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一、无线传感器网络概述无线传感器网络 (WirelessSenso:Networks，WSN)综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器相互协作，实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，通过嵌入式系统对信息进行处理，并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到用户终端。其中，无线传感器、感知对象和观察者是WSN的三个基本要素。WSN的基本功能:协作地感知、采集、处理、发布
代写计算机职称论文感知信息;WSN中的每个节点都可以充当路由器的角色，都具备动态搜索、定位其他节点的能力[9]。以下为无线传感器网络的主要特点:通信能力有限:无线传感器网络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。由于无线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。电源容量有限:传感器节点通常采用电池供电，而电池的容量一般不是很大。而由于其节点部署大量，分散所以很难对其更换电池或充电，所
代写计算机硕士论文以无线传感器网络中由于电源能量的原因节点经常失效或废弃，电源能量约束是阻碍无线传感器网络应用的严重问题。计算能力有限:无线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
代写计算机毕业论文。自组织:网络的布设和展开无需依赖于任何预设的设施，节点通过协议协调各自的行为，并且能够很快地自动组网。容错性:单节点易毁性以及周围无线环境的不稳定性，使得网络协议必须具备良好的容错性，才能保证网络的稳定运行。网络动态性:WSN网络是一个自组网、可大可小，节点可以随时加入和离开，这需要网络协议有很好的动态性，适应网络的动态变化。无线传感器网络的硬件和软件结合在一起，为用户提供各种数据采集、处理服务，构成了WSN的体系结构。传输层:在无线传感器网络与Intemet互联时，传输层就显得尤其重要，传输层协议仍然处于探索阶段，由于节点的能源和存储能力都非常有限，或许应该是纯UDP类的协议。网络层:以通信网络为核
计算机专业职称论文心，实现传感器与传感器、传感器与用户之间的通信，支持多传感器协作完成大型感知任务，网络层和数据链路层协同工作使各节点采用自组织的方式构建起网络，并确定网络拓扑结构，随后在给定网络的拓扑结构的情况下进行有效路由。网络层的主要路由协议有:Flooding、SPIN、SAR、定向扩散以及LEACH等。数据链路层:负责数据流的多重复用、监测数据帧、媒体访问控制和差错控制。在一个多跳自组织的无线网络中必须达到两个目标:首先，必须组建起网络的基础设施;其次，应该确保节点间公平、有效的共享资源。数据链路层的一个重要功能是数据的差错控制，两种重要的差错控制模式是转发错误更正和自动报告重复申请。数据链路层包括了MAC子层，它用来决定广播信道中信道的分配。MAC层的协议主要有:Sensor一MAC、Timeout一MAC、WiseMAC、Data一 gatheringMAC、正EE802.15.4等。结构化无线传感器网络路由协议的研究物理层:负责频率选择、生成载波、信号探测、对数据加密和调制解调等等问题。业界广泛建议无线传感器网络采用9巧 MhzISM频段l川。能量管理:管理能量的获取、消费等，使传感器网络的能量得到有效合理的使用。拓扑管理:管理网络的拓扑结构，使网络保持畅通，数据传输有效。QoS支持:为满足用户要求，网络在工作时必须能够为用户提供足够的资源，以及用户可以接受的性能指标。网络安全:无线传感器网络多用于军事、商业领域，安全性是其得到广泛应用的基础。由于网络中节点随机部署、网络拓扑的动态性以及信道的不稳定性，使传统的安全机制无法适用，因此需要设计新型的网络安全机制。目前，WSN安全方面的研究正迅速展开。远程管理:对于某些应用环境，无线传感器网络处于人不容易访问的地点，有远程管理功能是十分必要的。通过远程管理，可以修正系统的bug，升级系统，关闭子系统等，使网络工作更有效。以上各模块使得传感器节点能够协调、高效的运转，为整个网络进行路由，在节点间进行资源共享。
二、无线传感器网络现有路由协议分析无线传感器网络的路由协议目前正是国内外研究的热点，从1999年起，国内外科研人员设计了多种面向WSN的路由协议。其中较为基础和常见的有扩散法、SPIN、HREEMR、 SAR、LEACH、PEGASIS、SMECN和 GEAR等，这些路由协议按照网络拓扑结构可以分为平面路由协议和分层路由协议。在平面路由协议中，通过局部操作和反馈信息来生成路由。平面路由协议的优点是简单、易扩展，其缺点是缺乏对通信资源的优化管理，对网络动态变化的反应速度慢。在分层的路由协议中，网络通常被划分成簇，每个簇由一个簇头和多个簇成员节点组成，簇成员节点负责采集数据，并将采集到的数据转发到簇头，簇头节点负责簇内数据的接收和数据融合，然后将处理后的数据转发到更高层次的簇或基站。簇成员节点的功能比较简单，不需要维护复杂的路由信息。这大大减少了网络中路由控制信息的数量，另外分层的路由协议还具有很好的可扩展性。缺点是簇头节点的可靠性和稳定性对全网性能影响较大，信息的处理和转发也会大量的消耗簇头节点的能量。大连理工大学硕士学位论文WSN网络路}一日协议平而路由协议，分层路由协议根据是否已知节点的位置，可以分为基于地理位置信息的路由与非基于地理位置信息的路由。根据协议的功能和操作方式，可以分为支持Qos的路由协议和不支持QoS的路由协议;支持多路路由的路由协议和不支持多路路由的路由协议;支持安全性的路由协议和不支持安全性的路由协议等等。以上各种路由协议在不同的应用环境和性能评价指标下各有千秋。下面简要介绍平面路由中的扩散法以及分层路由中的LEACH算法。(l)扩散法[’2]:扩散法 (Flooding)是一种传统的网络路由协议，一个节点s希望发送一块数据给节点D，使用扩散法，节点S首先通过网络将数据副本传送给它的每一个邻居节点，每一个邻居节点又将其传输给各自的每一个邻居节点，除了刚刚给它们发送数据副本的节点S外。如此继续下去，直到将数据传输到目标节点D为止或者为该数据所设定的生命期限变为零为止或者所有节点拥有此数据副本为止，FloodingRoutingProtoeol结构化无线传感器网络路由协议的研究扩散法所具有的优点:实现简单、不需要为保持网络拓扑信息和实现复杂的路由发现算法而消耗计算资源，适用于健壮性要求高的场合。缺点:存在信息爆炸的问题，即出现一个节点可能得到一个数据多个副本的现象、出现部分重叠现象，如果处于同一观测环境的两个相邻同类传感器节点同时对一个事件作出反应，二者采集的数据性质相同，数值相近，那么，这两个节点的邻居节点将收到双份数据副本，盲目使用资源，即扩散法不考虑各节点能量可用状况因而无法作出相应的自适应路由选择。(2)LEACH(Low一 EnergyAdaPtiveClusteringHierarchy):LEACH是一种基于聚类的路由协议l’31，LEAcH协议分为两个阶段操作，即类准备阶段和就绪阶段。为了使能耗最小化，就绪阶段持续的时间比类准备阶段长。类准备阶段和就绪阶段所持续的时间总和称为一轮。在类准备阶段，LEACH协议随机选择一个传感器节点作为类头节点，随机性确保类头与基站之间数据传输的高能耗成本均匀地分摊到所有传感器节点。在类头节点选定后，该类头节点对网络中所有节点进行广播，广播数据包含有该节点成为类头节点的信息。一旦传感器节点收到广播数据包，根据接收到的各个类头节点广播信号强度，该节点选择信号强度最大的类头节点加入，向其发送成为其成员的数据包。类形成后，类头节点采用TDMA策略分配通道使用权给类内节点。一旦处于就绪阶段，类头节点开始接收类内各节点采集的数据，然后采用数据融合和数据压缩等技术进行汇聚，将整合后的数据传输给sink节点。在就绪阶段持续了一段时间后，网络又进入了另一次的类准备阶段。本文采取了基于地理位置信息，因为同个地理领域的传感器节点间的感知内容是相关的，在分析平面路由与分层路由协议的基础上，理解了其各自的优缺点，从而设计了结构化对等PZP无线传感器网络路由协议，使一定范围内的传感器节点均处于对等地位，相互间可以直接发送数据，避免了信息内爆以及簇头节点负载过重的现象。若您对计算机毕业论文有所需求，请到计算机论文专区下载
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