一方面是從維護路由安全的角度出發(fā)，利用經(jīng)典的多徑路由算法，將數(shù)據(jù)包分解成子數(shù)據(jù)包，通過多條路由傳遞，數(shù)據(jù)包在網(wǎng)關處重建，以增強系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)健性。無線傳感網(wǎng)絡以數(shù)據(jù)為中心的特點使其與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)類似，即無線傳感網(wǎng)絡可視為一個支持感知數(shù)據(jù)查詢的數(shù)據(jù)庫，因此很多研究者采用數(shù)據(jù)庫研究方法來研究無線傳感網(wǎng)絡。傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡，如Ad Hoc、WLAN等，其主要目標是提供高服務質(zhì)量和高效的利用網(wǎng)絡帶寬，這些網(wǎng)絡路由協(xié)議的主要任務就是尋找源節(jié)點到目的節(jié)點間通信延時最小的路徑，從而提高效率，而WSN路由會考慮到能量消耗這一重要問題。從路由協(xié)議設計的角度有兩種思路提高能量有效性：一是節(jié)能，尋找節(jié)能路由，減少路由建立和維護的控制開銷，提高路由可靠性；二是能耗均衡，從空間上調(diào)度能量資源，使網(wǎng)絡中節(jié)點能量均衡消耗。解決路由協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸可靠性的策略有：第一，建立多路徑路由，可以建立信源節(jié)點到目標節(jié)點的多條路徑，選擇最優(yōu)路徑作為主路徑，其他路徑為備份。針對不同應用環(huán)境的各種路由協(xié)議，根據(jù)一些特定的標準對路由協(xié)議加以分類，主要有以下幾種分類方法。主動路由建立、維護的開銷大，資源要求高。按需路由協(xié)議在傳輸前需計算路由，因此延時比較大。另外，隨著節(jié)點數(shù)目的增加，網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)沖突將變得更加嚴重。通常來說，在接收節(jié)點附近的節(jié)點參與數(shù)據(jù)中轉的概率要比遠離接收節(jié)點的節(jié)點參與的概率高，因此，接收節(jié)點附近的節(jié)點由于過于頻繁地參與數(shù)據(jù)中轉，會較快地用完能量而成為死亡節(jié)點，這對于能量嚴重受限的無線傳感器網(wǎng)絡來說，是一個嚴重的問題?！“绰酚傻陌l(fā)現(xiàn)過程1．以位置信息為中心的路由協(xié)議[18]：它利用節(jié)點的位置信息，把查詢或數(shù)據(jù)轉發(fā)給需要的地域，從而減少數(shù)據(jù)的傳送范圍。　按路由選擇是否考慮服務質(zhì)量（QoS）約束保證QoS的路由協(xié)議是指在路由建立時，考慮時延、丟包率等參數(shù)，從多條可行的路由中選擇一條最適合QoS應用要求的路由；或者根據(jù)業(yè)務類型，保證滿足不同業(yè)務需求的QoS路由協(xié)議。：源節(jié)點S希望發(fā)送一塊數(shù)據(jù)給節(jié)點D，節(jié)點S首先通過網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)副本傳送給它的每一個鄰居節(jié)點，每一個鄰居節(jié)點又將其傳輸給各自的每一個鄰居節(jié)點，除了剛剛給它們發(fā)送數(shù)據(jù)副本的節(jié)點S外。 Flooding協(xié)議過程　Gossiping路由協(xié)議 Gossiping[13]協(xié)議是對Flooding協(xié)議的改進。這樣，閑聊法可以避免出現(xiàn)信息爆炸問題，但是仍然無法解決部分數(shù)據(jù)交迭現(xiàn)象和盲目使用資源的問題，而且由于采用隨機選擇節(jié)點的方式，使得數(shù)據(jù)傳輸不可能按照最短路徑進行，甚至會出現(xiàn)南轅北轍的現(xiàn)象，所以數(shù)據(jù)傳輸平均時延拉長，傳輸速度變慢，無謂的資源消耗依然很多。SPIN協(xié)議避免了擴散法的信息爆炸問題和部分重疊現(xiàn)象，傳感器節(jié)點在傳送數(shù)據(jù)之前彼此進行協(xié)商，協(xié)商制度可確保傳輸有用數(shù)據(jù)。要發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點通過ADV向它的相鄰節(jié)點廣播消息，感興趣的節(jié)點通過REQ發(fā)送請求，數(shù)據(jù)源向請求者發(fā)送數(shù)據(jù)。為了防止產(chǎn)生重復的REQ請求，節(jié)點聽到ADV消息以后，設定一個隨機定時器來控制REQ請求的發(fā)送，其他節(jié)點聽到該請求，主動放棄請求權利。在Directed Diffusion中，可以對路徑進行修復。對于故障比較頻繁的網(wǎng)絡，保持一條低速路徑是很有好處的。DD路由協(xié)議的缺點有：第一，基于查詢驅(qū)動模型，不適用于環(huán)境監(jiān)測的WSN；第二，梯度的建立開銷很大，不適合多sink點網(wǎng)絡；第三，數(shù)據(jù)聚合過程采用時間同步技術，會帶來較大開銷和時延；第四，不同的應用中需要定義不同的命名方案，也就是屬性，值對，從而限制了它的應用。當WSN中的事件（對應著數(shù)據(jù)的傳遞）數(shù)量很少，而查詢（對應著興趣的廣播）數(shù)量很多的時候，可以采用廣播事件的方法，以節(jié)省能量的消耗。然后產(chǎn)生一個被稱為代理（agent）的生命較長的數(shù)據(jù)包，代理消息沿著隨機路徑向外擴散，同時匯聚節(jié)點發(fā)送的查詢消息也沿隨機路徑在網(wǎng)絡中傳播。當傳感器節(jié)點在本地檢測到一個事件時，就在事件列表中增加一個表項，設置相關的事件名稱、跳數(shù)等，同時根據(jù)一定的概率產(chǎn)生一個代理消息。否則，節(jié)點隨機選擇鄰居節(jié)點轉發(fā)查詢消息。另一方面，謠傳路由只維持源節(jié)點到目的節(jié)點之間的一條路徑，不同于定向擴散協(xié)議將數(shù)據(jù)以低傳輸率在多個路徑上路由。網(wǎng)絡初始化時匯聚節(jié)點全網(wǎng)廣播其位置信息，節(jié)點獲得匯聚節(jié)點的位置信息以便之后向其發(fā)送數(shù)據(jù)。GPSR協(xié)議具有貪婪轉發(fā)和周邊轉發(fā)兩種分組轉發(fā)方式?！EACH（LowEnergy Adaptive Clustering Hierarchy）路由協(xié)議LEACH[22]是一種基于聚類(Clustering)路由協(xié)議是無線傳感器網(wǎng)絡中提出最早的分層路由算法。在WSN路由協(xié)議占有重要地位，其他基于聚類的路由協(xié)議如TEEN、APTEEN、PEGASIS等大都由LEACH發(fā)展而來。 典型路由協(xié)議的性能比較協(xié)議 路由優(yōu)化能力 網(wǎng)絡生命周期數(shù)據(jù)融合路由健壯性資源有效性數(shù)據(jù)查詢緩存元數(shù)據(jù)描述符數(shù)據(jù)發(fā)送選擇路徑Flooding無 不長無好不好 無無連續(xù)多跳Gossiping無 不長無好不好無無連續(xù)多跳SPIN 無長無較好較好無有查詢驅(qū)動多跳DD有較長有不好較好有有查詢驅(qū)動多跳Rumor有較長有不好較好有有查詢驅(qū)動多跳GPSR無較長無較好較好無有查詢驅(qū)動多跳LEACH無長有較好好有無連續(xù)單跳第4章　LEACH路由原理與實現(xiàn)　LEACH的原理LEACH定義了“輪”的概念，一輪由初始化和穩(wěn)定工作兩個階段組成。T(n)值按公式（）計算：if n∈Gr else （） 式中，N為網(wǎng)絡中傳感器節(jié)點的總數(shù)；p為一輪中網(wǎng)絡的類頭節(jié)點占總節(jié)點數(shù)的百分比；r為己完成的輪數(shù)；Gr為在剩余的N/kr個回合中未成為類頭節(jié)點的傳感器節(jié)點組成的集合。在前r輪中做過簇頭的節(jié)點，在以后的[(1/p)r]輪中不能再做，以增加其他節(jié)點做簇頭的概率。基于TDMA（時分復用）的方式，簇頭為其中每個成員分配通信時隙。在穩(wěn)定工作階段，各個簇首節(jié)點用TDMA/DSSS技術依次接收其簇內(nèi)成員采集傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在簇首進行數(shù)據(jù)融合；簇間，簇首節(jié)點采用CSMA競用信道。雖然CDMA對帶寬分配而言不是最有效的，但解決了在分布式環(huán)境下的多接入問題?！EACH路由的實現(xiàn)根據(jù)以上對LEACH路由的原理的分析，LEACH路由的簇形成算法流程圖如。 // 節(jié)點當前剩余能量node_object[i].state=1。//節(jié)點與BASE的距離（2）pre_phase簇形成過程（簇首選擇過程，簇首選擇完成后其他節(jié)點加入簇,計算簇首廣播耗能和普通節(jié)點接收耗能）；Tn=p/(1p*(round_num%int(1/p)))。amp?！〈亻g的通信方式問題LEACH算法假設所有節(jié)點都能直接與簇首節(jié)點和sink節(jié)點通信，簇內(nèi)節(jié)點采用單跳通信方式，即每個節(jié)點直接和簇首通信而不需要其他節(jié)點進行數(shù)據(jù)轉發(fā)，這帶來了通信的方便和簡單的優(yōu)點，但實際上當WSN規(guī)模較大時，簇首與sink節(jié)點間距離較遠，要進行遠距離的數(shù)據(jù)傳輸，遵循多徑衰減模型，這會導致能量的大幅度損耗，簇首可能很快死亡，而且采用連續(xù)數(shù)據(jù)發(fā)送模式和單跳路徑選擇模式，不利于WSN的擴展，因此在需要大規(guī)模監(jiān)測時不適用。該算法首先在簇首的選擇過程中，充分考慮了節(jié)點的剩余能量，盡可能使剩余能量高的節(jié)點當選簇首。即在簇形成階段，在計算閾值T(n)之前先計算每個節(jié)點的剩余能量與初始能量的比值，采用原LEACH算法來計算閾值，若小于，則才用公式（）來計算閾值。}開始計算每個節(jié)點的剩余能量與初始能量的比值x采用公式（）計算T（n）X否是否成為普通節(jié)點MT(n)采用LEACH算法是選出簇首節(jié)點簇形成穩(wěn)定傳輸階段 改進LEACH的分簇算法流程　LEACH與改進方案的模擬對比用C++模擬了LEACH算法及其改進方案。由數(shù)據(jù)采集量的比較，可以看出網(wǎng)絡壽命也延長了。第6章 　總結WSN是由大量的傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網(wǎng)絡系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡區(qū)域中的信息并發(fā)送給觀察者。路由算法研究是WSN的研究熱點和難點，WSN路由算法設計的首要目標是有效節(jié)約能量，延長網(wǎng)絡生命周期。本文就是主要對WSN的路由協(xié)議進行研究，重點研究和改進了分層路由算法：LEACH路由算法。我們有針對性地選擇了典型的分層式路由協(xié)議LEACH協(xié)議作為研究對象，分析了LEACH協(xié)議的不足，并在原有算法的基礎上提出自己的改進思路。s Time for Sensors to Go Wireless [J]. Sensors Magazine, 1999, 45.[2]Kahn J. Next Century Challenges: Mobile networking for Smart Dust[C] Conference on Mobile Computing and Networking, 1999, 9.[3]Ten emerging technologies that will change the Review. , ,.[4].[J]中興通信技術2004年10月，1415[5] Akyildiz IF, Su W, Sankarasubramaniam Y, Cayirci E. A survey on sensor networks. IEEE Communications Magazine, 2002, 40(8): 102114.[6] Akyildiz IF,Su W, Sankarasubramaniam Y, Cayirci E. Wireless sensor networks: A Networks, 2002. 38(4):393422.[7] Cui L, Ju HL, Miao Y, Li TP, Liu W, Zhao Z. Overview of wireless sensor networks. Journal of Computer Research and Development, 2005, 42(1):163174 (in Chinese with English abstract).[8]Niculescu D, Americ NL. 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In the Proceedings of the 6th Annual ACM/ IEEE International Conference on Mobile Computing and Networking (MobiCom39。要特別感謝我的指導老師曾圓圓的指導與督促，同時感謝他的諒解與包容。 int AreaR = 200 。 int Bx=100。 int Kbit=3800。 double Tn=。class node{ public: int x。 double resEn。 int washead。 srand(int(time(NULL)))。 node_object[i].y=int(rand()%AreaR+1)。 // 節(jié)點當前剩余能量 node_object[i].state=1。 }}void pre_phase(){ int i,j,dist。 } ///////////選擇簇首/////////隨機性大，如果此輪沒有簇首繼續(xù)選簇首 int num=0。 num=0。i++) { srand(i+random)。//第1/p輪就可以清零了 }