【正文】 每個(gè)節(jié)點(diǎn)與基站的距離信息保存在節(jié)點(diǎn)中，當(dāng)在以后節(jié)點(diǎn)作為多跳的簇首直接與基站通信時(shí)，利用這個(gè)距離信息調(diào)整發(fā)射功率，當(dāng)然，基站也利用這個(gè)距離信息選擇不同的發(fā)射功率與不同的節(jié)點(diǎn)通信。因?yàn)橄⒅袔в邪l(fā)射范圍，所以兩個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以根據(jù)已經(jīng)確定的范圍選擇最小的發(fā)射能量。當(dāng)節(jié)點(diǎn) i收到 REQ包，就在 MT中添加一條，當(dāng) i準(zhǔn)備回復(fù)時(shí)，就在 NT中把相應(yīng)鄰居節(jié)點(diǎn)的通信狀態(tài)置為 REQ，對方回應(yīng)后，對方會把自己 NT中鄰居節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)置為確認(rèn) (ACK)， i 收到回應(yīng)也把狀態(tài)置為 (ACK)，這 樣雙方就Sink 32 建立了通信。 一種新型集中式能量有效路由協(xié)議 本方法是 :首先讓基站利用 DTRAP(Dynamic Transmission Range Adjustment Protocol)來估計(jì)節(jié)點(diǎn)的位置。 31 圖 34 樹結(jié)構(gòu) 上述基于樹的能量路由協(xié)議已經(jīng)很大程度上提高了能量的利用率，同時(shí)延長了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間 。 首先，定義無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目的節(jié)點(diǎn)只有一個(gè) 數(shù)據(jù)匯聚點(diǎn) (Sink)節(jié)點(diǎn)， 樹的建立由 Sink節(jié)點(diǎn)開始。 上面只是我個(gè)人從他的書里整理出來的一個(gè)簡潔的可行的能量多路徑路由 處理思路， 但對它的一些算法理解還有困難， 存在 誤解和 不足之處 ，懇請指正。 在數(shù)據(jù) 傳播階段，對于接收的每個(gè)數(shù)據(jù)分組，節(jié)點(diǎn)根據(jù)概率從多個(gè)下 一 跳節(jié)點(diǎn) 中 選 擇一 個(gè)節(jié)點(diǎn)，并將數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)給該節(jié)點(diǎn)。 (5) 節(jié)點(diǎn)為路 由 表 中 每個(gè) 下一跳節(jié)點(diǎn)計(jì)算選擇概率。 (3)如果節(jié)點(diǎn)決定轉(zhuǎn)發(fā)路徑建立消息，需要計(jì)算新的代價(jià)值來替換原來的 代價(jià)值 。因?yàn)槊總€(gè)節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路徑很多．所 以這個(gè)代價(jià)值是各個(gè)路徑的加權(quán)平均 值 。 能量多路徑路 由 協(xié)議包括路徑建 立 、數(shù)據(jù)傳播和路 由 維護(hù)三個(gè)過程。 能量多路徑路由 傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的路 由 機(jī)制 往往 選擇源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)之間跳數(shù)最小的路徑傳輸數(shù)據(jù)，但在無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 中。最大最小PA 節(jié)點(diǎn)路由策略就是選擇路徑可用能量最大的路徑。 (3)最少跳數(shù)路 由： 選取從數(shù)據(jù)源到匯聚節(jié)點(diǎn)跳數(shù)最 少的路徑。 能量路 由 策略主要有以下幾種： (1)最大 PA 路由：從數(shù)據(jù)源到匯聚節(jié)點(diǎn)的所有路徑中選取節(jié)點(diǎn) PA 之和最大的路徑。圖中的雙向線表 示 節(jié)點(diǎn)之間的通信鏈路，鏈路 上 的數(shù)字 表示 在該鏈路上發(fā)送數(shù)據(jù)消耗的能量。 25 圖 32 SPEED 協(xié)議框架 能量感知路由 能量路由 能量路 由 是最早提出的傳感器網(wǎng) 絡(luò)路由機(jī)制之一，所以本文將重點(diǎn)分析和探討它。為實(shí)現(xiàn) 上 述 目 標(biāo)， SPEED 協(xié)議首先交換節(jié)點(diǎn)的傳輸 延 遲，以得到網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況； 然后節(jié)點(diǎn)利用局部地理信息和傳輸速率信息作出路 由決定，同時(shí)通過鄰居反饋機(jī)制保證網(wǎng)絡(luò)傳輸速率在 — 個(gè)全局定義的傳輸速率閾 值之上。 ReInForM 路 由 的基本過程是： 首 先，數(shù)據(jù)源 節(jié) 點(diǎn)根據(jù)傳輸?shù)目煽?性 要求計(jì)算 需 要的傳輸路徑數(shù) 目 ；然后，在鄰居節(jié)點(diǎn)中選擇 若干節(jié)點(diǎn)作為下 — 跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，并給每個(gè)節(jié)點(diǎn)按 照一定比例 分配路徑數(shù)日：最后，數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)將分配的路徑數(shù)作為數(shù)據(jù)報(bào)頭中的 — 個(gè)字段發(fā)給鄰居節(jié)點(diǎn)。在定向擴(kuò)散路 由 中，當(dāng)有數(shù)據(jù)查詢 需 要時(shí)，匯聚 節(jié) 點(diǎn)首先通過洪泛興趣消息形成傳輸梯度．然后建 立 數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)的多條路徑，最后通過路徑加強(qiáng)消息選 擇 一條主路徑傳輸數(shù)據(jù)。 目 前，研究人員提出的 可 靠路 由 協(xié)議主要從兩個(gè)方面考慮：一是利用節(jié)點(diǎn)的 冗 余性提供多條路徑以保證通信可靠性；二 是 建立 對 傳 輸 可靠性的估計(jì)機(jī)制，從而保證每跳 傳 輸?shù)目煽啃浴?GEM 路由 的基本思想是建 立 一個(gè)虛擬極坐標(biāo)系統(tǒng)，用來 表 示實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 GEAR 路 由 假設(shè) 已 知事件區(qū)域的位置信息，每個(gè)節(jié)點(diǎn)知道自己的位置信息和剩余能量信息，并通過一個(gè)簡單的 Hello 消息交換機(jī)制知道所有鄰 居節(jié)點(diǎn)的位置信息和剩余能量信息。如在森林防火的應(yīng)用中，消防人員不僅要知道森林中發(fā)生火災(zāi)事件，而且還要知道火災(zāi)的具體位置。 (a) 興趣傳播 (b) 梯度建立 (c) 加強(qiáng)路徑 圖 31 定向路由擴(kuò)散機(jī)制 （ 2） 謠傳路由 謠傳路由機(jī)制引人了查詢消息的單 播 隨機(jī)轉(zhuǎn)發(fā) ， 克服 了 使用洪泛方式建立轉(zhuǎn)發(fā)路 徑帶來的開銷過大問題。在興趣消息的傳播過程 中 ，協(xié)議逐跳地在每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)上建 立 反向的從數(shù)據(jù)源到 匯 聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸梯度 (gradient)。而在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中 ， 鏈路的穩(wěn)定性難以保證，通信信道質(zhì)量比較低， 拓 撲變化比較頻繁， 要 實(shí)現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量保證，需要設(shè)計(jì)相應(yīng) 的 可靠的路由協(xié)議。在諸如 目 標(biāo)跟蹤類應(yīng)用中，往往需要喚醒距離跟蹤 目標(biāo) 最近的傳感器節(jié)點(diǎn)，以得到關(guān)于 目 標(biāo)的更 精確位置等相關(guān)信息。在諸如環(huán)境檢測、戰(zhàn)場評估等應(yīng)用中，需要 不 斷查詢傳感器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù) 。高效利用網(wǎng)絡(luò)能量是傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的一個(gè)顯著特征， 早期 提出的一些傳感器網(wǎng)絡(luò)路 由 協(xié)議 往 往 僅考慮了能量因素。 路由協(xié)議分類 鎮(zhèn)對不同的傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，研究人員提出了不同的路由協(xié)議。 （ 3） 魯棒性。傳感器網(wǎng)絡(luò)路 由 協(xié)議不僅要選 擇 能量消耗小的消息傳輸路徑．而 且 要從整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的角度考慮，選 擇 使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能量均衡消耗的路 由 。 (4)應(yīng)用相關(guān)。在節(jié)點(diǎn)只能獲取局部拓?fù)?信 息和資源有限的情況下，如何實(shí)現(xiàn)簡單 高 效的路由機(jī)制是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)基本問題。傳統(tǒng)路由協(xié)議在選擇最優(yōu)路徑時(shí)，很少考慮節(jié)點(diǎn)的能量消耗問題。傳感器網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的應(yīng)用相關(guān)性，不同 應(yīng) 用中的路 由 協(xié)議可能差別很大，沒有 — 個(gè)通用的路由 協(xié)議。由于IEEE 802. 標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)特征與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)存在很多相似之處．故很多研究機(jī)構(gòu)把它作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無線通信平臺。傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議負(fù)責(zé)使各個(gè)獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)多跳的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，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。通過拓?fù)淇刂谱詣由傻牧己玫木W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠提高路由協(xié)議和 MAc協(xié)議的效率， 可 為數(shù)據(jù)融合、時(shí)間同步和 目 標(biāo)定位等很多方面奠定基礎(chǔ)，有利 于節(jié)省節(jié)點(diǎn)的能量來延長網(wǎng)絡(luò)的生存期。所以通常說傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò) 。 由 于傳感器節(jié) 點(diǎn)隨機(jī)部署，構(gòu)成的傳感器網(wǎng)絡(luò)與節(jié)點(diǎn)編號之間的關(guān)系是完全動態(tài)的，表現(xiàn)為節(jié)點(diǎn)編號與節(jié)點(diǎn)位置沒有必然聯(lián)系。如果想訪問互聯(lián)網(wǎng)中的資源，首先要知道存放資源的服務(wù)器 IP 地址?？陀^世界的物理 量 多種多樣，不可窮盡。 出于監(jiān)測 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)。這就要求傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)要能夠適應(yīng)這種變化，具有動態(tài)的系統(tǒng)可重構(gòu) 性 。這樣就要求傳感器節(jié)點(diǎn)具有自組織的能力，能夠自動進(jìn)行配置和管理，通過 拓 撲控制機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議自動形成轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)測數(shù)據(jù)的多跳無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 傳感器節(jié)點(diǎn)體積微小，通常攜帶能量十分有限的電池。另外，傳感器節(jié)點(diǎn)具有 的 能量、處理能力、存儲能力和通信能 力 等都十分有限 。其目的是通過動態(tài)路由和移動管理技術(shù)傳輸具有服務(wù)質(zhì)量要求的多媒體 信 息流。 這個(gè)協(xié)議錢包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層，與互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 棧 的五層協(xié)議相對應(yīng)。用戶通過管理 節(jié) 點(diǎn)對傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置和 管 理，發(fā) 布 監(jiān)測任務(wù)以及收集監(jiān)測數(shù)據(jù)。后面的相關(guān)章節(jié)將 會提出一些個(gè)人觀點(diǎn)和看法，有些可能有失偏頗，望各位老師指正。 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，路 由 協(xié)議 不 僅關(guān)心單個(gè) 節(jié) 點(diǎn)的能量消耗．更關(guān)心整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能量的均衡消耗．這樣才能延長整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生存期。 由此可見研究 WSN 將是一件很有意義且時(shí)髦的工作 ，在引言中我們就可以發(fā)現(xiàn)，盡管我們中國的前輩們進(jìn)行了卓有成效的工作，但相對美國等發(fā)達(dá)國家還有一定差距，特 別是 在 應(yīng)用上。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將邏輯上的信息世界和客觀上的物理世界融合在一 起，改變?nèi)祟惡妥匀唤?的交互方式。 本次探討和研究的意義 由引言可知 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 在今天的中國應(yīng)該 還 是一個(gè)比較新穎的研究和應(yīng)用領(lǐng)域。利用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) ， 可完成對家電的遠(yuǎn)程遙控，例如可以在回 家之前半小時(shí)打開 空 調(diào)，這樣回家的時(shí)候就可以直接享受適合的宅溫，也可以遙控電飯鍋、微波爐、電冰箱、電話機(jī)、電視機(jī)、錄像機(jī)、電腦等家電，按照 自 己的意愿完成相應(yīng)的煮飯、 燒 菜、查收電話留言、選擇錄制電視和電臺節(jié) 7 目以及 下 載網(wǎng)上資料到電腦中等 工 作，也可以通過圖像 傳感設(shè)備隨時(shí)監(jiān)控家庭安全情況。在 SSIM( Smart Sensors and Integrated Microsystems)計(jì)劃中，替代視網(wǎng)膜的芯片 由 100 個(gè)微型的傳感器組成，并置入人眼，目的 是 使得失明者或者視力極差者能夠恢復(fù)到一個(gè)可以接受的視力水平。如果 在 住院病人身上安裝特殊用途的傳感器節(jié)點(diǎn)，如心率和血壓監(jiān)測設(shè)備，醫(yī)生利用傳感器網(wǎng)絡(luò)就可以隨時(shí)了解被監(jiān)護(hù)病人的病情．發(fā)現(xiàn)異常能 夠迅速搶救。 該 計(jì) 劃的目的就是將多種類型的傳感器、可重編程的通用處理器和無線通 信 技術(shù)組合起來，建立一個(gè)廉價(jià)的無處不在的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，用以監(jiān)測光學(xué)、聲學(xué)、震動 、 磁場、濕度、污染、毒物、壓力、溫度、加速度等物理 量。 2020年初，美國的加州大學(xué)伯克利分校 ( University of California,Berkeley)、加州大學(xué)洛杉磯分校 (University of California,Los Angeles)和康奈爾大學(xué)(Cornell University)等很多所大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)開始有非常豐富的研究成果。目前，微型、高可靠、多功能、集成化的傳感器，低功 5 耗、高性能的專用集成 電路，微型、大容量的能源，高效、高可靠的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和操作系統(tǒng)，面向應(yīng)用、低計(jì)算量的模式識別和數(shù)據(jù)融合算法，低功耗、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以及在現(xiàn)實(shí)環(huán)境的各種應(yīng)用模式等課題是 我國科研人員 研究的重點(diǎn)。該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(xiàng)目和方向性項(xiàng)目，參加單位包過上 海微系統(tǒng)所、聲學(xué)所、微電子所、半導(dǎo)體所、電子所、軟件所以及中國科技大學(xué)等十余個(gè)研究所和高校。使用具備簡單信息信號獲取能力的傳統(tǒng)傳感器，采用點(diǎn)對點(diǎn)傳輸、連接傳感控制器構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)；第二代傳感器網(wǎng)絡(luò)，具 備獲取多種信息信號的綜合能力，采用串，并接口 (如Rs23 RS485)和傳感控制器相聯(lián)，構(gòu)成有綜合多種信息的傳感器網(wǎng)絡(luò)；第三代傳感器網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)在 20 世紀(jì) 90 年代后期和本世紀(jì)初，用具備智能獲取多種信息信號的傳感器，采用現(xiàn)場總線連接傳感控制器，構(gòu)成局域網(wǎng)絡(luò)，成為智能化傳感器網(wǎng)絡(luò)；第四代傳感器網(wǎng)絡(luò)正在研究研發(fā)，現(xiàn)在成形并大量投入使用的產(chǎn)品還沒有出現(xiàn)．用大量的具備多功能多信息信號獲取能力的傳感器，采用自組織無線接入網(wǎng)絡(luò)，和傳感器網(wǎng)絡(luò)控制器連接，構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。 2020 年(IEEE Spectrum)雜志發(fā)表一期專集：傳感器的國度，論述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和可能的廣泛應(yīng)用。隨后在美國的移動計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)國際會議上，提出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是下一個(gè)世紀(jì)面臨的發(fā)展機(jī)遇。現(xiàn)有的路由協(xié)議都不能很好地解決這兩個(gè)問題，因此有必要針對傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和需求研究專門的協(xié)議。 針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的 諸多要求和特點(diǎn)，目前圍繞這一領(lǐng)域的研究內(nèi)容很多 .主要可分為 節(jié)點(diǎn) 層面和網(wǎng)絡(luò)層面兩大部分。 3. 自適應(yīng)。二是由于傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作環(huán)境往往難以更新電池或因更新代價(jià)大而不可操作。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用前景廣闊，它己經(jīng)成為國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量無線傳感器 節(jié)點(diǎn) 互連而成，是傳感器向微型化、 智能化和無線通信化的延伸。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)僅能進(jìn)行有限的信息處理，但是大量節(jié)點(diǎn)相互協(xié)作就可以詳細(xì)觀測一個(gè)給定的物理環(huán)境。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。本文分析了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，著重研究了當(dāng)前一些較為重要的路由協(xié)議的核心路由機(jī)制，并比較了這些路由協(xié)議的類別、特點(diǎn)和主要應(yīng)用范圍，主要圍繞其網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議中的能量感知路由協(xié)議進(jìn)行深入分析，重點(diǎn)研究能量路由原理、能量多路徑路由原理、基于樹的能 量有效路由協(xié)議以及新型集中式能量有效路由協(xié)議等，并通過對幾種路由 協(xié)議的分析和研究得出了一些有用的結(jié)論。最后對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)未來的研究 策略與發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望 。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊? 文的部分或全部內(nèi)容。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。