【正文】 通信方式是采用紅外線，其收發(fā)信機(jī)價(jià)格便宜，易于研制，但通信距離有限；靈敏 Mote傳感器微粒是自動(dòng)感知、計(jì)算、通信系統(tǒng)，采用光媒介進(jìn)行通信傳輸。它要解決隱藏終端和暴露終端問題，使用分布式控制機(jī)制實(shí)現(xiàn)信道資源共享。傳感器節(jié)點(diǎn)必須提供自適應(yīng)電源管理機(jī)制供不同的應(yīng)用使用。 網(wǎng)格資源也要求經(jīng)過認(rèn)證的個(gè)人和服務(wù)提供者才能夠訪問 。 這樣 ， 部分節(jié) 點(diǎn)的失效不會(huì)影響到整個(gè)傳感任務(wù)的執(zhí)行 。 一個(gè)服務(wù)請(qǐng)求可能需要很多傳感器資源。 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 27 頁 網(wǎng)格應(yīng)用層 服 務(wù)管理層 任務(wù)管理層 數(shù)據(jù)接入層 中心節(jié)點(diǎn) 1 中心節(jié)點(diǎn) n ?????? 組節(jié)點(diǎn) 1 組節(jié)點(diǎn) n ?????? 傳感器節(jié)點(diǎn) 1 傳感器節(jié)點(diǎn) n ?????? ?????? 網(wǎng)格層 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)層 圖 41 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)格結(jié)合框架 第一層 第二層 第三層 1. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)層 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)層主要有許多個(gè)執(zhí)行具體感知任務(wù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。 由此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)層又可以分為三層 。同時(shí)，由于組節(jié)點(diǎn)接收到的都是很小范圍內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，故可以在組節(jié)點(diǎn)上設(shè)置數(shù)據(jù)融合功能，利用數(shù)據(jù)融合將相鄰節(jié)點(diǎn)上感知的冗余數(shù)據(jù)消除，減少組節(jié)點(diǎn)再次數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的能量消耗和帶寬 占有。 結(jié)合框架 框架 設(shè)計(jì) 通過以上研究表述， 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)格結(jié)合框架 可分為 兩部分 :無線傳感器網(wǎng)絡(luò)層和網(wǎng)格層。通過這些指標(biāo)的使用 ,可以增 加傳感任務(wù)的健壯性 ,避免節(jié)點(diǎn)失效和通信中斷的影響。 結(jié)合框架應(yīng)該 能夠 支持任務(wù)的復(fù)制和遷移 ， 這樣 ， 如果部分傳感器節(jié)點(diǎn)失效 ， 傳感任務(wù)也可以很快由失效傳感節(jié)點(diǎn)遷移到正常節(jié)點(diǎn) 。 在結(jié)合框架中同時(shí)存在多個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí) ， 要求調(diào)度過程能夠充分利用多種類型的數(shù)據(jù)。 (4)能量管理 傳感器網(wǎng)絡(luò)能量 非常有 限，每一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都沒有固定的能量來源 ， 而是依賴于有限的電池能量， 而且傳感器節(jié)點(diǎn)通常都是隨機(jī)布置和無人照管的，有時(shí)少數(shù)幾個(gè)節(jié)點(diǎn)的功能障礙就能夠引起較大的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓?可能 導(dǎo)致 需要為分組數(shù)據(jù)重新尋找路由以及網(wǎng)絡(luò)重組。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信通常使用私有協(xié)議 ， 尤其 是 MAC 協(xié)議和無線路由協(xié)議 。 結(jié)合的關(guān)鍵問題 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)格是兩個(gè)差異很大的網(wǎng)絡(luò) ， 兩者在物理層 、 通信協(xié)議 、應(yīng)用協(xié)議等各方面都不同 ，由此 ， 在結(jié)合過程中 需要考慮 網(wǎng)絡(luò)連接 問題 、 協(xié)議映北方民族大學(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 24 頁 射問題、 擴(kuò)展性、 能量管理、 任務(wù)調(diào)度 、安全性、可靠性、服務(wù)質(zhì)量 等 方面的 問題 。 其中 ， 組節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)融合主要完成包含在該組內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的融合，然后將結(jié)果直接送到 中心 節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理。遠(yuǎn)程沉浸可以廣泛應(yīng)用于交互式科學(xué)可視化、教育、訓(xùn)練、藝術(shù)、娛樂、工業(yè)設(shè)計(jì)、信息可視化等許多領(lǐng)域。分布式儀器系統(tǒng) (Distributed Instrumentation System)是指用網(wǎng)格管理 分布在各地的貴重儀器系統(tǒng)，提供遠(yuǎn)程訪問儀器設(shè)備的手段，提高儀器的利用率，大大方便用戶的使用。 (4)通信技術(shù) 。 網(wǎng)格資源管理中涉及的第一個(gè)問題是資源的發(fā)布與發(fā)現(xiàn)。 (l)任務(wù)管理 。 其他網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu) 科學(xué)計(jì)算網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的基本特征是 ， 系統(tǒng)中雖然有數(shù)據(jù)，但主要問題或關(guān)鍵問題是組織、訪問和管理計(jì)算任務(wù) 。并發(fā) 應(yīng)用的接口 圖 33 OGSA 的網(wǎng)格服務(wù)示意圖 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 19 頁 美國(guó) Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的 IanFoster等人結(jié)合 Web Service技術(shù)提出開放網(wǎng)格服務(wù)體系結(jié)構(gòu) OGSA(Open Grid Service Architecture)。應(yīng)用程序通過各層的 API調(diào)用相應(yīng)的服務(wù)，再通過服務(wù)調(diào)用網(wǎng)格上的資源來完成任務(wù)。 第二層為連接層 (ConnectivityLayer):該層定義了網(wǎng)格中網(wǎng)絡(luò)處理的核心通信與認(rèn)證協(xié)議。該結(jié)構(gòu)側(cè)重于定性的描述而不是具體的協(xié)議定義，這有助于從整體上理解計(jì)算網(wǎng)格。網(wǎng)格的標(biāo)準(zhǔn)化 一方面指網(wǎng)格資源之間應(yīng)該有一個(gè)統(tǒng)一的接口北方民族大學(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 17 頁 或者協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，方便實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格資源的相互操作，從而實(shí)現(xiàn)充分的資源共享 ； 另一方面指網(wǎng)格對(duì)用戶提供的計(jì)算能力應(yīng)該滿足一定的標(biāo)準(zhǔn)，使用戶以一種統(tǒng)一的方式進(jìn)行訪問。 (3)網(wǎng)格打破了傳統(tǒng)的共享和協(xié)作方面的限制。而網(wǎng)格所提供的計(jì)算能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般系統(tǒng)能夠提供的計(jì)算能力。由于網(wǎng)格沒有集中控制能力，因此，對(duì)于這種動(dòng)態(tài)性 ,需要有一種機(jī)制來保障網(wǎng)格應(yīng)用的運(yùn)行不會(huì)遭受比較大的影響。網(wǎng)格系統(tǒng)的層次通信模型和各層所支持的功能如圖 31所示。 網(wǎng)格調(diào)度主要由網(wǎng)格應(yīng)用層完成。 從本質(zhì)上講，網(wǎng)格是一種網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，它 利用互聯(lián)網(wǎng)把地理上廣泛分布的各種資源 (包括計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、帶寬資源、軟件資源、數(shù)據(jù)資源、信息資源、知識(shí)資源等 )連成一個(gè)邏輯整體，就像一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)一樣，為用戶提供一體化信息和應(yīng)用服務(wù) (計(jì)算、存儲(chǔ)、訪問等 )，徹底消除資源 “ 孤島 ” ，最充分的實(shí)現(xiàn)信息共享。 由于建筑物不修補(bǔ)，可能會(huì)存在一些安全隱患。通過飛機(jī)或炮彈直接將傳感器節(jié)點(diǎn)播撒到敵方陣地內(nèi)部，或者在公共隔離帶部署無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，能夠非常隱蔽而且近距離準(zhǔn)確地收集戰(zhàn)場(chǎng)信息，迅速獲取有利于作戰(zhàn)的信息。在面向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的操作系統(tǒng)的支持 下，多個(gè)應(yīng)用可以并發(fā)地使用系統(tǒng)的有限資源。 (7)數(shù)據(jù)管理 從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)角度來看，傳感器網(wǎng)絡(luò)可被視為一種分布式數(shù)據(jù)庫 。 RBS機(jī)制是基于接收者 接收者的時(shí)鐘同步 ；TINY/MINISYNC是簡(jiǎn)單的輕量級(jí)的同步機(jī)制 ； TPSN采用層次結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步。 目前研究的重點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。 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。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。 (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。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。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)。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。 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。收發(fā)信機(jī)將傳感器節(jié)點(diǎn)連接到網(wǎng)絡(luò)上。第 5 章作為全文總結(jié)。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。 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。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)格的出現(xiàn)為解決這一問題提供了嶄新的途徑。 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。目前這種情況在我國(guó)已在不斷好轉(zhuǎn)。 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。 關(guān)鍵詞 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)格，結(jié)合 框架 ，節(jié)點(diǎn)， 數(shù)據(jù) 傳輸 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 II ABSTRACT The Wireless Sensor Network(WSN) is posed of lots tiny sensor nodes, which have the capability of sensing, puting and municating. It can monitor realtime, sense, collect and process information on a variety of objects monitored. The grid is a distributed puting technology. It integrates various resources that geographically distributed widely 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 ..........................