术语表
Adaptive Threshold sensitive Energy APTEEN 自适应敏感阀值节能型传感网络 协议
CDMA码分多址Code Division Multiple Access
CSMA 载波侦听多路访问Carrier Sense Multiple Access
DD 定向扩散Directed Diffusion
GEAR 地理和能量感知路由Geographic and Energy Routing LEACH 低功耗自适应分簇协议
介质访问控制Media Access Control
MCU 微控制单元Micro-Controller Unit
PEGASIS Po-Efficient Gathering in Sensor
Information System
服务质量Quality of Service
信息协商传感协议Sensor Protocol for Information via
Negotiation
TCP 传输控制协议Transfer Control Protocol
TDMA 时分多址Time Division Multiple Access
TEEN 敏感阀值节能型传感网络协议Threshold sensitive Energy Efficient sensor
Network protocol
用户数据包协议User Datagram Protocol
WSN 无线传感器网络Wireless Sensor Network 南京邮电大学学位论文原创性声明
非晶硅
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得
的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包
含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它
教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的
任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
研究生签名：_____________ 日期：____________
南京邮电大学学位论文使用授权声明
兰越峰事件最新进展南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送
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食疗歌第1章绪论
1.1 课题背景
无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）[1][2]是由大量随机分布的节点通过自组织的方式构成的网络。这些节点集成有传感器、数据处理单元和通信模块，通过无线通信方式形成一个多跳的自组织的网络系统，其目的是感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并传送给观察者。 无线传感器网络是一种无基础设施的无线网络，它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术，能够协作地实时监测、感知和采集网络布置区域内的各种环境或者监测对象的信息，并对这些数据进行处理，从而获得详尽而准确的信息，并呈现给需要这些信息的用户。它被认为是21世纪最重要的技术之一[3]，将会对人类未来的生活方式产生巨大影响。
无线传感器网络与传统的无线网络具有不同的设计目标。在无线传感器网络中，传感器节点通常是由电池提供能量，并被大量随机部署在待测区域中。大部分节点都是固定的，只有少数是移动的。由于监控区域的原因，节点的功能设备无法更换，网络在无人维护的情况下需要长时间的自主工作。而对于传统的无线网络，其应用环境的移动性较强，其设计目标是提供高服务质量和高效宽带利用，其次
才考虑节约能量。因此，无线传感器网络中的协议设计要充分考虑能量的有效性，进而延长网络的生命周期就成为传感器网络最核心的问题。
金大奶奶1.2 研究现状及发展趋势
壹读iread美国20世纪90年代末开始无线传感器网络技术的研究，首先在军事方面应用和推广，随后许多大学和研究机构纷纷投入大量的研发力量。最具代表性的是UC/Berkeley大学和Intel公司联合成立的智能尘埃实验室和UCLA大学的WINS实验室。RICE大学研制的Gnomes传感器网络由低成本的定制节点组成。每个节点包含一个TI的微控制器、传感器和一个蓝牙通信模块。
我国现代意义的无线传感网络及其应用研究几乎与发达国家同步启动。2001年，中科院适时抓住机遇，成立了微系统研究与发展中心，挂靠在中科院上海微系统所，成员单
位包括声学所、微电子所、研究生院等十余家研究所和高校，旨在整合中科院内部的相关单位，共同推进传感器网络的研究。上海市科委在早期就大量部署了传感器网络的课题，为上海市走在传感网领域的前列奠定了重要基础，在其领导下，中科院上海微系统所还牵头组建了传感网产学研上海联盟。
另外，我国哈尔滨工业大学、清华大学、北京邮电大学、西北工业大学、天津大学、国防科技大学和南京邮电大学等高校在国内也较早开展了传感器网络的研究，目前绝大多数工科院校都已经开展了有
关无线传感器网络方面的研究工作，一些高科技企业，如中国移动、华为、中兴、诺基亚、阿尔卡特等大型企业，也加入了研究行列。
现在对与网络本身问题的关注和研究是无线传感器网络的第二阶段，正在成为无线传感器网络研究领域的热点，主要集中在MAC层和网络层。网络层的主要任务是以通信网络为核心，实现传感器与传感器、传感器与观察者之间的通信，支持多传感器协作完成大型感知任务。在研究初期，把无线传感器网络看成是无线Ad hoc网络的一种，把无线自组织网的很多路由协议直接移植到无线传感器网络。针对无线传感器网络节点能量受限、网络拓扑结构动态变化等特点，从1999年起，国内外的研究人员设计了多种面向WSN的路由协议[4][5]。
开封市人事局泛洪(Flooding)是一种简单的路由技术，算法非常简单，不要求维护网络的拓扑，使用于健壮性要求高的场合。但存在数据内爆和重叠的缺陷。针对这些缺陷，S.Hedetniemi等人提出了Gossiping策略[6]。SPIN(Sensor Protocol for Information via Negotiation)[7]是有MIT 的Wendi Rabiner等人提出的一种基于协商并且有能量自适应功能的消息传播协议，该协议能很好解决泛洪和Gossiping协议的消息内爆、重复和资源浪费的问题。Estrin等人提出一种专门为无线传感器网络设计的路由策略：定向扩散(Directed Diffusion, DD)[8]，它主要思想是将来自不同源节点所发送的数据聚合起来，已达到减少数据冗余、缩减数据传递的大小和次数和延长网络生命周期的目的。
MIT的Heinzelman等人提出了一种分布式低功耗自适应分簇协议（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy，LEACH）[9]，这是最早提出的面向无线传感器网络的分簇路由协议。在开始时，根据预告确定的概率，以循环的方式随机选择簇首节点，将整个网络的能量负载平局分配到每个传感器节点中，从而降低网络能量消耗、延长网络生命周期。S. Lindsey等人提出了一种面向WSN的基于链路的协议PEGASIS (Power-Efficient Gathering in Sensor Information System) [10][11]，不像LEACH协议那样把数据直接传输到簇首，每个节点通过它最近的邻居节点把数据转发到目的节点。然而，这些算法都是单跳簇首成形算法，这会产生大量的簇。因此，这些算法只适用于中小规模的网络。
无线传感器网络路由协议还有一些根本性的问题有待于进一步的研究，主要集中在以下几个方面：
（1）对于分簇路由协议，如何分簇才能使能量消耗与数据通信达到最优。影响成簇的因素以及簇内的数据融合是将来的研究趋势。
（2）在不维护全局信息的前提下，如何构建能源有效的全局最优路由策略。
（3）无线传感器网络路由协议将来的另一个研究方向，就是要考虑节点的移动情况。目前几乎所有的路由协议都是认为节点是静止的，但是一些应用场合节点必须是移动。在这种情况下，就需要路由算法充分考虑到节点移动造成的拓扑的频繁变化。
（4）无线传感器网络中的路由协议和具体应用紧密相关，没有一个能适用所有应用的路由协议。根据不同的应用环境和网络条件自主切换路由协议的机制是将来的研究趋势。
1.3 研究目的和意义
无线传感器网络能够获取客观物理信息，在科学研究领域，传感器网络提供了一种新型的研究手段，可以揭示难以观察的现象。传感器网络能够监测温度、湿度、亮度、压力、噪声、物体移动、速度、方向等多种环境状态，可用于森林火警监测、城市空气质量监测、洪水监测等应用，ALER系统中有数种传感器来监测降雨量、河水水位和土壤水分，并依此预测爆发山洪的可能性；在军事领域，传感器网络可应用在战场监测及武器装备实验中，还可以实现对军用物资的管理和监测士兵的健康状况；在民用方面，涉及城市公共安全、公共卫生、安全生产、智能交通、智能家居、环境监控等领域。国内从事传感网应用的大企业目前为数不多，小企业呈现蓬勃发展的势头。北京鼎天软件有限公司，主要从事城市公共安全应急指挥系统建设，已经承担扬州电子政务和扬州应急指挥系统。上海电器科学研究院主要从事智能交通方面的工程，已经承担上海市内、外环智能交通工程。嘉兴中科无线传感网科技有限公司在数字航道、城市应急系统、机场监控等方面有较好的技术背景，相关项目工程正在进行中。沈阳东软、北大青鸟、亿阳信通等企业也在传感网应用方面有所涉足，目前主要在电子政务方面，正在向公共安全应急指挥系统进发。由于无线传感器网络在军事和民用应用中的巨大前景，引起了世界工业界和学术界的极大关注。欧美国家在上世纪90年代就开始了针对无线传感器网络的研究，
并取得了一定的进展。在我国，国家自然科学基金委员会已经开展了关于无线传感器网络的多个相关课题，各大院校及研究机关也在不断研究无线传感器网络的各项关键技术。作为一门新兴技术，国内与国际水平的差距并不是很大，及时开展这项对人类未来生活影响深远的前沿科技的研究，对整个
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