第一篇：礦井無線傳感網(wǎng)絡(luò)基于LEACH路由協(xié)議的改進(jìn)方案
礦井無線傳感網(wǎng)絡(luò)基于LEACH路由協(xié)議的改進(jìn)方案
摘要：
針對(duì)我國(guó)煤礦井下特殊的環(huán)境，基于LEACH路由協(xié)議提出新的高效，能量均衡的分簇 路由協(xié)議。簇首節(jié)點(diǎn)選取將以鄰居節(jié)點(diǎn)的平均剩余能量與節(jié)點(diǎn)本身的剩余能量的比值，與鄰 居節(jié)點(diǎn)的距離作為節(jié)點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)簇頭的參數(shù)，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)均加入距離自己最近的簇頭節(jié)點(diǎn)；經(jīng)數(shù)據(jù) 融合后的簇首節(jié)點(diǎn)之間通過多跳方式通信，最終將融合后的信息通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，由有線網(wǎng)絡(luò) 發(fā)送到地面的監(jiān)控系統(tǒng)。利用NS2進(jìn)行仿真，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，改進(jìn)后的協(xié)議能夠均衡網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能耗，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命時(shí)間，適應(yīng)煤礦井下特殊環(huán)境。1 前言
目前，我國(guó)煤礦采用的檢測(cè)系統(tǒng)都以工業(yè)總線作為基礎(chǔ)，井下檢測(cè)系統(tǒng)與地面信息中心一般通過電纜或者光纖連接，構(gòu)成有線的檢測(cè)系統(tǒng)。但有線系統(tǒng)對(duì)線路依賴性強(qiáng)，受布線局 限，且需要專業(yè)人員維護(hù)，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，會(huì)使局部區(qū)域失去監(jiān)測(cè)能力。因此，有線通 信其擴(kuò)展性，網(wǎng)絡(luò)覆蓋率，靈活性存在不足，成本較高。但無線傳感網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)給煤礦監(jiān)控帶來前所未有的希望，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有放置靈活、擴(kuò)展簡(jiǎn)便、移動(dòng)性強(qiáng)、具有自組織性等特點(diǎn)，因此建立基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的煤礦無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)有線監(jiān)控系統(tǒng)起到強(qiáng)大的補(bǔ)充功能，無線與有線的結(jié)合，將極大的提高全煤礦的安全監(jiān)控水平。
但是，通常傳感器節(jié)點(diǎn)的通信距離有限，在10~100 m范圍內(nèi),節(jié)點(diǎn)只能與其射頻覆蓋范圍內(nèi)的鄰居直接通信，因此限制了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在大規(guī)模范圍的應(yīng)用。現(xiàn)有的路由協(xié)議具有良好的自組織性，在一定程度上提高了網(wǎng)絡(luò)的自組織性能，延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)壽命，但大多數(shù)適合小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)的能耗分布不均衡，不適用于工作面有限異質(zhì)可變空間，并且工作面的不斷向前推進(jìn)，信息流量不均衡，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的自組織性也提出了更高的要求。2 LEACH路由協(xié)議
路由協(xié)議按網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為2類：平面路由協(xié)議和分簇路由協(xié)議。在平面路由協(xié)議中，各節(jié)點(diǎn)地位平等，通過局部操作和反饋信息來生成路由。平面路由缺乏對(duì)通信資源的優(yōu)化管理，對(duì)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)變化的反應(yīng)速度較慢。在分簇路由協(xié)議中，通常對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行層次劃分，若干地理位置相鄰的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)簇，每個(gè)簇內(nèi)選舉一個(gè)簇首。簇首節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)簇內(nèi)信息的收集、融合及簇間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。
分簇路由便于管理，能對(duì)系統(tǒng)變化做出快速反應(yīng)，為網(wǎng)絡(luò)提供高質(zhì)量的通信服務(wù)。
典型的分簇路由協(xié)議LEACH(low energy adaptive clustering hierarchy)協(xié)議是Heinzelman 等人2002年提出的基于分簇的層次性路由協(xié)議，它采用分簇的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，各節(jié)點(diǎn)獨(dú)立地按照一定概率決定自己是否做簇首，周期性地進(jìn)行簇首選舉和網(wǎng)絡(luò)重組，避免簇首節(jié)點(diǎn)能耗過 多，影響網(wǎng)絡(luò)壽命。相比一般的平面協(xié)議或靜態(tài)分簇協(xié)議，LEACH可以減少網(wǎng)絡(luò)能量損耗，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期。在此基礎(chǔ)上，很多人基于不同應(yīng)用提出了改進(jìn)方案，如Stephanie Lindsey等人提出的PEGASIS（power-efficient gathering in sensor information systems）協(xié)議，就是對(duì)LEACH協(xié)議的改進(jìn)，其基本思想是使節(jié)點(diǎn)僅和它們最近的鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，增加網(wǎng)絡(luò)生命時(shí)間。
研究發(fā)現(xiàn)，這些分簇路由協(xié)議具有很好的自組織特性，一定程度上提高了網(wǎng)絡(luò)性能，延 長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)壽命。但在工作面上無線傳感網(wǎng)絡(luò)是由信息采集端向外單向傳輸，組成的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是一種帶狀分布、信息流量不均衡的網(wǎng)絡(luò)，會(huì)造成節(jié)點(diǎn)的功耗分布不均，接近出口的匯聚節(jié) 點(diǎn)數(shù)據(jù)流量大，負(fù)載重，壽命短等現(xiàn)象。另外，隨工作面的不斷向前推進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將隨之變化?，F(xiàn)有的路由協(xié)議無法滿足礦井下這種特殊環(huán)境。因此在LEACH路由協(xié)議的基礎(chǔ)上，本文提出了一種能量平衡的大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能和均衡能耗相結(jié)合。3 網(wǎng)絡(luò)模型
3.1 假設(shè)
為增加模擬工作面的真實(shí)性，我們將仿真場(chǎng)景大小設(shè)置為長(zhǎng)帶狀區(qū)域，N個(gè)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)的布置在該區(qū)域。節(jié)點(diǎn)需滿足以下條件： 所有的節(jié)點(diǎn)具有相同的且與無線電信號(hào)在各個(gè)方向上能耗相同，各節(jié)點(diǎn)的初始能量相等且能量有限，能感知自己的剩余能量，且具有功率控制能力可以改變發(fā)射功率，從而控制發(fā)送的距離，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有足夠的計(jì)算能力支持不同的MAC協(xié)議和數(shù)據(jù)處理。2 所有節(jié)點(diǎn)的通信距離不超過節(jié)點(diǎn)的有效通信距離 sink節(jié)點(diǎn)是固定放置在巷道的末端，且有持續(xù)的電源供給 4 相鄰節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)具有較高的相關(guān)性，可進(jìn)行數(shù)據(jù)融合 5 所有節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步 3.2具體的能量公式
該模型考慮了發(fā)射電路的發(fā)射能量、接收電路接收能量, 且能量損耗與傳輸距離有關(guān)。發(fā)射機(jī)發(fā)射m比特消息消耗的能量為：
2??mEelec?mEfsd,d?d0ETx(m,d)??
（1）4??mEelec?mEmpd,d?d0接收機(jī)接收m比特消息消耗的能量為：
ERx(m)?mEelec
(2)ETx(m,d)為發(fā)射m比特?cái)?shù)據(jù)所消耗的能量，ERx(m)為收到m比特?cái)?shù)據(jù)所消耗的能量，d為傳輸距離，Eelec為每發(fā)送或接收1比特?cái)?shù)據(jù)傳輸所消耗的能量，Efs為自由空間常數(shù)，Emp為多路徑衰落傳輸常數(shù)，Efs和Emp與所采用的輸信道模型有關(guān)。d0為傳輸距離的門限值d0?Efs，當(dāng)傳輸距離大于d0時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)南南喈?dāng)大。Emp4分簇路由協(xié)議改進(jìn)方案 4.1 簇形成過程
在LEACH協(xié)議中，簇首的產(chǎn)生具有很大的隨機(jī)性，不能均衡能耗。礦井工作面的特殊 地形，各個(gè)簇都是相鄰的，LEACH協(xié)議沒有考慮節(jié)點(diǎn)的剩余能量，地理位置等因素。因此，我們根據(jù)工作面的特殊環(huán)境，設(shè)計(jì)改進(jìn)的LEACH協(xié)議LEACH—IM 協(xié)議。在LEACH的基礎(chǔ)上，簇頭節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)為N，我們假設(shè)理想的成簇概率為P，最終成簇的數(shù)目為K=NP。簇 首節(jié)點(diǎn)選取將以鄰居節(jié)點(diǎn)的平均剩余能量與節(jié)點(diǎn)本身的剩余能量的比值，擔(dān)任簇首節(jié)點(diǎn)的總個(gè)數(shù)及鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)作為節(jié)點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)簇頭的參數(shù)。將能量的比值轉(zhuǎn)化成時(shí)延，比值越小，時(shí)延越小，反之時(shí)延越大。網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點(diǎn)在成為簇頭之前，均等待一個(gè)時(shí)延，時(shí)延先到達(dá)的節(jié)點(diǎn)優(yōu)先成為簇首節(jié)點(diǎn)。
在描述算法之前，先規(guī)定每個(gè)節(jié)點(diǎn)保存各自信息（節(jié)點(diǎn)ID，初始能量，節(jié)點(diǎn)剩余能量）及鄰居節(jié)點(diǎn)信息（節(jié)點(diǎn)ID，剩余能量）。每輪分簇開始時(shí)，規(guī)定獲取鄰居節(jié)點(diǎn)信息時(shí)段為 TD。每個(gè)節(jié)點(diǎn)將以通信半徑r,廣播自身信息（節(jié)點(diǎn)ID,節(jié)點(diǎn)剩余能量Er）然后接收鄰居節(jié)點(diǎn)信息，并更新本節(jié)點(diǎn)信息中鄰居節(jié)點(diǎn)的平均剩余能量Ea和鄰居節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)d。任取某節(jié)點(diǎn)Vi，鄰居節(jié)點(diǎn)Vj，則Vi節(jié)點(diǎn)的平均剩余能量為：
1dEa??Er
dj?1當(dāng)Vi節(jié)點(diǎn)的剩余能量Er>Ea時(shí)：
(3)t1?Ea1??TD??
Erd?(4)當(dāng)Vi節(jié)點(diǎn)的剩余能量Er?Ea時(shí)：
t2?TDET?(1?r)?D??
2E
2(5)在上式中的E是節(jié)點(diǎn)的初始能量，ρ是一個(gè)均勻分布在[0.9,1]之間的一個(gè)隨機(jī)實(shí)數(shù)，其作用是減小兩個(gè)節(jié)點(diǎn)可能取相同t值的概率。
在LEACH協(xié)議中簇首的選擇還考慮到該節(jié)點(diǎn)在過去的操作中擔(dān)當(dāng)簇首節(jié)點(diǎn)的次數(shù)，在LEACH—IM協(xié)議中，我們將節(jié)點(diǎn)擔(dān)當(dāng)簇首節(jié)點(diǎn)的總時(shí)間作為衡量參數(shù)。我們將采用基于加權(quán)的分簇算法。
節(jié)點(diǎn)i的權(quán)值計(jì)算公式表示為：
Wi?wt1?w2T(to)
(6)其中，w1、w2是加權(quán)因子且滿足w1?w2?1。t表示由上式鄰居節(jié)點(diǎn)的平均剩余能量與節(jié)點(diǎn)本身的剩余能量的比值轉(zhuǎn)化成的時(shí)延；T(to)表示該節(jié)點(diǎn)從網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行開始當(dāng)過簇首的總時(shí)間。若節(jié)點(diǎn)的剩余能量較多，擔(dān)任簇首節(jié)點(diǎn)的時(shí)間較短，則時(shí)延先到達(dá)的節(jié)點(diǎn)將優(yōu)先成為簇頭節(jié)點(diǎn)。
簇首確定后，其他節(jié)點(diǎn)從睡眠中醒來，接收簇首節(jié)點(diǎn)廣播的信息，依據(jù)距離遠(yuǎn)近選擇要加入的簇，并向簇首發(fā)送個(gè)人信息。簇首在接到節(jié)點(diǎn)加入信息后，將根據(jù)加入節(jié)點(diǎn)的數(shù)目，為簇內(nèi)每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)通信時(shí)隙，告知節(jié)點(diǎn)何時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù),至此就形成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。簇形成之后就不再改變，當(dāng)簇首節(jié)點(diǎn)低于預(yù)設(shè)的門限值后，將在簇內(nèi)重新選擇簇首節(jié)點(diǎn)，選擇依據(jù)依然參照公式（6）。4.2 數(shù)據(jù)傳輸
形成簇之后，簇首節(jié)點(diǎn)將對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要處理和融合，隨后進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸階段。數(shù)據(jù)傳輸包括簇內(nèi)傳輸和簇間傳輸。簇內(nèi)傳輸采用TDMA模式，可有效的防止信道沖突，節(jié)約能量；而簇間傳輸，傳輸數(shù)據(jù)量大，能耗大，考慮到工作面的特殊環(huán)境和采集檢測(cè)數(shù)據(jù)的冗余性，我們采用最小生成樹算法的多跳路由，實(shí)現(xiàn)簇頭節(jié)點(diǎn)與sink節(jié)點(diǎn)的通信。5仿真結(jié)果
為了比較LEACH及其改進(jìn)協(xié)議LEACH-IM的性能，將這兩個(gè)算法在NS2中仿真。假 設(shè)仿真環(huán)境為400m * 10m,節(jié)點(diǎn)總數(shù)N=200個(gè)，節(jié)點(diǎn)的初始能量為2J,sink節(jié)點(diǎn)位于原點(diǎn)（0,0），理想的成簇概率為P=8%，能量模型參數(shù)參照文獻(xiàn)[y]：Eelec?50nJ/bit，Efs?10nJ/bit/m2，Emp?0.013nJ/bit/m2，代入公式可以得到有效通信距離
d0?87.7m，但參照文獻(xiàn)[y]，依照具體的應(yīng)用環(huán)境，有效通信距離為d0?50m。最優(yōu)簇首節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)K?p*N?16。簇內(nèi)簇間數(shù)據(jù)融合率設(shè)置為0.7。
0.80.70.60.50.40.30.20.10——LEACH+-+-LEACH-IM節(jié)點(diǎn)死亡概率050010001500工作周期輪數(shù)200025003000
圖1
圖1顯示了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)死亡率隨工作周期數(shù)的變化情況。從圖中結(jié)果可以看出，LEACH-IM在延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間方面性能突出。此外,從第一個(gè)節(jié)點(diǎn)開始死亡的時(shí)間點(diǎn)來看, LEACH-IM也具有明顯的優(yōu)勢(shì)。結(jié)果還表明，LEACH-IM死亡速率變化相當(dāng)緩慢。表明CEUC使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能耗分布趨于平均,使各節(jié)點(diǎn)的能量幾乎同時(shí)耗盡,避免了某些節(jié)點(diǎn)被過度使用。
——LEACH+-+-LEACH-IM21.5節(jié)點(diǎn)平均能耗10.50050010001500工作周期輪數(shù)200025003000
圖2 圖2在能耗指標(biāo)上對(duì)LEACH和LEACH-IM進(jìn)行了比較。可以看到，LEAC-IM方法
使得簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)能耗均衡，每輪的能耗都比LEACH協(xié)議少很多；而LEACH簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)能耗與簇首位置分布及數(shù)目相關(guān)，當(dāng)簇首分布均勻時(shí)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)能耗均衡，反之不均衡，因此每輪的性能十分不穩(wěn)定。新的算法比LEACH有了顯著改進(jìn)。4結(jié)束語
本文通過對(duì)LEACH協(xié)議的分析，并針對(duì)礦井下的實(shí)際環(huán)境對(duì)協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)。仿真結(jié)果顯示,改進(jìn)后的協(xié)議能更好地平衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、節(jié)約能量消耗且具有更高的能量使用效率,實(shí)現(xiàn)了多方面的優(yōu)化。參考文獻(xiàn)
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第二篇：無線傳感網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)心得
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)心得
初次接觸這個(gè)課程時(shí)，我無意地在課本中看到了對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本概述：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種全新的信息獲取平臺(tái)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)各種檢測(cè)對(duì)象的信息，并將這些信息發(fā)送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的指定范圍內(nèi)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤。這讓我聯(lián)想到物聯(lián)網(wǎng)體系的感知層與網(wǎng)絡(luò)層，乍一想，這不就是物聯(lián)網(wǎng)感知層與網(wǎng)絡(luò)層的整體解決方案么？美國(guó)《商業(yè)周刊》與MIT技術(shù)評(píng)論分別將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為改變世界的10大技術(shù)之一。作為一名物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的大學(xué)生，了解于此，內(nèi)心燃起了一團(tuán)火焰，因?yàn)橛X得這個(gè)將成為我們將以時(shí)代推動(dòng)者的身份參與到人類21世紀(jì)的建設(shè)中。
學(xué)習(xí)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)這個(gè)課程，分3個(gè)階段，第一個(gè)階段是分別講解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)里面的各個(gè)組成部分，包括物理層，信道接入技術(shù)，路由協(xié)議，拓?fù)浼夹g(shù)，網(wǎng)絡(luò)定位與時(shí)間同步技術(shù)等等。第二個(gè)階段是整合零碎的知識(shí)，總結(jié)出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作原理。第三階段是利用現(xiàn)有知識(shí)理解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的應(yīng)用并且能夠根據(jù)現(xiàn)實(shí)需求設(shè)計(jì)出符合要求的一個(gè)整體的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
第一階段知識(shí)總結(jié)，（1）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)物理層是數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畹讓樱枰紤]編碼調(diào)制技術(shù)，通信速率，通信頻段等問題。信道接入技術(shù)中有IEEE 802.11MAC協(xié)議，S-MAC協(xié)議，Sift協(xié)議，TDMA技術(shù)，DMAC技術(shù)，CDMA技術(shù)。在物理層和信道接入技術(shù)主要有2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)是IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)是ZigBee標(biāo)準(zhǔn)，它們各有優(yōu)劣，可根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況采用不同標(biāo)準(zhǔn)。（2）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的作用是尋找一條或或多條滿足一定條件的，從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的路徑，將數(shù)據(jù)分組沿著所尋找的路徑進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。路由協(xié)議中有Flooding協(xié)議，Gossiping協(xié)議，SPIN協(xié)議，DD協(xié)議，Rumor協(xié)議，SAR協(xié)議，LEACH協(xié)議，PEGASIS協(xié)議等協(xié)議。（3）動(dòng)態(tài)變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最大特點(diǎn)之一，拓?fù)淇刂撇呗詾槁酚蓞f(xié)議、MAC協(xié)議、數(shù)據(jù)融合、時(shí)間同步和目標(biāo)定位等多方面都奠定了基礎(chǔ)。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，拓?fù)淇刂茖⒂绊懻麄€(gè)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間，減小節(jié)點(diǎn)間通信干擾，提高網(wǎng)絡(luò)通信效率，為路由協(xié)議與時(shí)間同步提供基礎(chǔ)，影響數(shù)據(jù)融合與彌補(bǔ)節(jié)點(diǎn)失效的影響。（4）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要有兩種基本感知模型，而這又跟覆蓋問題直接相關(guān)。根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)不同的應(yīng)用，覆蓋需求通常不同。根據(jù)覆蓋目標(biāo)不同，目前覆蓋算法可以分為面覆蓋，點(diǎn)覆蓋及柵欄覆蓋。（5）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位是指自組織的網(wǎng)絡(luò)通過特定方法提供節(jié)點(diǎn)位置信息。這種自組織網(wǎng)絡(luò)定位分為節(jié)點(diǎn)自身定位和目標(biāo)定位。節(jié)點(diǎn)自身定位是確定網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)位置的過程。目標(biāo)定位是確定網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)目標(biāo)的坐標(biāo)位置。定位過程中把定位算法分為基于測(cè)距和無需測(cè)距的定位算法?；跍y(cè)距的定位算法需要測(cè)量相鄰節(jié)點(diǎn)之間的絕對(duì)距離或者訪方位，并利用節(jié)點(diǎn)間的實(shí)際距離或者方位來計(jì)算位置節(jié)點(diǎn)的位置，常用的測(cè)距技術(shù)用RSS（到達(dá)信號(hào)強(qiáng)度）測(cè)量法，TOA（到達(dá)時(shí)間）測(cè)量法，TDOA（到達(dá)時(shí)間差）測(cè)量法，RSSI（到達(dá)信號(hào)強(qiáng)度）測(cè)量法等。（6）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)上的目標(biāo)跟蹤與其定位不同，主要目的不是追求定位的精度，而是需要對(duì)移動(dòng)的目標(biāo)或者時(shí)間進(jìn)行動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)?；跓o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)跟蹤過程大致包括3個(gè)階段：檢測(cè)、定位和通告。檢測(cè)階段：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)周期性地通過傳感器模塊檢測(cè)是否有目標(biāo)出現(xiàn)。定位階段：為了節(jié)省能量，只有距離跟蹤目標(biāo)比較近的節(jié)點(diǎn)才會(huì)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位，如果節(jié)點(diǎn)接受到另外兩個(gè)或者兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)到跟蹤目標(biāo)的距離，則可選用三邊定位法或者多邊極大似然估計(jì)法計(jì)算跟蹤目標(biāo)的位置。通告階段：計(jì)算出跟蹤跟蹤目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡后，傳感器網(wǎng)絡(luò)要通知跟蹤目標(biāo)周圍的節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)進(jìn)入跟蹤狀態(tài)。（7）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)間同步技術(shù)有兩大時(shí)間同步模型，時(shí)鐘模型與通信模型。時(shí)間同步協(xié)議中有經(jīng)典的LTS協(xié)議，RBS協(xié)議，TPSN協(xié)議，DMTS協(xié)議和FTSP協(xié)議等協(xié)議。（8）在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件應(yīng)用中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件體系結(jié)構(gòu)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件的核心，它決定著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行及組織方式。（9）傳感器網(wǎng)絡(luò)以數(shù)據(jù)中心的特點(diǎn)使得其設(shè)計(jì)方法不不同于其他計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以感知數(shù)據(jù)管理和處理為中心，把數(shù)據(jù)庫技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)緊密結(jié)合，從邏輯概念和軟、硬件技術(shù)兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)一個(gè)高性能的以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。（10）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)不能局限于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部傳輸，這樣不利于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的普及應(yīng)用，必須讓終端用戶能夠通過外部網(wǎng)絡(luò)（如Internet）便捷地訪問無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集的環(huán)境數(shù)據(jù)。這就需要物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)了。多網(wǎng)融合的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是在傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，利用網(wǎng)關(guān)接入技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與以太網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)等多種網(wǎng)絡(luò)的融合。處于特定應(yīng)用場(chǎng)景中的、高效組織組織的節(jié)點(diǎn)，在一定的網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制策略驅(qū)動(dòng)下，對(duì)其所部屬的區(qū)域開展監(jiān)控與傳感；網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)設(shè)備將實(shí)現(xiàn)對(duì)其所在的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域管理、任務(wù)調(diào)度、數(shù)據(jù)聚合、狀態(tài)監(jiān)控與維護(hù)等一系列功能。經(jīng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)融合、處理并經(jīng)過相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換之后的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)，將有網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)設(shè)備聚合，根據(jù)其不同的業(yè)務(wù)需求及所接入的不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，經(jīng)由TD-SCDMA和GSM系統(tǒng)下的地面無線接入網(wǎng)、Internet環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)通路及無線局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)下的無線鏈路接入點(diǎn)等，分別接入TD-SCDMA與GSM核心網(wǎng)、Internet主干網(wǎng)及無線局域網(wǎng)等多類型異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，并通過各網(wǎng)絡(luò)下的基站或主控設(shè)備，將傳感信息分發(fā)至各終端，以實(shí)現(xiàn)針對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控與調(diào)度。（11）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的應(yīng)用相關(guān)性，起硬件需要滿足輕量化、擴(kuò)展性、靈活性、穩(wěn)定性、安全性與低成本等要求。
學(xué)習(xí)的第二個(gè)階段，對(duì)零碎的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行整合，總結(jié)出對(duì)無線傳感的工作原理的自我理解。
上圖就是一個(gè)典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)的簡(jiǎn)易示意圖，它擁有著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所應(yīng)該擁有的最基本的三種類型的節(jié)點(diǎn)，即傳感器節(jié)點(diǎn)（sensor node），匯聚節(jié)點(diǎn)（sink），用戶的管理節(jié)點(diǎn)（User）以及互聯(lián)網(wǎng)或通信衛(wèi)星。傳感器節(jié)點(diǎn)（sensor node）分布于監(jiān)測(cè)區(qū)域的各個(gè)部分（sensor field），用于收集數(shù)據(jù)，并且將數(shù)據(jù)路由至信息收集節(jié)點(diǎn)（sink），信息收集節(jié)點(diǎn)（sink）與信息處理中心（User）通過廣域網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，從而對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
學(xué)習(xí)的第三階段：利用現(xiàn)有的知識(shí)體系，理解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用，并且可以根據(jù)現(xiàn)實(shí)的需求設(shè)計(jì)出合理的應(yīng)用體系。結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行探究：（1）在體系結(jié)構(gòu)選擇方面，其體系結(jié)構(gòu)選擇通性化的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，跟上圖體系相符。（2）節(jié)點(diǎn)選擇方面，由于農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)的復(fù)雜性及監(jiān)測(cè)環(huán)境對(duì)于外來設(shè)備的敏感性，要求傳感器節(jié)點(diǎn)體積盡可能小，為了獲取到確切的監(jiān)測(cè)信息，要求傳感器節(jié)點(diǎn)裝備多種高精度傳感器。為了延長(zhǎng)傳感網(wǎng)的使用壽命，需要傳感器節(jié)點(diǎn)具有盡可能長(zhǎng)的生命周期。（3）能量管理：實(shí)際情況下的傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用可能需要長(zhǎng)達(dá)多個(gè)月的環(huán)境監(jiān)控，而單個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量非常有限。為了節(jié)省能量，在發(fā)生傳感任務(wù)時(shí)，只有相鄰區(qū)域的節(jié)點(diǎn)處于傳感通信狀態(tài)，其余節(jié)點(diǎn)不需要傳感和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，應(yīng)當(dāng)關(guān)閉無線通信系統(tǒng)，使其休眠節(jié)省能量。（4）數(shù)據(jù)采集方面，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，靠近基站的節(jié)點(diǎn)要為其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，能量消耗較大，邊緣節(jié)點(diǎn)只要進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，能耗較少，所以邊緣節(jié)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)采取一定的算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，降低通信量，校正采樣數(shù)據(jù)之后再進(jìn)行發(fā)送。（5）通信機(jī)制方面，包括路由協(xié)議、MAC協(xié)議及通信部件的控制訪問機(jī)制等，路由協(xié)議負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)分組從源節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)，尋找源節(jié)點(diǎn)和優(yōu)化節(jié)點(diǎn)間的路徑，將數(shù)據(jù)分組沿優(yōu)化的路徑正確轉(zhuǎn)發(fā)。MAC協(xié)議決定無線信道的使用方式，在節(jié)點(diǎn)間分配有限的通信資源，無線通信模塊在發(fā)送狀態(tài)消耗能量最多，睡眠狀態(tài)消耗最少，接受和偵聽狀態(tài)下消耗稍小于發(fā)送狀態(tài)（6）遠(yuǎn)程任務(wù)控制主要是在對(duì)環(huán)境監(jiān)控一段時(shí)間后，調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)，這需要向基站發(fā)出命令，基站通過發(fā)送廣播消息發(fā)出指令，還要對(duì)節(jié)點(diǎn)的能量、通信等狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，不斷進(jìn)行任務(wù)調(diào)整，延長(zhǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的使用壽命。
根據(jù)現(xiàn)實(shí)的需求設(shè)計(jì)出合理的應(yīng)用體系分這幾步：（1）根據(jù)客戶的要求，分析現(xiàn)實(shí)的需求，書寫需求文檔。（2）設(shè)計(jì)出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的整體框架體系，選擇與設(shè)計(jì)各項(xiàng)通信協(xié)議與通信機(jī)制。（3）分別對(duì)框架中的軟硬件進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)（4）進(jìn)入開發(fā)狀態(tài)（5）測(cè)試，交付，維護(hù)
以上就是我對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程的學(xué)習(xí)心得了，在此課程中，雖然我對(duì)其中的知識(shí)體系有所了解，但是缺少實(shí)際的操作與開發(fā)，只是停留在了淺顯的認(rèn)識(shí)層面，只有通過實(shí)際的操作，才能更深入地去了解它其中的核心，而這一點(diǎn)卻恰恰是我們這個(gè)課程的學(xué)生所缺少的，基于此，我非常地希望在這個(gè)專業(yè)、這個(gè)課程中，有專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室讓我們這群學(xué)生能夠進(jìn)行實(shí)打?qū)嵉钠餍挡僮?，這樣才能真正地達(dá)到“格物致知”，“學(xué)為實(shí)用”啊。
第三篇：無線傳感網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)
無線傳感網(wǎng)絡(luò) 課程設(shè)計(jì)報(bào)告
姓名：胡韶輝 胡衎
2017
學(xué)號(hào)：139074377 139074376 班級(jí)：物131班 指導(dǎo)教師：衛(wèi)琳娜
年1月1日
無線傳感網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)
實(shí)驗(yàn)
一、無線傳感網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信實(shí)驗(yàn)
1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
此實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察結(jié)果是否與預(yù)期相符
2．實(shí)驗(yàn)步驟
用IAR8.1打開路徑：C:UsersxsDesktop無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)無線傳感網(wǎng)實(shí)驗(yàn)資料201604感知RF2-2530WSNV1.2代碼和例子程序Light_SwitchIDELight_Switchsrf05_cc2530IarLight_Switch.eww分別編譯并下載至兩個(gè)節(jié)點(diǎn)上，打開節(jié)點(diǎn)，左右鍵選擇
/* 功 能：查找字符在索引中的哪一個(gè)位置 */ /**************************************************************************************************/ static u16 lookforChar(u8 ch){ uint16 i;for(i = 0;i < FONTLISTCOUNT;i ++){
if(fontList[i] == ch)
return i;} return i;}
//查中文
static u16 lookforChar16(u16 ch){ uint16 i,j;u16 temp16;for(i = 0;i < fontChar16ListCount;i ++){
j = i*2;
temp16 = fontChar16List[j + 1];
temp16 <<= 8;
temp16 |= fontChar16List[j];
if(temp16 == ch)
return i;} return i;}
/**************************************************************************************************/ /* 功 能：在指定位置輸出8*8 */ /**************************************************************************************************/ static void LcdPutChar8(u8 x,u8 y,u8 ch){ LcdBuf[y][x] = ch;} /**************************************************************************************************/ /* 功 能：在指定位置輸出16*16 */ /**************************************************************************************************/
/*static void LcdPutChar16(u8 x,u8 y,u16 ch){ LcdBuf[y][x] =(u8)ch;
//低前高后
LcdBuf[y+1][x] =(u8)(ch>>8);}
void LcdPutString8(u8 x,u8 y,u8 *ptr u8 len,u8 op){
u8 i,*tptr = ptr,xx = x,yy = y;u16 m;if(x > 95)
return;if(y > 1)
return;for(i = 0;i < len;i ++){
m = lookforChar(*tptr ++);
if(m!= FONTLISTCOUNT)
{
m = m * 8;
}
else
return;
xx += 8;
if(xx > 88)
return;} } */
void LcdClearRam(void){ u8 i;for(i = 0;i < 96;i ++){
LcdBuf[0][i] = 0;} for(i = 0;i < 96;i ++){
LcdBuf[1][i] = 0;} } void LcdClearScrean(void){ LcdClearRam();PutPic((void *)LcdBuf);}
void LcdPutString16_8(u8 x,u8 y,u8 *ptr,u8 len,u8 op){ u8 i,j,*tptr = ptr,xx = x,yy = y;u16 m;if(xx > 95)
return;if(yy)
return;
for(i = 0;i < len;i ++){
m = lookforChar(*tptr ++);
if(m!= FONTLISTCOUNT)
{
m = m * 16;
for(j = 0;j < 8;j ++)
{
if(op)
{
LcdPutChar8((xx + j),yy,font[m+j]);
LcdPutChar8((xx + j),yy+1,font[m+j+8]);
}
else
{
LcdPutChar8((xx + j),yy,~font[m+j]);
LcdPutChar8((xx + j),yy+1,~font[m+j+8]);
}
}
}
else
break;
xx += 8;
if(xx > 96)
return;} PutPic((void *)LcdBuf);} //顯示16*16字符
void LcdPutString16_16(u8 x,u8 y,u8 *ptr,u8 len,u8 op){ u8 i,j,*tptr = ptr,xx = x,yy = y;u16 m;if(xx > 95)
return;if(yy)
return;
for(i = 0;i < len;i ++){
m = lookforChar(*tptr ++);
if(m!= FONTLISTCOUNT)
{
m = m * 32;
for(j = 0;j < 16;j ++)
{
if(op)
{
LcdPutChar8((xx + j),yy,font[m+j]);
LcdPutChar8((xx + j),yy+1,font[m+j+16]);
}
else
{
LcdPutChar8((xx + j),yy,~font[m+j]);
LcdPutChar8((xx + j),yy+1,~font[m+j+16]);
}
}
}
else
break;
xx += 16;
if(xx > 80)
return;} PutPic((void *)LcdBuf);}
static void LcdPrint8(u8 x,u8 y,u8 vl,u8 op){ u8 j;u16 m;m = lookforChar(vl);if(m!= FONTLISTCOUNT){
m = m * 16;
for(j = 0;j < 8;j ++)
{
if(op)
{
LcdPutChar8((x + j),y,font[m+j]);
LcdPutChar8((x + j),y+1,font[m+j+8]);
}
else
{
LcdPutChar8((x + j),y,~font[m+j]);
LcdPutChar8((x + j),y+1,~font[m+j+8]);
}
} } } static void LcdPrint16(u8 x, u8 y, u16 val, u8 op){ u8 j;u16 m;m = lookforChar16(val);if(m!= fontChar16ListCount)
{
m = m * 32;
for(j = 0;j < 16;j ++)
{
if(op)
{
LcdPutChar8((x + j),y,fontChar16[m+j]);
LcdPutChar8((x + j),y+1,fontChar16[m+j+16]);
}
else
{
LcdPutChar8((x + j),y,~fontChar16[m+j]);
LcdPutChar8((x + j),y+1,~fontChar16[m+j+16]);
}
}
} }
void LcdPutDispBuf(u8 x,u8 y,OledCodeDataType *ptr,u8 op){ u8 tcount = x;OledCodeDataType *tptr = ptr;u16 temp16;if(x > 88)
return;if(y > 1)
return;while((*tptr!= '