【正文】 ...........................................................9 無(wú)線傳感器的網(wǎng)絡(luò)特征 .........................................................12 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 ........................................................13 第 3章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究 .........................................15 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法特點(diǎn) ............................................15 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議分類 .............................................16 層次型和平面型路由協(xié)議 .............................................16 主動(dòng)被動(dòng)和混合型路由協(xié)議 .........................................17 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)典型路由協(xié)議分析 .....................................17 第 4章 LEACH 仿真 ..........................................................................23 LEACH 算法簡(jiǎn)介 .....................................................................23 LEACH 仿真流程圖 .................................................................24 仿真結(jié)果與分析 .....................................................................25 仿真結(jié)果 ..........................................................................25 仿真分析 ............................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。 參考文獻(xiàn) ............................................................................................28 附錄 ...................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 6 1. 緒論 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（ WSN,Wireless Sensor Network）是由多學(xué)科交叉形成的新興熱點(diǎn)領(lǐng)域。傳感器的特點(diǎn)是節(jié)點(diǎn) 小，容易隱蔽，價(jià)格便宜，因此可以大面積分布在要監(jiān)測(cè)區(qū)域，而且容易部署、節(jié)點(diǎn)自組織形成網(wǎng)絡(luò)。 但是由于應(yīng)用領(lǐng)域的特殊性，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)有很大的區(qū)別。因?yàn)閭鞲衅鞯碾姵啬芰坑邢?，一旦耗盡，不能更換，而提高電池容量就目 前的技術(shù)來(lái)說(shuō)比較困難，更換電池對(duì)于某些特殊地方的無(wú)線傳感器而言更是難以實(shí)現(xiàn)，因此無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)本身的節(jié)能就成為了研究重點(diǎn)，而路由協(xié)議就是其中的關(guān)鍵問(wèn)題。平面路由協(xié)議是指網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)在路由功能上的地位是相同的，沒(méi)有引入分層管理機(jī)制。即把網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)分成簇（ Cluster），根據(jù)某種聯(lián)系，將一部分節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)節(jié)點(diǎn)群。簇頭節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對(duì)簇內(nèi)的成員 進(jìn)行管理和數(shù)據(jù)的收集，并且負(fù) 7 責(zé)將收集到的數(shù)據(jù)傳送至匯聚節(jié)點(diǎn)（ Sink 節(jié)點(diǎn) /基站）。有了簇頭的管理，組內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)可進(jìn)入休眠狀態(tài)，這就大大的減少了能源的利用。 無(wú)線傳感器網(wǎng) 絡(luò)是由美國(guó)軍方最先提出來(lái)的，將之主要應(yīng)用在國(guó)防軍事、戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、防恐反恐等領(lǐng)域，隨后國(guó)內(nèi)外的許多公司、高校和研究機(jī)構(gòu)都漸漸投入到這一新興的領(lǐng)域 [1]?？v觀無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程，根據(jù)研究側(cè)重點(diǎn)的不同將它分為三個(gè)階段。第二階段主要是研究無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信特性，主要表現(xiàn)為通信、路由協(xié)議的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。而在第二階段，研究學(xué)者們提出了許多無(wú)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。同時(shí)也開始對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件等相關(guān)問(wèn)題的研究，如部署覆蓋、時(shí)間同步、節(jié)點(diǎn)定位、系統(tǒng)管理等。具有群 8 體智能行為的自主自治系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和控制屬于自動(dòng)控制和人工智能領(lǐng)域的前沿研究?jī)?nèi)容。我國(guó)對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的 研究起步雖然比較晚，但非常重視此項(xiàng)研究。國(guó)內(nèi)一些高校和科研機(jī)構(gòu)也投入到無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中來(lái)，在傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)、路由、分簇、時(shí)鐘同步與定位、數(shù)據(jù)管理方面展開了研究工作。在《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要 (202122020)》中支持的重點(diǎn)領(lǐng)域以及 “信息產(chǎn)業(yè)及現(xiàn)代服務(wù)業(yè)” 的優(yōu)先主題中列入了“傳感器網(wǎng)絡(luò)及智能信息處理”，并在前沿技術(shù)中重點(diǎn)支持“自組織傳感器網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)”。多方面來(lái)說(shuō)我國(guó)對(duì)無(wú)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。由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線通信方式形成的一個(gè)多跳的、自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對(duì)象的信息，并發(fā)送給觀察者 [2]。它是由大量體積小、成本低、具有無(wú)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(diǎn)組成的。其中電源單元是最重要的模塊之一，大多數(shù)情況下傳感器節(jié)點(diǎn)的電池能量不可補(bǔ)充。節(jié)點(diǎn)既是數(shù)據(jù)的檢測(cè)者，又是數(shù)據(jù)的傳遞者，監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)通過(guò)多跳的方式進(jìn)行傳輸，節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p重功能，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，最后信息通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或衛(wèi)星到達(dá)管理節(jié)點(diǎn)。觀察者是傳感器網(wǎng)絡(luò)的用戶，是感知信息的接受者和應(yīng)用者，他可以是人，也可以是計(jì)算機(jī)或其它設(shè)備。觀察者可以主動(dòng)地查詢或收集傳感器網(wǎng)絡(luò)的感知信息，也可以被動(dòng)地接收傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的信息。典型的 WSN 系統(tǒng)示意圖如圖 11 所示 圖 11 典型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 圖 12 所示的是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的另一種體系結(jié)構(gòu)即本文的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這一類傳感器網(wǎng)絡(luò)中有可移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和固定節(jié)點(diǎn)兩種不同的傳感器節(jié)點(diǎn)。 11 圖 12 本文的無(wú)線傳感器體系結(jié)構(gòu) WSN 節(jié)點(diǎn)由傳感器模塊、處理器模塊、無(wú)線通信模 塊和能量供應(yīng)模塊四部分組成，如圖 13 所示。 圖 13傳感器節(jié)點(diǎn)體系結(jié)構(gòu) 12 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相比，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有如下的特征。由于分布式的特性，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以獨(dú)立的完成任務(wù)，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)目眾多有節(jié)點(diǎn)冗余，個(gè)別節(jié)點(diǎn)的故障不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能，魯棒性好。處理這引起變化的節(jié)點(diǎn)都會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致傳感器、感知對(duì)象和觀察者三者之間傳遞數(shù)據(jù)時(shí)的路徑也隨之變化。 多跳路由 由于節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率有限，節(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍受到限制。 節(jié)點(diǎn)能力有限 13 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)雖然有體積小，價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也決定了它的缺 陷，如能源受限、內(nèi)存小、處理器性能低等。 (1)軍事應(yīng)用 在軍事領(lǐng)域，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是 C4ISRT 系統(tǒng)不可缺少的一部分。 由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)密度大、成本低，較強(qiáng)自組性和魯棒性使其不會(huì)因?yàn)槟承┕?jié)點(diǎn)在惡意攻擊中的損壞而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的崩潰。由此，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)受到了軍事發(fā)達(dá)國(guó)家的普遍重視。 3）醫(yī)療應(yīng)用 如果在住院病人身上安裝特殊用途的傳感器節(jié)點(diǎn)，無(wú)線裝置定期檢測(cè)人體內(nèi)的心率、血壓、葡萄糖水平、脈搏或