4.3  构建网络模型进行仿真 40

结  论 56

致  谢 57

参考文献 58

1绪论

1．1 无线传感器网络概述

近年来随着微型制造技术、无线通信技术和电池技术的进步,促使低成本、低功耗的微型无线传感器的大规模生产制造成为可能,这些微型无线传感器能同时具有数据采集、无线通信和信息处理的能力。无线传感器网络（WSNs）是将成百上千的微型传感器节点布置在一个特定的区域内而形成的网络,它们通过特定的协议高效、稳定、 正确的自组织起来,协同工作用于实时监测外部环境,实现大范围、自动化的信息采集，在工业、农业、军事、空间、环境、医疗、家庭及商务等领域具有极其广泛地应用前景。典型的无线传感器网络系统结构如图 1.1 所示，包括：传感器节点、汇点、英特网、用户端等。其中传感器节点的典型结构包括 4 个部分：传感单元、处理单元、通讯单元和电源单元。

图1.1 典型的无线传感器网络及其节点结构

无线传感器网络最早来源于军事领域,1978年卡内基-梅隆大学就在美国国防高级研究项目署(DARPA)的资助下成立了分布式传感器网络工作组 (Distributed Sensor-Net Workshop),专门研究以无线传感器网络为基础的军事监视系统。但是由于当时技术条件的限制,研究和应用的范围十分有限。

进入到21世纪,随着技术水平的大规模提高,当前对无线传感器网络的研究与开发已成为目前信息领域的一个热点,有越来越多的研究机构和公司正加入到这方面的研究工作中来。国际上的一些大型研究项目包括有：加州大学洛杉矶分校的WINS网络,几乎涵盖了从信号处理到网络协议的所有研究；加州大学伯克利分校的Pico Radio项目,专注于信道选择,冲突避免的媒介访问层(MAC)协议；麻省理工大学的μAMPS项目,利用节点簇算法来尽量降低功耗；还有其它众多的研究项目如Terminodes，MANET等。

1.2 无线传感网络的特点与挑战

无线传感器网络的实现需要自组织(Ad hoc)网络技术。尽管已有许多 Ad hoc 网络的协议和算法，但并不能够满足传感器网络的需求。传感器网络除了具有 Ad Hoc 网络的移动性、断接性、电源能力局限等共同特征以外，还具有很多其他鲜明的特点与挑战：

(1) 通信能力有限。传感器网络的传感器的通信带宽窄而且经常变化，通信覆盖范围只有几十到几百米。传感器之间的通信断接频繁，经常导致通信失败。由于传感器网络更多地受到高山、建筑物、障碍物等地势地貌以及风雨雷电等自然环境的影响，传感器可能会长时间脱离网络，离线工作。如何在有限通信能力的条件下高质量地完成感知信息的处理与传输，是我们面临的挑战之一。

(2) 电源能量有限。传感器的电源能量极其有限。网络中的传感器由于电源能量的原因经常失效或废弃。电源能量约束是阻碍传感器网络应用的严重问题。商品化的无线发送接收器电源远远不能满足传感器网络的需要。传感器传输信息要比执行计算更消耗电能。传感器传输 1 位信息所需要的电能足以执行 3000 条计算指令。如何在网络工作过程中节省能源，最大化网络的生命周期，是我们面临的第 2 个挑战。

(3) 计算能力有限。传感器网络中的传感器都具有嵌入式处理器和存储器。这些传感器都具有计算能力，可以完成一些信息处理工作。但是，由于嵌入式处理器和存储器的能力和容量有限，传感器的计算能力十分有限。如何使用大量具有有限计算能力的传感器进行协作分布式信息处理，是我们面临的第 3 个挑战。