【正文】 28參考文獻(xiàn)[1] I. F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam, et. al. Wireless Sensor Networks: A Networks, vol. 38, 2022: 393341[2] Allgood G, Manges W, Smith S. It39。由于傳感器節(jié)點一般不能補充能量，所以能耗的考慮始終是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個重要方面，而網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議對能量的影響又是十分顯著的。 26 圖43 第八輪網(wǎng)絡(luò)節(jié)點圖 圖44第十 九輪網(wǎng)絡(luò)節(jié)點圖 27 上面兩幅圖為 leach 仿真協(xié)議中的兩輪網(wǎng)絡(luò)節(jié)點圖，其中的藍(lán)色與綠色小點點代表的一個個的無線傳感器。簇頭節(jié)點對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合后再將信息傳送給匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點將數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控中心來進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。為了節(jié)省資源開銷，穩(wěn)定階段的持續(xù)時間要大于建立階段的持續(xù)時間。在 LEACH 路 由算法中，使用的能量消耗公式是一階無線電模式，如圖 33 22 圖 33 無線通信模型根據(jù)圖 33 這種模式 ，傳感器節(jié)點發(fā)送 kbit 數(shù)據(jù)所消耗的能量為()傳感器節(jié)點接收 kbit 數(shù)據(jù)所消耗的能量為：其中 Efs,Emp 是信號放大器的放大倍數(shù) ，d 是發(fā)送節(jié)點和接收節(jié)點之間的距離，定義 d0 為 d0= 。各簇 中的節(jié)點通過 TDMA 方式 與簇 首進(jìn)行通信。在第 0“輪” 中，即 r=0時 ，每一個節(jié)點都有概率為 p 的可能性成為簇頭。每個節(jié)點決定在當(dāng)前“輪”中是否成為簇 頭，成為簇頭的概率是一個建議的固定值 ，需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的數(shù) 目而定 。該協(xié)議的特征主要有：動態(tài)地選舉簇頭、本地協(xié)調(diào) 以 產(chǎn) 生簇 群 。在實際應(yīng)用總，因為鏈的長度太大，傳輸數(shù)據(jù)的時間也會變長，因此在監(jiān)測的時候，不能時時監(jiān)測。利用貪心算法，使前后節(jié)點相連，最后成為鏈，簇頭選擇的產(chǎn)生不是固定，而是動態(tài)的，距離遠(yuǎn)處最近的匯聚節(jié)點成為簇頭節(jié)點，假設(shè)感知區(qū)域存在 K 個傳感器節(jié)點，用 1~K 標(biāo)識，在第 j 輪，第 i 個節(jié)點被選擇為簇頭節(jié)點 i=jmodK (j 為 0 時，取 K)。 為了克服 flooding 算法的缺陷， 等人提出了閑聊式（gossiping）18 策略。例如，某節(jié)點 S 希望發(fā)送一段數(shù)據(jù)給節(jié)點 D，節(jié)點 S 首先通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)副本傳送給它的每一個節(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，除了剛剛給他們發(fā)送數(shù)據(jù)副本的節(jié)點 S 外。為了減少分組的長度，DSDV 路由在維護(hù)的過程中，提供了完全更新和增量更新兩種更新路由的方式。屬于表驅(qū)動路由協(xié)議，在 DSDV 協(xié)議中,每個節(jié)點都有一張相對穩(wěn)定的路由表，即下一跳的節(jié)點表，同時它同其他鄰節(jié)點不斷交換下一跳節(jié)點表。常見的路由有:DSR，TORA，ABR ，SPIN，DD，SAR 等。所以當(dāng)節(jié)點數(shù)目達(dá)到一定時，會耗盡整個網(wǎng)絡(luò)的資源。平面型路由：每個節(jié)點具有相同的作用與功能，此類協(xié)議很多，如 DSDV[10]，AODV[11]，DSR[12]等。 層次型和平面型路由協(xié)議 層次型路由：讓節(jié)點參與簇內(nèi)的多跳通信，簇頭節(jié)點再對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，減少了路由中繼節(jié)點的數(shù)據(jù)量和整個網(wǎng)絡(luò)的通信量，減少了數(shù)據(jù)傳輸所消耗的能量，從而節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)的能量，實現(xiàn)負(fù)載均衡的能力。 、數(shù)據(jù)融合融合(Data Fusion)的功能。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法特點 對比以前的網(wǎng)絡(luò)，主要是按需要求為目的，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的主要任務(wù)是在進(jìn)行從監(jiān)測數(shù)據(jù)的節(jié)點到達(dá)匯聚節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候，需要沿著最優(yōu)的路徑，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)并不是主要研究能量消耗[4]。另外，還可以用于監(jiān)測環(huán)境中的污染物。而安裝在被監(jiān)測對象身上的微型傳感器并不會給人的正常生活帶來太多的不便，這都是人類為無線傳感網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用描繪的宏偉藍(lán)圖。由此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)受到了軍事發(fā)達(dá)國家的普遍重視。(1)軍事應(yīng)用在軍事領(lǐng)域，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是 C4ISRT 系統(tǒng)不可缺少的一部分。多跳路由 由于節(jié)點的發(fā)射功率有限，節(jié)點的覆蓋范圍受到限制。由于分布式的特性，每個節(jié)點都可以獨立的完成任務(wù)，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點數(shù)目眾多有節(jié)點冗余，個別節(jié)點的故障不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的性能，魯棒性好。 11 圖 12 本文的無線傳感器體系結(jié)構(gòu) WSN 節(jié)點由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供應(yīng)模塊四部分組成，如圖 13 所示。觀察者可以主動地查詢或收集傳感器網(wǎng)絡(luò)的感知信息，也可以被動地接收傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的信息。節(jié)點既是數(shù)據(jù)的檢測者，又是數(shù)據(jù)的傳遞者，監(jiān)測的數(shù)據(jù)通過多跳的方式進(jìn)行傳輸，節(jié)點完成數(shù)據(jù)監(jiān)測和數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p重功能，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，最后信息通過互聯(lián)網(wǎng)或衛(wèi)星到達(dá)管理節(jié)點。它是由大量體積小、成本低、具有無線通信能力、感知能力和數(shù)據(jù)處理能力的傳感器節(jié)點組成的。多方面來說我國對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究已步入了規(guī)模，并且在不斷的完善。國內(nèi)一些高校和科研機構(gòu)也投入到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中來，在傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)、路由、分簇、時鐘同步與定位、數(shù)據(jù)管理方面展開了研究工作。具 8有群體智能行為的自主自治系統(tǒng)的實現(xiàn)和控制屬于自動控制和人工智能領(lǐng)域的前沿研究內(nèi)容。而在第二階段，研究學(xué)者們提出了許多無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議，如數(shù)據(jù)鏈路層的 MAC 協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)層的路由協(xié)議等?？v觀無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程，根據(jù)研究側(cè)重點的不同將它分為三個階段。有了簇頭的管理，組內(nèi)成員節(jié)點可進(jìn)入休眠狀態(tài)，這就大大的減少了能源的利用。即把網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點分成簇（Cluster） ，根據(jù)某種聯(lián)系，將一部分節(jié)點組成一個節(jié)點群。因為傳感器的電池能量有限，一旦耗盡，不能更換，而提高電池容量就目前的技術(shù)來說比較困難，更換電池對于某些特殊地方的無線傳感器而言更是難以實現(xiàn)，因此無線傳感器網(wǎng)絡(luò)本身的節(jié)能就成為了研究重點，而路由協(xié)議就是其中的關(guān)鍵問題。傳感器的特點是節(jié)點小，容易隱蔽，價格便宜，因此可以大面積分布在要監(jiān)測區(qū)域，而且容易部署、節(jié)點自組織形成網(wǎng)絡(luò)。 Clustering routing research。相關(guān)的研究表明，分層的網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議是一種可以有效節(jié)約能量的路由方法。但是傳感器節(jié)點的電池能量有限，而且大多數(shù)情況下不能充電和更換節(jié)點，節(jié)點能量一旦用完，意味著節(jié)點死亡，網(wǎng)絡(luò)則受到影響。 1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量路由研究 摘要無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是目前計算機領(lǐng)域的一項研究熱點，它為人們獲取信息提供了有利條件。因此，傳感器節(jié)點的能量消耗情況對整個網(wǎng)絡(luò)的生命周期起到至關(guān)重要的作用。 本文闡述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)計的特點和評價標(biāo)準(zhǔn)，并對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)典型的路由協(xié)議做出分析和總結(jié)。 Low power consumption。它可以實時地監(jiān)測和感知監(jiān)測對象的數(shù)據(jù)，通過嵌入式計算技術(shù)處理監(jiān)測到的信息，并利用無線網(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。每個簇內(nèi)選出一個簇頭節(jié)點，其余的為 7成員節(jié)點。 本文對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量路由進(jìn)行研究，主要的著重點就是低功耗無線傳感器中采用簇機制的路由協(xié)議。第一階段主要是對小型化、低功耗、低成本的傳感器節(jié)點的開發(fā)研制，得到了很多的傳感器節(jié)點和研究平臺。其中有以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議、分層路由