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      礦井無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)基于LEACH路由協(xié)議的改進(jìn)方案

      時(shí)間:2019-05-15 01:53:55下載本文作者:會(huì)員上傳
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      第一篇:礦井無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)基于LEACH路由協(xié)議的改進(jìn)方案

      礦井無(wú)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(guò)多跳方式通信,最終將融合后的信息通過(guò)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(guò)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(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)給煤礦監(jiān)控帶來(lái)前所未有的希望,無(wú)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(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的煤礦無(wú)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(wú)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在大規(guī)模范圍的應(yīng)用?,F(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(guò)局部操作和反饋信息來(lái)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(guò) 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(wú)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。現(xiàn)有的路由協(xié)議無(wú)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(wú)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(wú)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(lái),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(lái)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(guò)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??梢钥吹?,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(yǔ)

      本文通過(guò)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(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)心得

      無(wú)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(wú)意地在課本中看到了對(duì)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本概述:無(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

      第一階段知識(shí)總結(jié),(1)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)物理層是數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畹讓?,它需要考慮編碼調(diào)制技術(shù),通信速率,通信頻段等問(wèn)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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(wèn)題直接相關(guān)。根據(jù)無(wú)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位是指自組織的網(wǎng)絡(luò)通過(guò)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(guò)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(guò)程中把定位算法分為基于測(cè)距和無(wú)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(lái)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(wú)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)。基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)跟蹤過(guò)程大致包括3個(gè)階段:檢測(cè)、定位和通告。檢測(cè)階段:無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)周期性地通過(guò)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(wú)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件應(yīng)用中,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件體系結(jié)構(gòu)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件的核心,它決定著無(wú)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(kù)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(wú)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(wú)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(guò)外部網(wǎng)絡(luò)(如Internet)便捷地訪問(wèn)無(wú)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)了。多網(wǎng)融合的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是在傳統(tǒng)的無(wú)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與以太網(wǎng)、無(wú)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(wú)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(guò)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(wú)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(wú)線接入網(wǎng)、Internet環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)通路及無(wú)線局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)下的無(wú)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(wú)線局域網(wǎng)等多類型異構(gòu)網(wǎng)絡(luò),并通過(guò)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控與調(diào)度。(11)無(wú)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(wú)線傳感的工作原理的自我理解。

      上圖就是一個(gè)典型的無(wú)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(wú)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(guò)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(wú)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(wú)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(lái)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(wú)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(wú)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(wèn)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(guò)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(wú)線信道的使用方式,在節(jié)點(diǎn)間分配有限的通信資源,無(wú)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(guò)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(wú)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(wú)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(guò)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(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)

      無(wú)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(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)

      實(shí)驗(yàn)

      一、無(wú)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)無(wú)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/,選擇完成后按中間鍵確認(rèn),觀察LED燈顯示情況。3.實(shí)驗(yàn)代碼及分析

      /* 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!= '