第62講無線傳感網(wǎng)絡(luò)

1、種類種類由一組帶有無線收發(fā)裝置的移動(dòng)終端構(gòu)成的一個(gè)多跳的臨時(shí)性由一組帶有無線收發(fā)裝置的移動(dòng)終端構(gòu)成的一個(gè)多跳的臨時(shí)性自治系統(tǒng)。自治系統(tǒng)。 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的定義網(wǎng)絡(luò)的定義由大量的小型傳感器組成的用來監(jiān)視物理環(huán)境和相關(guān)現(xiàn)象并向由大量的小型傳感器組成的用來監(jiān)視物理環(huán)境和相關(guān)現(xiàn)象并向觀測(cè)者或處理中心報(bào)告監(jiān)測(cè)結(jié)果的網(wǎng)絡(luò)。觀測(cè)者或處理中心報(bào)告監(jiān)測(cè)結(jié)果的網(wǎng)絡(luò)。 傳感網(wǎng)絡(luò)的定義傳感網(wǎng)絡(luò)的定義一種基于大量具有傳感和通信功能的小型可移動(dòng)設(shè)備構(gòu)造的主一種基于大量具有傳感和通信功能的小型可移動(dòng)設(shè)備構(gòu)造的主要用于收集、傳播和處理傳感信息的要用于收集、傳播和處理傳感信息的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)。 無線傳感網(wǎng)絡(luò)的定義無線

2、傳感網(wǎng)絡(luò)的定義 無線傳感網(wǎng)絡(luò)是兩種網(wǎng)絡(luò)的的有機(jī)結(jié)合。無線傳感網(wǎng)絡(luò)是兩種網(wǎng)絡(luò)的的有機(jī)結(jié)合。 傳感網(wǎng)絡(luò)通常包括傳感節(jié)點(diǎn)、觀測(cè)者（中心處傳感網(wǎng)絡(luò)通常包括傳感節(jié)點(diǎn)、觀測(cè)者（中心處理節(jié)點(diǎn)）和現(xiàn)象（被監(jiān)測(cè)對(duì)象）。理節(jié)點(diǎn)）和現(xiàn)象（被監(jiān)測(cè)對(duì)象）。傳感節(jié)點(diǎn)：用來監(jiān)測(cè)物理環(huán)境（現(xiàn)象）并報(bào)告所測(cè)量信息的傳感節(jié)點(diǎn)：用來監(jiān)測(cè)物理環(huán)境（現(xiàn)象）并報(bào)告所測(cè)量信息的小型可移動(dòng)設(shè)備。小型可移動(dòng)設(shè)備。觀測(cè)者：希望獲得傳感節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的信息并能對(duì)信息進(jìn)行處理觀測(cè)者：希望獲得傳感節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的信息并能對(duì)信息進(jìn)行處理的端用戶或中心節(jié)點(diǎn)。除了被動(dòng)接收外，觀測(cè)者還可主動(dòng)查詢的端用戶或中心節(jié)點(diǎn)。除了被動(dòng)接收外，觀測(cè)者還可主動(dòng)查詢相關(guān)信息。相關(guān)信息。現(xiàn)

3、象：觀測(cè)者感興趣的被監(jiān)測(cè)的物理實(shí)體，并且能夠被傳感現(xiàn)象：觀測(cè)者感興趣的被監(jiān)測(cè)的物理實(shí)體，并且能夠被傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析和過濾。網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析和過濾。 典型的傳感節(jié)點(diǎn)包括四個(gè)主要部分：檢測(cè)單元、典型的傳感節(jié)點(diǎn)包括四個(gè)主要部分：檢測(cè)單元、處理單元、發(fā)送接收單位和能量供給單元，此外處理單元、發(fā)送接收單位和能量供給單元，此外還包括一些附加的與應(yīng)用相關(guān)的部件，如位置發(fā)還包括一些附加的與應(yīng)用相關(guān)的部件，如位置發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)、功率產(chǎn)生器和移動(dòng)載體等。現(xiàn)系統(tǒng)、功率產(chǎn)生器和移動(dòng)載體等。 檢測(cè)單元檢測(cè)信號(hào)并將其送到處理單元；處理檢測(cè)單元檢測(cè)信號(hào)并將其送到處理單元；處理單元處理數(shù)據(jù)并運(yùn)行相關(guān)程序使之與其它節(jié)點(diǎn)協(xié)單元處理數(shù)據(jù)并運(yùn)

4、行相關(guān)程序使之與其它節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)工作；發(fā)送接收單位用于節(jié)點(diǎn)之間通信；能量調(diào)工作；發(fā)送接收單位用于節(jié)點(diǎn)之間通信；能量供給單元用于提供能量；位置發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)用于定位供給單元用于提供能量；位置發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)用于定位傳感節(jié)點(diǎn)的位置；功率產(chǎn)生器可以補(bǔ)充能量，如傳感節(jié)點(diǎn)的位置；功率產(chǎn)生器可以補(bǔ)充能量，如太陽(yáng)能發(fā)電；移動(dòng)載體可以使節(jié)點(diǎn)移動(dòng)。太陽(yáng)能發(fā)電；移動(dòng)載體可以使節(jié)點(diǎn)移動(dòng)。 無線傳感網(wǎng)絡(luò)中，傳感節(jié)點(diǎn)協(xié)作運(yùn)行來完成任務(wù)，無線傳感網(wǎng)絡(luò)中，傳感節(jié)點(diǎn)協(xié)作運(yùn)行來完成任務(wù)，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模選用合適的路由協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)傳感信息。并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模選用合適的路由協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)傳感信息。節(jié)點(diǎn)不僅能夠借助中間節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，節(jié)點(diǎn)不僅能夠借助

5、中間節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，還可以監(jiān)測(cè)本地環(huán)境的變化，收集和處理相關(guān)的傳感還可以監(jiān)測(cè)本地環(huán)境的變化，收集和處理相關(guān)的傳感信息，從而增強(qiáng)了傳統(tǒng)信息，從而增強(qiáng)了傳統(tǒng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的功能。無線傳感網(wǎng)絡(luò)的功能。無線傳感網(wǎng)絡(luò)可以廣泛應(yīng)用于軍事和民用環(huán)境，進(jìn)行信息的收網(wǎng)絡(luò)可以廣泛應(yīng)用于軍事和民用環(huán)境，進(jìn)行信息的收集和處理、對(duì)象跟蹤和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的監(jiān)測(cè)，適合配置在集和處理、對(duì)象跟蹤和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的監(jiān)測(cè)，適合配置在野外、交通要道、家庭、軍事、醫(yī)療和安全部門等場(chǎng)野外、交通要道、家庭、軍事、醫(yī)療和安全部門等場(chǎng)合。此外，傳感節(jié)點(diǎn)可以使用多種傳輸媒質(zhì)，包括無合。此外，傳感節(jié)點(diǎn)可以使用多種傳輸媒質(zhì)，包括無線電播、聲波和地

6、震波等。線電播、聲波和地震波等。軍用傳感網(wǎng)絡(luò)可以監(jiān)視戰(zhàn)場(chǎng)的態(tài)勢(shì)（用于軍事軍用傳感網(wǎng)絡(luò)可以監(jiān)視戰(zhàn)場(chǎng)的態(tài)勢(shì)（用于軍事通信、指揮、控制、監(jiān)視、偵察和定位）。通信、指揮、控制、監(jiān)視、偵察和定位）。環(huán)境傳感網(wǎng)絡(luò)可以檢測(cè)環(huán)境和氣候的變化。環(huán)境傳感網(wǎng)絡(luò)可以檢測(cè)環(huán)境和氣候的變化。交通傳感網(wǎng)絡(luò)可以配置在交通要道用于監(jiān)測(cè)交交通傳感網(wǎng)絡(luò)可以配置在交通要道用于監(jiān)測(cè)交通的流量，包括車輛的數(shù)量、種類、速度和方向通的流量，包括車輛的數(shù)量、種類、速度和方向等相關(guān)參數(shù)。等相關(guān)參數(shù)。監(jiān)控傳感網(wǎng)絡(luò)可以用于商場(chǎng)和銀行等場(chǎng)合來提監(jiān)控傳感網(wǎng)絡(luò)可以用于商場(chǎng)和銀行等場(chǎng)合來提高安全性。高安全性。 環(huán)境監(jiān)測(cè)和分析環(huán)境監(jiān)測(cè)和分析河流污染監(jiān)測(cè)河流污

7、染監(jiān)測(cè)交通流量監(jiān)控交通流量監(jiān)控目標(biāo)由環(huán)境和應(yīng)用決定，但通常涉及以下幾個(gè)方面：目標(biāo)由環(huán)境和應(yīng)用決定，但通常涉及以下幾個(gè)方面： 傳感網(wǎng)絡(luò)可能需要完成多種任務(wù)，包括測(cè)量環(huán)境的溫度、傳感網(wǎng)絡(luò)可能需要完成多種任務(wù)，包括測(cè)量環(huán)境的溫度、濕度和氣壓等，因此需要能夠選用合適的參數(shù)，包括抽樣速濕度和氣壓等，因此需要能夠選用合適的參數(shù)，包括抽樣速率和消息發(fā)送周期等。率和消息發(fā)送周期等。 檢測(cè)檢測(cè)相關(guān)事件的出現(xiàn)并估計(jì)相應(yīng)的參數(shù)。相關(guān)事件的出現(xiàn)并估計(jì)相應(yīng)的參數(shù)。 對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分類。對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分類。 跟蹤對(duì)象并能夠迅速準(zhǔn)確地將信息傳送到指定位置。跟蹤對(duì)象并能夠迅速準(zhǔn)確地將信息傳送到指定位置。

8、(1) 網(wǎng)絡(luò)中存在大量（成千上萬）傳感節(jié)點(diǎn)，并且多數(shù)情況網(wǎng)絡(luò)中存在大量（成千上萬）傳感節(jié)點(diǎn)，并且多數(shù)情況下傳感節(jié)點(diǎn)的位置相對(duì)固定，密度較高，因此網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有自下傳感節(jié)點(diǎn)的位置相對(duì)固定，密度較高，因此網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有自組織能力，并要著重考慮網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性。組織能力，并要著重考慮網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性。 (2) 傳感節(jié)點(diǎn)經(jīng)常配置在偏遠(yuǎn)或危險(xiǎn)的地區(qū)并且需要持續(xù)工傳感節(jié)點(diǎn)經(jīng)常配置在偏遠(yuǎn)或危險(xiǎn)的地區(qū)并且需要持續(xù)工作，節(jié)點(diǎn)容易被破壞和干擾，并且節(jié)點(diǎn)的壽命由電池的能量作，節(jié)點(diǎn)容易被破壞和干擾，并且節(jié)點(diǎn)的壽命由電池的能量決定，因此需要盡量節(jié)省能量的耗費(fèi)。決定，因此需要盡量節(jié)省能量的耗費(fèi)。 (3) 傳感網(wǎng)絡(luò)主要采用廣播通信模式

9、，而許多傳感網(wǎng)絡(luò)主要采用廣播通信模式，而許多Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)基網(wǎng)絡(luò)基于點(diǎn)到點(diǎn)通信。并且由于數(shù)量較大，傳感節(jié)點(diǎn)不一定都有唯于點(diǎn)到點(diǎn)通信。并且由于數(shù)量較大，傳感節(jié)點(diǎn)不一定都有唯一的全局標(biāo)識(shí)符。一的全局標(biāo)識(shí)符。 (4) 它的目標(biāo)是檢測(cè)和通知相關(guān)事件的發(fā)生，而不僅僅是實(shí)現(xiàn)它的目標(biāo)是檢測(cè)和通知相關(guān)事件的發(fā)生，而不僅僅是實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的通信，因此節(jié)點(diǎn)需要協(xié)作來進(jìn)行信息的匯聚和處理。節(jié)點(diǎn)間的通信，因此節(jié)點(diǎn)需要協(xié)作來進(jìn)行信息的匯聚和處理。 基于網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模、節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和分布以及傳感網(wǎng)絡(luò)到有基于網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模、節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和分布以及傳感網(wǎng)絡(luò)到有線固定網(wǎng)絡(luò)的距離可以把傳感網(wǎng)絡(luò)劃分為不同的種類。線固定網(wǎng)絡(luò)的距離可以把傳感網(wǎng)絡(luò)劃

10、分為不同的種類。 網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和節(jié)點(diǎn)的數(shù)量將決定整個(gè)系統(tǒng)的成本，而傳網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和節(jié)點(diǎn)的數(shù)量將決定整個(gè)系統(tǒng)的成本，而傳感網(wǎng)絡(luò)到有線網(wǎng)絡(luò)的距離將決定路由節(jié)點(diǎn)配置的數(shù)量和感網(wǎng)絡(luò)到有線網(wǎng)絡(luò)的距離將決定路由節(jié)點(diǎn)配置的數(shù)量和使用的路由算法。傳感節(jié)點(diǎn)的分布可以事先確定或隨機(jī)使用的路由算法。傳感節(jié)點(diǎn)的分布可以事先確定或隨機(jī)選擇，前者易于管理和配置，但適應(yīng)性較差；后者的適選擇，前者易于管理和配置，但適應(yīng)性較差；后者的適應(yīng)性較強(qiáng)，但管理較復(fù)雜。應(yīng)性較強(qiáng)，但管理較復(fù)雜。 基于以上考慮，傳感網(wǎng)絡(luò)可分為三類：非傳播系統(tǒng)、確基于以上考慮，傳感網(wǎng)絡(luò)可分為三類：非傳播系統(tǒng)、確定路由系統(tǒng)和自組織系統(tǒng)。定路由系統(tǒng)和自組織系統(tǒng)。 另

11、外，還可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的傳感節(jié)點(diǎn)是否需要單獨(dú)尋址另外，還可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的傳感節(jié)點(diǎn)是否需要單獨(dú)尋址以及傳感數(shù)據(jù)是否被匯聚來對(duì)傳感網(wǎng)絡(luò)分類。以及傳感數(shù)據(jù)是否被匯聚來對(duì)傳感網(wǎng)絡(luò)分類。 非傳播系統(tǒng)中，傳感節(jié)點(diǎn)與中心節(jié)點(diǎn)一跳可達(dá)，不需任何非傳播系統(tǒng)中，傳感節(jié)點(diǎn)與中心節(jié)點(diǎn)一跳可達(dá)，不需任何路由節(jié)點(diǎn)和路由算法。傳感節(jié)點(diǎn)通常不移動(dòng)，數(shù)據(jù)的聚集、路由節(jié)點(diǎn)和路由算法。傳感節(jié)點(diǎn)通常不移動(dòng)，數(shù)據(jù)的聚集、分發(fā)和處理主要由中心節(jié)點(diǎn)完成，例如安裝在建筑物和交通分發(fā)和處理主要由中心節(jié)點(diǎn)完成，例如安裝在建筑物和交通要道上的傳感系統(tǒng)。要道上的傳感系統(tǒng)。 確定路由系統(tǒng)中確定路由系統(tǒng)中，傳感節(jié)點(diǎn)使用事先確定的路由將數(shù)據(jù)傳傳感節(jié)點(diǎn)使用事

12、先確定的路由將數(shù)據(jù)傳遞到中心節(jié)點(diǎn)，路由通常由手工配置。這種系統(tǒng)適用于節(jié)點(diǎn)遞到中心節(jié)點(diǎn)，路由通常由手工配置。這種系統(tǒng)適用于節(jié)點(diǎn)數(shù)量較少的網(wǎng)絡(luò)，如用于家庭和辦公室環(huán)境的傳感網(wǎng)絡(luò)。數(shù)量較少的網(wǎng)絡(luò)，如用于家庭和辦公室環(huán)境的傳感網(wǎng)絡(luò)。 自組織系統(tǒng)多用于節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多的場(chǎng)合，節(jié)點(diǎn)可以隨機(jī)移自組織系統(tǒng)多用于節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多的場(chǎng)合，節(jié)點(diǎn)可以隨機(jī)移動(dòng)，例如戰(zhàn)場(chǎng)偵察或氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在這種網(wǎng)絡(luò)中，傳感節(jié)動(dòng)，例如戰(zhàn)場(chǎng)偵察或氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在這種網(wǎng)絡(luò)中，傳感節(jié)點(diǎn)與路由節(jié)點(diǎn)協(xié)作，并借助路由協(xié)議向信息處理中心傳輸數(shù)點(diǎn)與路由節(jié)點(diǎn)協(xié)作，并借助路由協(xié)議向信息處理中心傳輸數(shù)據(jù)。我們將這種自組織傳感網(wǎng)絡(luò)稱為無線傳感網(wǎng)絡(luò)。據(jù)。我們將這種自組織

13、傳感網(wǎng)絡(luò)稱為無線傳感網(wǎng)絡(luò)。(a) 非傳播系統(tǒng)非傳播系統(tǒng)(b) 確定路由系統(tǒng)確定路由系統(tǒng)(c) 自組織系統(tǒng)自組織系統(tǒng)傳感節(jié)點(diǎn)路由節(jié)點(diǎn)中心處理節(jié)點(diǎn)目前，國(guó)外很多大學(xué)和組織都在對(duì)無線傳感網(wǎng)絡(luò)目前，國(guó)外很多大學(xué)和組織都在對(duì)無線傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行積極探索，并取得了一些研究成果。進(jìn)行積極探索，并取得了一些研究成果。 加州大學(xué)伯克利分校研制了一個(gè)包括加州大學(xué)伯克利分校研制了一個(gè)包括800個(gè)小型傳感節(jié)個(gè)小型傳感節(jié)點(diǎn)的測(cè)試床，傳感節(jié)點(diǎn)可以感知光線的強(qiáng)度、溫度、電點(diǎn)的測(cè)試床，傳感節(jié)點(diǎn)可以感知光線的強(qiáng)度、溫度、電池能量和信號(hào)強(qiáng)度，并能及時(shí)地反映在監(jiān)控屏幕上。池能量和信號(hào)強(qiáng)度，并能及時(shí)地反映在監(jiān)控屏幕上。 他們還他們還開發(fā)

14、了一種用于資源受限環(huán)境的靈活操作系開發(fā)了一種用于資源受限環(huán)境的靈活操作系統(tǒng)統(tǒng)TinyOS，它是基于部件的事件驅(qū)動(dòng)的操作系統(tǒng)，它是基于部件的事件驅(qū)動(dòng)的操作系統(tǒng)，開銷很小。該試驗(yàn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了從物理層到應(yīng)用層，從分開銷很小。該試驗(yàn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了從物理層到應(yīng)用層，從分組路由到數(shù)據(jù)收集和處理等功能，并且可以方便地構(gòu)建組路由到數(shù)據(jù)收集和處理等功能，并且可以方便地構(gòu)建覆蓋整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的廣播樹。覆蓋整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的廣播樹。 測(cè)試床中無線傳感節(jié)點(diǎn)的尺寸為測(cè)試床中無線傳感節(jié)點(diǎn)的尺寸為11.5英寸，包英寸，包括一個(gè)括一個(gè)4MHz的低功率微處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和簡(jiǎn)的低功率微處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和簡(jiǎn)單的外圍接口，整個(gè)系統(tǒng)激活時(shí)耗能僅為單的

15、外圍接口，整個(gè)系統(tǒng)激活時(shí)耗能僅為5mA，而休眠狀態(tài)下只有幾十而休眠狀態(tài)下只有幾十uA。 S Tilak按照通信方式、數(shù)據(jù)投遞模式和網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性按照通信方式、數(shù)據(jù)投遞模式和網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性對(duì)傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了分類，目的是為了更好地進(jìn)行協(xié)議對(duì)傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了分類，目的是為了更好地進(jìn)行協(xié)議設(shè)計(jì)和構(gòu)造更加符合實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)模型。設(shè)計(jì)和構(gòu)造更加符合實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)模型。 S Bhatnagar考慮了如何在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行服務(wù)區(qū)考慮了如何在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行服務(wù)區(qū)分的機(jī)制，以便對(duì)不同類型的傳感數(shù)據(jù)賦予不同的優(yōu)先分的機(jī)制，以便對(duì)不同類型的傳感數(shù)據(jù)賦予不同的優(yōu)先級(jí)。提出的自適應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制可以根據(jù)環(huán)境的變化動(dòng)態(tài)選級(jí)。提出的自適應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)

16、制可以根據(jù)環(huán)境的變化動(dòng)態(tài)選擇轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制來提高分組投遞的可靠性并減少控制開銷。擇轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制來提高分組投遞的可靠性并減少控制開銷。 D.Estrin等人研究了傳感網(wǎng)絡(luò)中的可擴(kuò)展協(xié)調(diào)機(jī)制，等人研究了傳感網(wǎng)絡(luò)中的可擴(kuò)展協(xié)調(diào)機(jī)制，傳感節(jié)點(diǎn)通過運(yùn)行傳感節(jié)點(diǎn)通過運(yùn)行本地化算法，與附近有限的傳感節(jié)點(diǎn)本地化算法，與附近有限的傳感節(jié)點(diǎn)交互信息來獲得所需的全局目標(biāo)。交互信息來獲得所需的全局目標(biāo)。的體系結(jié)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)傳感節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)收集傳感信息并通過多跳路由將數(shù)據(jù)路由到中傳感節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)收集傳感信息并通過多跳路由將數(shù)據(jù)路由到中心處理節(jié)點(diǎn)（心處理節(jié)點(diǎn)（Sink），），中心處理節(jié)點(diǎn)可以處理信息，還可以中心處理節(jié)點(diǎn)可以處理信息，還可以

17、通過通過Internet或衛(wèi)星與遠(yuǎn)端的任務(wù)管理中心進(jìn)行通信。或衛(wèi)星與遠(yuǎn)端的任務(wù)管理中心進(jìn)行通信。 平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，健壯性較好，適用于平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，健壯性較好，適用于傳感節(jié)點(diǎn)數(shù)量較少并且節(jié)點(diǎn)功能相近的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。傳感節(jié)點(diǎn)數(shù)量較少并且節(jié)點(diǎn)功能相近的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。但是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在處理能力不同的傳感節(jié)點(diǎn)時(shí)，但是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在處理能力不同的傳感節(jié)點(diǎn)時(shí)，無法很好地利用功能較強(qiáng)的傳感節(jié)點(diǎn)來提高網(wǎng)絡(luò)無法很好地利用功能較強(qiáng)的傳感節(jié)點(diǎn)來提高網(wǎng)絡(luò)性能，并且網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性較差。性能，并且網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性較差。 在構(gòu)造無線傳感網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)考慮網(wǎng)絡(luò)中設(shè)在構(gòu)造無線傳感網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)考慮網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的數(shù)量、種類和能力

18、。如果網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備數(shù)量較多，備的數(shù)量、種類和能力。如果網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備數(shù)量較多，并且存在普通傳感節(jié)點(diǎn)和計(jì)算能力及功率較強(qiáng)的處并且存在普通傳感節(jié)點(diǎn)和計(jì)算能力及功率較強(qiáng)的處理節(jié)點(diǎn)時(shí)，通常應(yīng)采用分級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。理節(jié)點(diǎn)時(shí)，通常應(yīng)采用分級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)具有相關(guān)性，節(jié)點(diǎn)間的距離越近，數(shù)據(jù)相關(guān)性越強(qiáng)，節(jié)數(shù)據(jù)具有相關(guān)性，節(jié)點(diǎn)間的距離越近，數(shù)據(jù)相關(guān)性越強(qiáng)，節(jié)點(diǎn)可以通過本地協(xié)作來減少投遞的數(shù)據(jù)量。為此，可以基于點(diǎn)可以通過本地協(xié)作來減少投遞的數(shù)據(jù)量。為此，可以基于分簇結(jié)構(gòu)使距離較近的節(jié)點(diǎn)共享數(shù)據(jù)。分簇結(jié)構(gòu)使距離較近的節(jié)點(diǎn)共享數(shù)據(jù)。下層由普通傳感節(jié)點(diǎn)下層由普通傳感節(jié)點(diǎn)按照某種分簇算法構(gòu)成多個(gè)簇，簇頭負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)簇內(nèi)各節(jié)點(diǎn)、按照某種

19、分簇算法構(gòu)成多個(gè)簇，簇頭負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)簇內(nèi)各節(jié)點(diǎn)、對(duì)信息進(jìn)行匯聚并向功能較強(qiáng)的處理節(jié)點(diǎn)傳送信息。功能較對(duì)信息進(jìn)行匯聚并向功能較強(qiáng)的處理節(jié)點(diǎn)傳送信息。功能較強(qiáng)的處理節(jié)點(diǎn)能夠?qū)ι蟼鞯男畔⑦M(jìn)行處理，并可以相互通信強(qiáng)的處理節(jié)點(diǎn)能夠?qū)ι蟼鞯男畔⑦M(jìn)行處理，并可以相互通信來構(gòu)成上層網(wǎng)絡(luò)。上層網(wǎng)絡(luò)可以用于連接距離較遠(yuǎn)的低層簇，來構(gòu)成上層網(wǎng)絡(luò)。上層網(wǎng)絡(luò)可以用于連接距離較遠(yuǎn)的低層簇，并且一些處理節(jié)點(diǎn)可以作為網(wǎng)關(guān)與外部有線網(wǎng)絡(luò)互連，并將并且一些處理節(jié)點(diǎn)可以作為網(wǎng)關(guān)與外部有線網(wǎng)絡(luò)互連，并將處理后的傳感信息交付骨干中心節(jié)點(diǎn)。采用這種分簇分級(jí)結(jié)處理后的傳感信息交付骨干中心節(jié)點(diǎn)。采用這種分簇分級(jí)結(jié)構(gòu)，構(gòu)，簇頭可以對(duì)簇內(nèi)的傳感信息

20、進(jìn)行預(yù)處理和匯聚，減少了簇頭可以對(duì)簇內(nèi)的傳感信息進(jìn)行預(yù)處理和匯聚，減少了通信開銷和通信開銷和傳輸功耗，提高了網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展型。傳輸功耗，提高了網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展型。普通傳感節(jié)點(diǎn) 傳感簇頭節(jié)點(diǎn) 處理節(jié)點(diǎn) 有線網(wǎng)絡(luò) 骨干中心節(jié)點(diǎn) 對(duì)傳感網(wǎng)絡(luò)而言，傳感數(shù)據(jù)本身并不重要，相反對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行過對(duì)傳感網(wǎng)絡(luò)而言，傳感數(shù)據(jù)本身并不重要，相反對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾處理，使端用戶及時(shí)獲悉被監(jiān)視環(huán)境的相關(guān)事件才是最重要濾處理，使端用戶及時(shí)獲悉被監(jiān)視環(huán)境的相關(guān)事件才是最重要的。的。此外，可以賦予簇頭較大的發(fā)送功率，簇頭采用競(jìng)爭(zhēng)此外，可以賦予簇頭較大的發(fā)送功率，簇頭采用競(jìng)爭(zhēng)MAC協(xié)議（如協(xié)議（如CSMA）向基站發(fā)送聚集數(shù)據(jù)來減少投遞時(shí)延。

21、向基站發(fā)送聚集數(shù)據(jù)來減少投遞時(shí)延。 分簇可以采用兩種策略：一是任何節(jié)點(diǎn)都可充當(dāng)簇頭；分簇可以采用兩種策略：一是任何節(jié)點(diǎn)都可充當(dāng)簇頭；二是由少數(shù)功能較強(qiáng)的節(jié)點(diǎn)充當(dāng)簇頭。第一種方法比較靈活二是由少數(shù)功能較強(qiáng)的節(jié)點(diǎn)充當(dāng)簇頭。第一種方法比較靈活并更為健壯，但網(wǎng)絡(luò)的功能低于前者，并且需要相應(yīng)的簇頭并更為健壯，但網(wǎng)絡(luò)的功能低于前者，并且需要相應(yīng)的簇頭選舉算法。第二種方法無需簇頭選舉算法，簇頭具有更大的選舉算法。第二種方法無需簇頭選舉算法，簇頭具有更大的傳輸功率和處理能力，能夠支持更為復(fù)雜的功能，但網(wǎng)絡(luò)的傳輸功率和處理能力，能夠支持更為復(fù)雜的功能，但網(wǎng)絡(luò)的健壯性低于前者。健壯性低于前者。 當(dāng)數(shù)據(jù)聚集所消耗的

22、能量小于數(shù)據(jù)傳輸所需的能量時(shí)，當(dāng)數(shù)據(jù)聚集所消耗的能量小于數(shù)據(jù)傳輸所需的能量時(shí)，分簇結(jié)構(gòu)中，簇頭對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚預(yù)處理可以減少能量耗費(fèi)。分簇結(jié)構(gòu)中，簇頭對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚預(yù)處理可以減少能量耗費(fèi)。為了防止簇頭過快耗盡能量，分簇算法應(yīng)盡量將簇頭角色均為了防止簇頭過快耗盡能量，分簇算法應(yīng)盡量將簇頭角色均等地分配到所有節(jié)點(diǎn)。在一個(gè)簇中，簇頭可以為所有簇成員等地分配到所有節(jié)點(diǎn)。在一個(gè)簇中，簇頭可以為所有簇成員生成一個(gè)生成一個(gè)TDMA調(diào)度表來通知每個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)隙，從而可調(diào)度表來通知每個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)隙，從而可以防止簇內(nèi)沖突，并且節(jié)點(diǎn)在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)可轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)。以防止簇內(nèi)沖突，并且節(jié)點(diǎn)在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)可轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)

23、。此外相鄰簇可以使用正交碼字來防止簇間沖突。此外相鄰簇可以使用正交碼字來防止簇間沖突。 簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)使用功率較低的頻率簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)使用功率較低的頻率1進(jìn)行通信，而簇頭之間使用功率進(jìn)行通信，而簇頭之間使用功率較強(qiáng)的頻率較強(qiáng)的頻率2進(jìn)行通信，如下圖所示。圖中，傳感層負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)和進(jìn)行通信，如下圖所示。圖中，傳感層負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)和收集來自發(fā)射源的相關(guān)信息，并進(jìn)行相應(yīng)的處理收集來自發(fā)射源的相關(guān)信息，并進(jìn)行相應(yīng)的處理 。 發(fā)射源發(fā)射源 傳感層傳感層 傳輸層傳輸層 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層 鏈路層鏈路層 物理層物理層 傳感層傳感層 傳輸層傳輸層 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層 鏈路層鏈路層 物理層物理層 傳感層傳感層 傳輸層傳輸層 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層 鏈路層

24、鏈路層 物理層物理層監(jiān)測(cè)接收數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)接收數(shù)據(jù)普通節(jié)點(diǎn)普通節(jié)點(diǎn)1 普通節(jié)點(diǎn)普通節(jié)點(diǎn)2 簇頭簇頭 頻率頻率1 分級(jí)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的信息傳遞流程分級(jí)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的信息傳遞流程 頻率頻率1頻率頻率2網(wǎng)絡(luò)協(xié)議應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，控制開銷盡可能少，并且網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，控制開銷盡可能少，并且網(wǎng)絡(luò)要有較強(qiáng)的容錯(cuò)能力。具體而言，必須考慮以下指標(biāo)要有較強(qiáng)的容錯(cuò)能力。具體而言，必須考慮以下指標(biāo)和問題：錯(cuò)誤容忍性；可擴(kuò)展性；網(wǎng)絡(luò)成本；硬件限和問題：錯(cuò)誤容忍性；可擴(kuò)展性；網(wǎng)絡(luò)成本；硬件限制；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌粋鬏斆浇?；能量效率制；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?；傳輸媒介；能量效?系統(tǒng)壽命；信息系統(tǒng)壽命；信息投遞時(shí)延和準(zhǔn)確性；適于傳感節(jié)點(diǎn)協(xié)同工作的信

25、號(hào)處投遞時(shí)延和準(zhǔn)確性；適于傳感節(jié)點(diǎn)協(xié)同工作的信號(hào)處理算法；高效的具有節(jié)能意識(shí)的路由協(xié)議和信道接入理算法；高效的具有節(jié)能意識(shí)的路由協(xié)議和信道接入機(jī)制；合適的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和自組織算法。另外，對(duì)機(jī)制；合適的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和自組織算法。另外，對(duì)于軍用無線傳感網(wǎng)絡(luò)，需要具有較低的檢測(cè)和截獲概于軍用無線傳感網(wǎng)絡(luò)，需要具有較低的檢測(cè)和截獲概率（率（LPD/LPI）、）、較高的抗干擾性、安全性和可靠性。較高的抗干擾性、安全性和可靠性。實(shí)現(xiàn)以上所有目標(biāo)是不現(xiàn)實(shí)的，因此需要綜合考慮，實(shí)現(xiàn)以上所有目標(biāo)是不現(xiàn)實(shí)的，因此需要綜合考慮，合理折衷。合理折衷。 協(xié)議?？梢詤⒖紖f(xié)議?？梢詤⒖糘SI模型和模型和ATM協(xié)議棧結(jié)構(gòu)進(jìn)行

26、設(shè)計(jì)。協(xié)議棧結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。應(yīng) 用 層傳 輸 層網(wǎng) 絡(luò) 層數(shù) 據(jù) 鏈 路 層物 理 層能量管理平面移動(dòng)管理平面任務(wù)管理平面?zhèn)?感 網(wǎng) 絡(luò) 協(xié) 議 棧 結(jié) 構(gòu)傳 感 層協(xié)議棧包含協(xié)議棧包含6層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、傳感層和應(yīng)用層，其中傳感層負(fù)責(zé)完成特定的傳層、傳感層和應(yīng)用層，其中傳感層負(fù)責(zé)完成特定的傳感任務(wù)。此外還包括三個(gè)平面：能量管理平面負(fù)責(zé)管感任務(wù)。此外還包括三個(gè)平面：能量管理平面負(fù)責(zé)管理節(jié)點(diǎn)如何使用能量，例如改變節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率，控理節(jié)點(diǎn)如何使用能量，例如改變節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率，控制開機(jī)和關(guān)機(jī)，決定是否轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)和參與路由計(jì)算等；制開機(jī)和關(guān)機(jī)，決定

27、是否轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)和參與路由計(jì)算等；任務(wù)管理平面負(fù)責(zé)為給定區(qū)域內(nèi)的傳感節(jié)點(diǎn)合理地分任務(wù)管理平面負(fù)責(zé)為給定區(qū)域內(nèi)的傳感節(jié)點(diǎn)合理地分配任務(wù)，任務(wù)的劃分基于節(jié)點(diǎn)的能力和位置，從而使配任務(wù)，任務(wù)的劃分基于節(jié)點(diǎn)的能力和位置，從而使節(jié)點(diǎn)能夠以能量高效的方式協(xié)調(diào)工作；移動(dòng)管理平面節(jié)點(diǎn)能夠以能量高效的方式協(xié)調(diào)工作；移動(dòng)管理平面負(fù)責(zé)跟蹤節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)和位置，并且通過與鄰居節(jié)點(diǎn)的負(fù)責(zé)跟蹤節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)和位置，并且通過與鄰居節(jié)點(diǎn)的協(xié)調(diào)來平衡節(jié)點(diǎn)之間的功率和任務(wù)分配協(xié)調(diào)來平衡節(jié)點(diǎn)之間的功率和任務(wù)分配 。 在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中，路由節(jié)點(diǎn)通過自組織算法構(gòu)在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中，路由節(jié)點(diǎn)通過自組織算法構(gòu)成骨干網(wǎng)絡(luò)，傳感節(jié)點(diǎn)只需選擇位于其傳輸范圍成

28、骨干網(wǎng)絡(luò)，傳感節(jié)點(diǎn)只需選擇位于其傳輸范圍內(nèi)的路由節(jié)點(diǎn)作為中繼節(jié)點(diǎn)，如果存在多個(gè)路由內(nèi)的路由節(jié)點(diǎn)作為中繼節(jié)點(diǎn)，如果存在多個(gè)路由節(jié)點(diǎn)，可以選擇距離最近或負(fù)載最輕的節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)，可以選擇距離最近或負(fù)載最輕的節(jié)點(diǎn)。 自組織算法具體包括以下四個(gè)過程：發(fā)現(xiàn)階段、組自組織算法具體包括以下四個(gè)過程：發(fā)現(xiàn)階段、組織階段、維護(hù)階段和重組織階段?？楇A段、維護(hù)階段和重組織階段。發(fā)現(xiàn)階段：路由節(jié)點(diǎn)通過交互探測(cè)消息來識(shí)別周圍的鄰居節(jié)發(fā)現(xiàn)階段：路由節(jié)點(diǎn)通過交互探測(cè)消息來識(shí)別周圍的鄰居節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹｜c(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?組織階段：距離相近的路由節(jié)點(diǎn)可以構(gòu)成簇，簇頭又可構(gòu)組織階段：距離相近的路由節(jié)點(diǎn)可以構(gòu)成簇，簇頭又可構(gòu)成高級(jí)簇，從

29、而形成級(jí)聯(lián)的分簇結(jié)構(gòu)。根據(jù)節(jié)點(diǎn)在級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)成高級(jí)簇，從而形成級(jí)聯(lián)的分簇結(jié)構(gòu)。根據(jù)節(jié)點(diǎn)在級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)中的位置為其分配一個(gè)唯一的地址并維護(hù)相應(yīng)的路由表。中的位置為其分配一個(gè)唯一的地址并維護(hù)相應(yīng)的路由表。 維護(hù)階段：節(jié)點(diǎn)通過主動(dòng)監(jiān)測(cè)或被動(dòng)監(jiān)測(cè)方式來維護(hù)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)階段：節(jié)點(diǎn)通過主動(dòng)監(jiān)測(cè)或被動(dòng)監(jiān)測(cè)方式來維護(hù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。主動(dòng)監(jiān)測(cè)能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并做出快速反應(yīng)，而被結(jié)構(gòu)。主動(dòng)監(jiān)測(cè)能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并做出快速反應(yīng)，而被動(dòng)監(jiān)測(cè)可以節(jié)省節(jié)點(diǎn)能量并減少控制開銷。在維護(hù)階段，節(jié)動(dòng)監(jiān)測(cè)可以節(jié)省節(jié)點(diǎn)能量并減少控制開銷。在維護(hù)階段，節(jié)點(diǎn)需要根據(jù)收到的信息不斷更新路由表，并與鄰居節(jié)點(diǎn)交換點(diǎn)需要根據(jù)收到的信息不斷更新路由表，并與鄰居節(jié)

30、點(diǎn)交換路由表和其它狀態(tài)信息。路由表和其它狀態(tài)信息。 重組織階段：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)分區(qū)或節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，節(jié)點(diǎn)可重組織階段：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)分區(qū)或節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，節(jié)點(diǎn)可以基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓侣酚杀恚⒖赡苄枰匦聠?dòng)上以基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓侣酚杀?，并可能需要重新啟?dòng)上述的發(fā)現(xiàn)階段和組織過程。述的發(fā)現(xiàn)階段和組織過程。 傳感節(jié)點(diǎn)獨(dú)立地檢測(cè)和收集數(shù)據(jù)并進(jìn)行本地化處理后將數(shù)傳感節(jié)點(diǎn)獨(dú)立地檢測(cè)和收集數(shù)據(jù)并進(jìn)行本地化處理后將數(shù)據(jù)發(fā)向中心節(jié)點(diǎn)，然后由中心節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚并做出最終據(jù)發(fā)向中心節(jié)點(diǎn)，然后由中心節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚并做出最終決定。分布式檢測(cè)和處理的目標(biāo)是最大化全局檢測(cè)概率和最小決定。分布式檢測(cè)和處理的目標(biāo)是最

31、大化全局檢測(cè)概率和最小化全局錯(cuò)誤概率。使用反饋機(jī)制可以在一定程度上提高網(wǎng)絡(luò)性化全局錯(cuò)誤概率。使用反饋機(jī)制可以在一定程度上提高網(wǎng)絡(luò)性能，但是會(huì)增加實(shí)現(xiàn)和計(jì)算的復(fù)雜性并消耗更多的能量。為了能，但是會(huì)增加實(shí)現(xiàn)和計(jì)算的復(fù)雜性并消耗更多的能量。為了節(jié)省帶寬，通常讓節(jié)點(diǎn)承擔(dān)更多的信號(hào)處理和計(jì)算任務(wù)。分簇節(jié)省帶寬，通常讓節(jié)點(diǎn)承擔(dān)更多的信號(hào)處理和計(jì)算任務(wù)。分簇網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中可以使用多頻率方式來配置節(jié)點(diǎn)并結(jié)合本地?cái)?shù)據(jù)匯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中可以使用多頻率方式來配置節(jié)點(diǎn)并結(jié)合本地?cái)?shù)據(jù)匯聚功能來提高網(wǎng)絡(luò)性能。聚功能來提高網(wǎng)絡(luò)性能。 如果節(jié)點(diǎn)具有情景意識(shí)能力，那么傳感網(wǎng)絡(luò)的整體功能可如果節(jié)點(diǎn)具有情景意識(shí)能力，那么傳感網(wǎng)絡(luò)的整體功能可

32、以得到顯著提高。情景意識(shí)能力指節(jié)點(diǎn)可以識(shí)別周圍的區(qū)域和以得到顯著提高。情景意識(shí)能力指節(jié)點(diǎn)可以識(shí)別周圍的區(qū)域和地形、鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和種類、傳輸安全級(jí)別等。地形、鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和種類、傳輸安全級(jí)別等。 在分簇?zé)o線傳感網(wǎng)絡(luò)中，可以選用區(qū)域路由協(xié)議（在分簇?zé)o線傳感網(wǎng)絡(luò)中，可以選用區(qū)域路由協(xié)議（ZRP），），因?yàn)橐驗(yàn)閆RP所需的通信開銷和存儲(chǔ)空間較少。在所需的通信開銷和存儲(chǔ)空間較少。在ZRP中，網(wǎng)絡(luò)按中，網(wǎng)絡(luò)按照規(guī)定的跳數(shù)被劃分成可重疊的路由區(qū)域，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只需維護(hù)照規(guī)定的跳數(shù)被劃分成可重疊的路由區(qū)域，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只需維護(hù)其路由區(qū)域內(nèi)的路由信息，狀態(tài)更新只在本區(qū)內(nèi)進(jìn)行。其路由區(qū)域內(nèi)的路由信息，狀態(tài)更新只在本區(qū)

33、內(nèi)進(jìn)行。ZRP可可以減少路由開銷和維護(hù)成本，并且具有一定的自適應(yīng)和較好的以減少路由開銷和維護(hù)成本，并且具有一定的自適應(yīng)和較好的可擴(kuò)展性。路由查找首先在本區(qū)內(nèi)進(jìn)行，然后向邊緣節(jié)點(diǎn)廣播，可擴(kuò)展性。路由查找首先在本區(qū)內(nèi)進(jìn)行，然后向邊緣節(jié)點(diǎn)廣播，直到找到包含目的節(jié)點(diǎn)的區(qū)域。直到找到包含目的節(jié)點(diǎn)的區(qū)域。 在高速運(yùn)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，在高速運(yùn)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，ZRP降級(jí)為洪泛協(xié)議，區(qū)域半降級(jí)為洪泛協(xié)議，區(qū)域半徑為徑為1；而對(duì)于靜止網(wǎng)絡(luò)而言，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以看成一個(gè)路由區(qū)；而對(duì)于靜止網(wǎng)絡(luò)而言，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以看成一個(gè)路由區(qū)域。因此域。因此ZRP可以看成是純粹的反應(yīng)式路由協(xié)議和先驗(yàn)式路由可以看成是純粹的反應(yīng)式路由協(xié)議和先驗(yàn)

34、式路由協(xié)議的合理折衷，并可以通過在路由消息中加入能量指標(biāo)使協(xié)議的合理折衷，并可以通過在路由消息中加入能量指標(biāo)使ZRP具有能量意識(shí)來減少總功耗。具有能量意識(shí)來減少總功耗。 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在大量數(shù)據(jù)需要處理時(shí)，為了減少節(jié)點(diǎn)的處理負(fù)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在大量數(shù)據(jù)需要處理時(shí)，為了減少節(jié)點(diǎn)的處理負(fù)擔(dān)，可以將部分處理任務(wù)交由上層骨干節(jié)點(diǎn)處理。但是轉(zhuǎn)移數(shù)擔(dān)，可以將部分處理任務(wù)交由上層骨干節(jié)點(diǎn)處理。但是轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)又會(huì)引入通信和傳輸開銷，耗費(fèi)帶寬和能量。因此，在節(jié)點(diǎn)據(jù)又會(huì)引入通信和傳輸開銷，耗費(fèi)帶寬和能量。因此，在節(jié)點(diǎn)間分配處理任務(wù)時(shí)需要考慮其它網(wǎng)絡(luò)開銷。節(jié)點(diǎn)收集的信息應(yīng)間分配處理任務(wù)時(shí)需要考慮其它網(wǎng)絡(luò)開銷。節(jié)點(diǎn)收集的信息應(yīng)在

35、本地進(jìn)行預(yù)處理，以此減少節(jié)點(diǎn)間傳遞的信息。另外，由于在本地進(jìn)行預(yù)處理，以此減少節(jié)點(diǎn)間傳遞的信息。另外，由于節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)空間有限，因此路由算法還應(yīng)高效使用存儲(chǔ)資源。節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)空間有限，因此路由算法還應(yīng)高效使用存儲(chǔ)資源。該網(wǎng)絡(luò)存在一個(gè)需要優(yōu)化的三維空間：計(jì)算能力、存儲(chǔ)空間該網(wǎng)絡(luò)存在一個(gè)需要優(yōu)化的三維空間：計(jì)算能力、存儲(chǔ)空間和傳輸耗費(fèi)。面臨的挑戰(zhàn)是在給定設(shè)備的傳輸功率和處理能力和傳輸耗費(fèi)。面臨的挑戰(zhàn)是在給定設(shè)備的傳輸功率和處理能力的情況下如何決定三維空間的最佳界限。并且我們注意到，設(shè)的情況下如何決定三維空間的最佳界限。并且我們注意到，設(shè)備的尺寸和重量與以上三個(gè)方面存在矛盾：設(shè)備尺寸越小、重備的尺寸和重

36、量與以上三個(gè)方面存在矛盾：設(shè)備尺寸越小、重量越輕，其處理、存儲(chǔ)和傳輸能力相對(duì)較低。量越輕，其處理、存儲(chǔ)和傳輸能力相對(duì)較低。 物理層負(fù)責(zé)頻率選擇、載波產(chǎn)生和監(jiān)聽、信號(hào)檢測(cè)、調(diào)制物理層負(fù)責(zé)頻率選擇、載波產(chǎn)生和監(jiān)聽、信號(hào)檢測(cè)、調(diào)制和數(shù)據(jù)加密等。當(dāng)節(jié)點(diǎn)密度較高時(shí)，多跳通信模式能夠有和數(shù)據(jù)加密等。當(dāng)節(jié)點(diǎn)密度較高時(shí)，多跳通信模式能夠有效減少信號(hào)遮蔽和路徑丟失的影響。與此相似，盡管信號(hào)效減少信號(hào)遮蔽和路徑丟失的影響。與此相似，盡管信號(hào)衰落影響了數(shù)據(jù)的可靠投遞，但是可以提高空間和頻率重衰落影響了數(shù)據(jù)的可靠投遞，但是可以提高空間和頻率重用。此外，超寬帶（用。此外，超寬帶（UWB）和脈沖無線電（和脈沖無線電（IR

37、）技術(shù)目技術(shù)目前日益得到關(guān)注，前日益得到關(guān)注，UWB采用了基帶傳輸而不需要中間媒采用了基帶傳輸而不需要中間媒介或載頻，能夠很好地適應(yīng)多路徑路由，具有較低的傳輸介或載頻，能夠很好地適應(yīng)多路徑路由，具有較低的傳輸功率，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。功率，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。 發(fā)展簡(jiǎn)單和低功率的調(diào)制技術(shù)；克發(fā)展簡(jiǎn)單和低功率的調(diào)制技術(shù)；克服信號(hào)傳播損失的影響；低功耗、低成本的硬件設(shè)計(jì)。服信號(hào)傳播損失的影響；低功耗、低成本的硬件設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)鏈路層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流的復(fù)用、數(shù)據(jù)幀的檢測(cè)、信道接數(shù)據(jù)鏈路層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流的復(fù)用、數(shù)據(jù)幀的檢測(cè)、信道接入和差錯(cuò)控制等。入和差錯(cuò)控制等。 無線傳感網(wǎng)絡(luò)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議具有兩個(gè)目標(biāo)：一是輔助生成

38、網(wǎng)協(xié)議具有兩個(gè)目標(biāo)：一是輔助生成網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施；二是在傳感節(jié)點(diǎn)間公平和高效地共享網(wǎng)絡(luò)資源。絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施；二是在傳感節(jié)點(diǎn)間公平和高效地共享網(wǎng)絡(luò)資源。蜂窩網(wǎng)絡(luò)中蜂窩網(wǎng)絡(luò)中MAC協(xié)議的主要目標(biāo)是提供協(xié)議的主要目標(biāo)是提供QoS支持和提高帶寬效支持和提高帶寬效率，而功率最小化并不重要，因?yàn)橛谢局С?，移?dòng)節(jié)點(diǎn)可以率，而功率最小化并不重要，因?yàn)橛谢局С?，移?dòng)節(jié)點(diǎn)可以更換電池。傳統(tǒng)更換電池。傳統(tǒng)Ad Hoc中節(jié)點(diǎn)的傳輸范圍相對(duì)較大，電池大部中節(jié)點(diǎn)的傳輸范圍相對(duì)較大，電池大部分情況下也可以更換。而傳感網(wǎng)絡(luò)擁有大量節(jié)點(diǎn)，傳輸功率很分情況下也可以更換。而傳感網(wǎng)絡(luò)擁有大量節(jié)點(diǎn)，傳輸功率很低，節(jié)點(diǎn)通常配置在危險(xiǎn)和偏遠(yuǎn)地

39、區(qū)并需長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)，更容易低，節(jié)點(diǎn)通常配置在危險(xiǎn)和偏遠(yuǎn)地區(qū)并需長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)，更容易出現(xiàn)故障，因此需要高度重視節(jié)能機(jī)制。出現(xiàn)故障，因此需要高度重視節(jié)能機(jī)制。 差錯(cuò)控制可以采用差錯(cuò)控制可以采用ARQ和和FEC機(jī)制，但是機(jī)制，但是ARQ的數(shù)的數(shù)據(jù)重傳會(huì)消耗能量和帶寬并會(huì)增加時(shí)延，而據(jù)重傳會(huì)消耗能量和帶寬并會(huì)增加時(shí)延，而FEC需要需要較復(fù)雜的編解碼機(jī)制以及額外的處理功率較復(fù)雜的編解碼機(jī)制以及額外的處理功率。 現(xiàn)存的現(xiàn)存的MAC協(xié)議通常只適用于移動(dòng)協(xié)議通常只適用于移動(dòng)性較弱的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，此外還需研究退避機(jī)制和重傳策略、性較弱的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，此外還需研究退避機(jī)制和重傳策略、效率較高的差錯(cuò)控制機(jī)制以及具有功率意識(shí)的切

40、換模式。效率較高的差錯(cuò)控制機(jī)制以及具有功率意識(shí)的切換模式。 當(dāng)采用模式切換（工作當(dāng)采用模式切換（工作 休眠）來休眠）來節(jié)省功耗時(shí)應(yīng)考節(jié)省功耗時(shí)應(yīng)考慮模式切換引入的功率和時(shí)延開銷，并應(yīng)采用合適的功慮模式切換引入的功率和時(shí)延開銷，并應(yīng)采用合適的功率控制機(jī)制。率控制機(jī)制。 網(wǎng)絡(luò)層通常按照以下原則設(shè)計(jì)：較高的功率效率、面向網(wǎng)絡(luò)層通常按照以下原則設(shè)計(jì)：較高的功率效率、面向數(shù)據(jù)傳輸和處理、在不影響節(jié)點(diǎn)協(xié)作的情況下進(jìn)行數(shù)據(jù)聚數(shù)據(jù)傳輸和處理、在不影響節(jié)點(diǎn)協(xié)作的情況下進(jìn)行數(shù)據(jù)聚集；獨(dú)特的尋址和位置定位能力。集；獨(dú)特的尋址和位置定位能力。 可以可以基于節(jié)點(diǎn)可用能量和每跳鏈路傳輸數(shù)據(jù)所需的能量基于節(jié)點(diǎn)可用能量和每跳

41、鏈路傳輸數(shù)據(jù)所需的能量來尋找能量高效路由；或者基于最大的節(jié)點(diǎn)可用能量總和來尋找能量高效路由；或者基于最大的節(jié)點(diǎn)可用能量總和來選擇路由；或者選擇鏈路消耗的總能量最小的路由（最來選擇路由；或者選擇鏈路消耗的總能量最小的路由（最小能量路由）；或者基于最小跳路由；或者選擇最大的最小能量路由）；或者基于最小跳路由；或者選擇最大的最小節(jié)點(diǎn)能量路由，即被選路由上的最小能量節(jié)點(diǎn)的能量比小節(jié)點(diǎn)能量路由，即被選路由上的最小能量節(jié)點(diǎn)的能量比其它路由的最小能量節(jié)點(diǎn)的能量大。其它路由的最小能量節(jié)點(diǎn)的能量大。需要注意的是當(dāng)每跳鏈需要注意的是當(dāng)每跳鏈路消耗的能量相同時(shí)，最小跳路由等價(jià)于最小能量路由。路消耗的能量相同時(shí)，最小

42、跳路由等價(jià)于最小能量路由。數(shù)據(jù)聚集用來解決路由協(xié)議面臨的數(shù)據(jù)爆炸和數(shù)據(jù)交疊問題。數(shù)據(jù)聚集用來解決路由協(xié)議面臨的數(shù)據(jù)爆炸和數(shù)據(jù)交疊問題。使用這種技術(shù)時(shí)通常將傳感網(wǎng)絡(luò)看成面向接收節(jié)點(diǎn)的反向多播使用這種技術(shù)時(shí)通常將傳感網(wǎng)絡(luò)看成面向接收節(jié)點(diǎn)的反向多播樹，具有相同屬性的數(shù)據(jù)可以在同一個(gè)路由節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行匯聚，樹，具有相同屬性的數(shù)據(jù)可以在同一個(gè)路由節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行匯聚，從而減少傳遞的數(shù)據(jù)量。但是在聚集數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)來自不同源節(jié)點(diǎn)從而減少傳遞的數(shù)據(jù)量。但是在聚集數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)來自不同源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)的某些細(xì)節(jié)可能要保留，如節(jié)點(diǎn)的位置信息。的數(shù)據(jù)的某些細(xì)節(jié)可能要保留，如節(jié)點(diǎn)的位置信息。 面向數(shù)據(jù)的路由可以采用基于屬性的命名機(jī)制，因?yàn)橛?/p>

43、戶更面向數(shù)據(jù)的路由可以采用基于屬性的命名機(jī)制，因?yàn)橛脩舾敢獠樵儸F(xiàn)象的屬性而不是單獨(dú)的傳感節(jié)點(diǎn)。例如查詢?cè)敢獠樵儸F(xiàn)象的屬性而不是單獨(dú)的傳感節(jié)點(diǎn)。例如查詢“ “溫度高溫度高于于70度的區(qū)域度的區(qū)域” ”比查詢比查詢“ “某個(gè)節(jié)點(diǎn)感知的溫度是多少？某個(gè)節(jié)點(diǎn)感知的溫度是多少？” ”更有實(shí)際更有實(shí)際意義。基于屬性的命名使得廣播和多播機(jī)制變得非常重要。意義?；趯傩缘拿沟脧V播和多播機(jī)制變得非常重要。 網(wǎng)絡(luò)層需要提供與外部其他網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)功能網(wǎng)絡(luò)層需要提供與外部其他網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)功能。此外，網(wǎng)絡(luò)層此外，網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)適應(yīng)高度變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并具有較好的可擴(kuò)展性。應(yīng)適應(yīng)高度變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并具有較好的可擴(kuò)展性。 當(dāng)需要

44、保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸或與其他協(xié)議棧較好地兼容時(shí)，當(dāng)需要保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸或與其他協(xié)議棧較好地兼容時(shí)，傳輸層非常重要，特別是當(dāng)系統(tǒng)需要接入傳輸層非常重要，特別是當(dāng)系統(tǒng)需要接入Internet時(shí)，需要使時(shí)，需要使用用TCP/IP協(xié)議協(xié)議。但是現(xiàn)存的傳輸層協(xié)議不能很好地適應(yīng)傳感網(wǎng)但是現(xiàn)存的傳輸層協(xié)議不能很好地適應(yīng)傳感網(wǎng)絡(luò)，并且目前的相關(guān)研究較少。絡(luò)，并且目前的相關(guān)研究較少。 TCP分割機(jī)制可用于和其它網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)使用分割機(jī)制可用于和其它網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)使用TCP協(xié)協(xié)議與議與Internet連接，在傳感網(wǎng)絡(luò)內(nèi)使用特殊的傳輸層協(xié)議連接，在傳感網(wǎng)絡(luò)內(nèi)使用特殊的傳輸層協(xié)議。與與TCP不同，傳感網(wǎng)絡(luò)中的

45、端到端通信機(jī)制通常不基于全局尋址不同，傳感網(wǎng)絡(luò)中的端到端通信機(jī)制通常不基于全局尋址結(jié)構(gòu)，而是采用基于屬性的命名機(jī)制來表示數(shù)據(jù)分組的目的。結(jié)構(gòu)，而是采用基于屬性的命名機(jī)制來表示數(shù)據(jù)分組的目的?？紤]到有限的內(nèi)存，數(shù)據(jù)確認(rèn)機(jī)制的代價(jià)過高，傳感節(jié)點(diǎn)考慮到有限的內(nèi)存，數(shù)據(jù)確認(rèn)機(jī)制的代價(jià)過高，傳感節(jié)點(diǎn)和中心節(jié)點(diǎn)間的通信有時(shí)傾向使用和中心節(jié)點(diǎn)間的通信有時(shí)傾向使用UDP。今后需要設(shè)計(jì)考慮今后需要設(shè)計(jì)考慮傳感網(wǎng)絡(luò)特征（面向數(shù)據(jù)的路由、功耗和可擴(kuò)展性）的新的傳感網(wǎng)絡(luò)特征（面向數(shù)據(jù)的路由、功耗和可擴(kuò)展性）的新的傳輸層協(xié)議。傳輸層協(xié)議。目前已經(jīng)提出了一些與應(yīng)用層相關(guān)的機(jī)制和協(xié)議。目前已經(jīng)提出了一些與應(yīng)用層相關(guān)的機(jī)制和

46、協(xié)議。 傳感網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（傳感網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SMP）：）：傳感網(wǎng)絡(luò)具有多種不同的應(yīng)用傳感網(wǎng)絡(luò)具有多種不同的應(yīng)用領(lǐng)域，因此采用工作在應(yīng)用層的領(lǐng)域，因此采用工作在應(yīng)用層的SMP具有很多優(yōu)點(diǎn)，它可以使具有很多優(yōu)點(diǎn)，它可以使低層的硬件和軟件對(duì)傳感網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)用透明。管理員使用低層的硬件和軟件對(duì)傳感網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)用透明。管理員使用SMP與傳感網(wǎng)絡(luò)交互，由于傳感節(jié)點(diǎn)沒有全局標(biāo)識(shí)符以及沒有基礎(chǔ)與傳感網(wǎng)絡(luò)交互，由于傳感節(jié)點(diǎn)沒有全局標(biāo)識(shí)符以及沒有基礎(chǔ)設(shè)施支持，因此設(shè)施支持，因此SMP需要采用基于屬性的命名和基于位置的尋需要采用基于屬性的命名和基于位置的尋址機(jī)制來訪問節(jié)點(diǎn)。址機(jī)制來訪問節(jié)點(diǎn)。SMP執(zhí)行的管理任務(wù)如下：通知傳感節(jié)點(diǎn)執(zhí)行的管理任務(wù)如下：通知傳感節(jié)點(diǎn)關(guān)于數(shù)據(jù)聚集、基于屬性命名和分簇的規(guī)則；交換與位置發(fā)現(xiàn)關(guān)于