A. 设计无线传感器网络的节点部署方案时必须考虑哪些问题
设计无线传感器网络节点需要遵循以下几个主要的原则。
(1)微型化与低成本
由于无线传感器网络节点数量大,只有实现节点的微型化与低成本才有可能大规模部署与应用。因此节点的微型化与低成本一直是研究人员追求的主要目标之一。对于目标跟踪与位置服务一类的应用来说,部署的无线传感器节点越密,定位精度就越高。对于医疗监控类的应用来说,微型节点容易被穿戴。实现节点的微型化与低成本需要考虑硬件与软件两个方面的因素,而关键是研制专用的片上系统(System on Chip,SoC)芯片。对于传统的个人计算机,内存2GB、硬盘100GB已经是常见的配置,而一个典型的无线传感器节点的内存只有4kB、程序存储空间只有10kB。正是因为传感器节点硬件配置的限制,所以节点的操作系统、应用软件结构的设计与软件编程都必须注意节约计算资源,不能够超出节点硬件可能支持的范围。
(2)低功耗
传感器节点在使用过程中受到电池能量的限制。在实际应用中,通常要求传感器节点数量很多,但是每个节点的体积很小,携带的电池能量十分有限。同时,由于无线传感器网络的节点数量多、成本低廉、部署区域的环境复杂,有些区域甚至人员不能到达,因此传感器节点通过更换电池来补充能源是不现实的。如何高效使用有限的电池能量,来最大化网络生命周期是无线传感器网络面临的最大的挑战。
传感器节点消耗能量的模块包括:传感器模块、处理器模块和无线通信模块。随着集成电路工艺的进步,处理器和传感器模块的功耗变得很低。图2-43给出了传感器节点各部分能量消耗情况。从图中可以看出,传感器节点能量的绝大部分消耗在无线通信模块。传感器节点发送信息消耗的电能比计算更大,传输1bit信号到相距100m的其他节点需要的能量相当于执行3000条计算指令消耗的能量。
图2-43传感器节点各部分能量消耗情况无线通信模块存在四种状态:发送、接收、空闲和休眠。无线通信模块在空闲状态一直监听无线信道的使用情况,检查是否有数据发送给自己,而在休眠状态则关闭通信模块。从图中可以看到,无线通信模块在发送状态的能量消耗最大;在空闲状态和接收状态的能量消耗接近,但略少于发送状态的能量消耗;在休眠状态的能量消耗最少。为让网络通信更有效率,必须减少不必要的转发和接收,不需要通信时尽快进入休眠状态,这是设计无线传感器网络协议时需要重点考虑的问题。
(3)灵活性与可扩展性
无线传感器网络节点的灵活性与可扩展性表现在适应不同的应用系统,或部署在不同的应用场景中。例如,传感器节点可以用于森林防火的无线传感器网络中,也可以用于天然气管道安全监控的无线传感器网络中;可以用于沙漠干旱环境下天然气管道安全监控,也可以用于沼泽地潮湿环境的安全监控;可以适应单一声音传感器精确位置测量的应用,也可以适应温度、湿度与声音等多种传感器的应用;节点可以按照不同的应用需求,将不同的功能模块自由配置到系统中,而不需重新设计新的传感器节点;节点的硬件设计必须考虑提供的外部接口,可以方便地在现有的节点上直接接入新的传感器。软件设计必须考虑到可裁剪,可以方便地扩充功能,可以通过网络自动更新应用软件。
(4)鲁棒性
普通的计算机或PDA、智能手机可以通过经常性的人机交互来保证系统的正常运行。而无线传感器节点与传统信息设备最大的区别是无人值守,一旦大量无线传感器节点被飞机抛洒或人工安置后,就需要独立运行。即使是用于医疗健康的可穿戴节点,也需要独立工作,使用者无法与其交互。对于普通的计算机,如果出现故障,人们可以通过重启来恢复系统的工作状态。而在无线传感器网络的设计中,如果一个节点崩溃,那么剩余的节点将按照自组网的思路,重新组成具有新拓扑的自组网。当剩余的节点不能够组成新的网络时,这个无线传感器网络就失效了。因此传感器节点的鲁棒性是实现无线传感器网络长时间工作重要的保证。更多http://www.big-bit.com/news/list-75.html
B. 物联网无线传感器网络具有哪些特点
主要特点
大规模
为了获取精确信息,在监测区域通常部署大量传感器节点,可能达到成千上万,甚至更多。传感器网络的大规模性包括两方面的含义:一方面是传感器节点分布在很大的地理区域内,如在原始大森林采用传感器网络进行森林防火和环境监测,需要部署大量的传感器节点;另一方面,传感器节点部署很密集,在面积较小的空间内,密集部署了大量的传感器节点。
传感器网络的大规模性具有如下优点:通过不同空间视角获得的信息具有更大的信噪比;通过分布式处理大量的采集信息能够提高监测的精确度,降低对单个节点传感器的精度要求;大量冗余节点的存在,使得系统具有很强的容错性能;大量节点能够增大覆盖的监测区域,减少洞穴或者盲区。
自组织
在传感器网络应用中,通常情况下传感器节点被放置在没有基础结构的地方,传感器节点的位置不能预先精确设定,节点之间的相互邻居关系预先也不知道,如通过飞机播撒大量传感器节点到面积广阔的原始森林中,或随意放置到人不可到达或危险的区域。这样就要求传感器节点具有自组织的能力,能够自动进行配置和管理,通过拓扑控制机制和网络协议自动形成转发监测数据的多跳无线网络系统。
在传感器网络使用过程中,部分传感器节点由于能量耗尽或环境因素造成失效,也有一些节点为了弥补失效节点、增加监测精度而补充到网络中,这样在传感器网络中的节点个数就动态地增加或减少,从而使网络的拓扑结构随之动态地变化。传感器网络的自组织性要能够适应这种网络拓扑结构的动态变化。
动态性
传感器网络的拓扑结构可能因为下列因素而改变:①环境因素或电能耗尽造成的传感器节点故障或失效;②环境条件变化可能造成无线通信链路带宽变化,甚至时断时通;③传感器网络的传感器、感知对象和观察者这三要素都可能具有移动性;④新节点的加入。这就要求传感器网络系统要能够适应这种变化,具有动态的系统可重构性。
可靠性
WSN特别适合部署在恶劣环境或人类不宜到达的区域,节点可能工作在露天环境中,遭受日晒、风吹、雨淋,甚至遭到人或动物的破坏。传感器节点往往采用随机部署,如通过飞机撒播或发射炮弹到指定区域进行部署。这些都要求传感器节点非常坚固,不易损坏,适应各种恶劣环境条件。
C. 协议相比,无线传感器网络的路由协议具有哪些特点
(1)能量优先
传统路由协议在选择最优路径时,很少考虑节点的能量消耗问题。而无线传感器网络中节点的能量有限,延长整个网络的生存期成为传感器网络路由协议设计的重要目标,因此需要考虑节点的能量消耗以及网络能量均衡使用的问题。
(2)基于局部拓扑信息
无线传感器网络为了节省通信能量,通常采用多跳的通信模式,而节点有限的存储资源和计算资源,使得节点不能存储大量的路由信息,不能进行太复杂的路由计算。在节点只能获取局部拓扑信息和资源有限的情况下,如何实现简单高效的路由机制是无线传感器网络的一个基本问题。
(3)以数据为中心
传统的路由协议通常以地址作为节点的标识和路由的依据,而无线传感器网络中大量节点随机部署,所关注的是监测区域的感知数据,而不是具体哪个节点获取的信息,不依赖于全网唯一的标识。传感器网络通常包含多个传感器节点到少数汇聚节点的数据流,按照对感知数据的需求、数据通信模式和流向等,以数据为中心形成消息的转发路径。
(4)应用相关
传感器网络的应用环境千差万别,数据通信模式不同,没有一个路由机制适合所有的应用,这是传感器网络应用相关性的一个体现。设计者需要针对每一个具体应用的需求,设计与之适应的特定路由机制。
针对传感器网络路由机制的上述特点,在根据具体应用设计路由机制时,传感器网络需满足一定的路由机制。
D. 无线传感网多跳路由节点能耗怎么计算
(1)根据无线传感器网络中因节点有效传输半径对路由选择的制约,改进基于最小生成树的分簇多跳路由算法,改善因路由选择对网络能耗的影响。该算法利用Voronoi图的泊松过程特性优化簇首节点数,并结合最小生成树动态调整簇内外节点的路由发现实现网络能耗优化。仿真结果表明该算法在开销容忍的前提下,网络均衡负载,并与相同仿真条件下的基于LEACH的分层多跳路由算法相比,更有效地延长了网络寿命,同时降低了计算时间复杂度。
(2)针对无线传感器网络中传感器节点投放分布对投放区域有效通信信号覆盖的影响,改进了一种基于通信覆盖的分布式投放概率覆盖算法。在保证投放精度的前提下,该算法根据传感器节点在投放区域中位置的不确定性以及信号衰减特性,建立信号覆盖模型,并通过信号覆盖率计算出各节点预定投放位置,由传感器节点的自定位算法获取定位信息为前提,获取节点的投放位置和投放数目。在改善区域通信覆盖的同时,提高了节点分布效率,达到节省网络资源的目的。通过仿真比较了在不同定位投放方法下的各相关性数据,验证了该算法可实现高效投放的优越性能。
(3)在关于无线传感器网络应用方面,提出了在实现投放区域有效通信信号覆盖的基础上保证局部能量有效损耗的路由设计要求,由此提出了基于多跳路径划分子空间的分簇路由算法。该路由算法在获得相应的节点拓扑分布的前提下实现了能量平均损耗,而节点拓扑的获取则通过采用高斯分布的定位误差模型与马尔可夫链性质相结合,改进了以前算法对于传感器节点拓扑结构的获取。通过对整个算法的仿真,得到的相关数据证明了算法在实现网络硬件资源优化和能量有效损耗方面所具有的较好的性能。
(4)在对运动目标跟踪定位的研究中,对于无法得知目标的运动状态方程和观测噪声的概率密度分布的情况时,提出基于粒子滤波和曲线准线性优化的目标跟踪算法。算法利用传感器节点的感知圆的几何特性确定目标的运动区域的边界限制,借鉴cost
reference粒子滤波算法,估计出目标的运动轨迹,随后通过曲线的线性近似简化了目标运动轨迹的估计,同时也获取了目标的速率的可控估计,仿真结果证明了所提算法的高效性。根据实际应用中可能出现部分的传感器节点失效的情况,引入了节点的失效检测,并以贝叶斯概率分布估计纠正失效节点对原目标状态做的判断,提高失效节点所在感知区域的容错能力,改善了目标跟踪定位的精度。
E. 【高分】无线传感器网络S-MAC协议的原理及算法
S-MAC很简单 再往上学就是802.15.4
我做过S-MAC方面的编程,可以说S-MAC没有协议可说,不像802。15.4
不过S-MAC有她的特点
由于传感器网络节点能量有限,所以S-MAC协议要做到减少节点能量消耗。S-MAC主要采用以下机制:
1 周期性侦听、睡眠的低占空比工作方式,控制节点尽量处于睡眠状态来降低节点能量的消耗
2邻居节点通过协商的一致性睡眠调度机制形成虚拟簇,减少节点的空闲侦听时间
3流量自适应侦听机制
4串音避免
5通过消息分割和突发传递机制来减少控制消息得开销和消息的传递延迟
打字太累了,不多说了,有啥问题,发邮件吧。我还有S-MAC的代码,15.4的代码,EMG-SMAC代码,要看可以发给你
F. 高分悬赏无线传感器网络混合类斑马协议(Z-MAC)
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