基于地理位置的无线传感器网络路由协议

基于地理位置的无线传感器网络路由协议

Routing Algorithms Based on Location Information for Wireless Sensor Network

郑锴,童利标,陆文骏

摘要：基于地理位置的路由协议是无线传感器网络路由协议研究的一个重要方向。利用位置信息指导路由的发现、维护和数据转发，能够优化路径选择，减少路由能耗，实现网络的全局优化。从限制洪泛机制、虚拟分区机制、最优路由确认机制3个方面，可以看出地理位置信息在路由协议中的重要性。

关键词：无线传感器网络；路由协议；地理位置；虚拟分区

Abstract:Routing algorithms based on geographical location information is an important research subject in the wireless sensor network. The routing algorithms based on geographical location information can confirm the best routing, reduce the energy consumption, and optimize the whole network. Through three aspects involving the flooding restriction scheme, the virtual area partition scheme and the best routing choice scheme, the importance of location information is seen in the routing algorithm.

Key words:wireless sensor network; routing algorithm; location information; virtual area partition

无线传感器网络(WSN)是将大量的具有通信与计算能力的微小传感器节点设置在无人值守的监控区域，构成的智能自治测控网络系统。在WSN的实际应用中，尤其是军事应用中，往往需要实现对传感器节点的定位，获取监控区域的地理位置信息，因此，位置信息也很自然地被考虑到WSN路由协议的设计中。基于地理位置的路由协议是当前路由协议研究的一个重要方向，受到了广泛关注。

基于地理位置的路由协议利用位置信息指导路由的发现、维护和数据转发，能够实现信息的定向传输，避免信息在整个网络的洪泛，减少路由协议的控制开销，优化路径选择，通过利用节点位置信息构建网络拓扑图，易于进行网络管理，实现网络的全局优化。

国内外的学者针对不同的应用背景已经提出了多种基于地理位置的路由协议，如何充分地利用地理信息来实现高效的路由是研究的重点。本文将具体分析地理信息在路由协议中的应用，分别从限制洪泛机制、虚拟分区机制、最优路由确认机制等3个方面进行分析。

1 基于位置信息的限制洪泛机制

传统的Flooding洪泛路由协议具有简单性和鲁棒性的优点[1]，许多路由协议的设计中都采用了洪泛路由的思想，然而洪泛路由存在着信息重叠和信息“内爆”现象，造成了大量的信息冗余和盲目的资源浪费。利用距离、方位等地理信息来指导和限制路由洪泛，界定洪泛路由搜索区域，能够大大提高路由搜索的方向性和有效性。当在路由受限区域内没有合适的路径时，可以自适应地对洪泛区域进行调整，或采用传统洪泛的方法继续进行路由搜索。受限洪泛区域主要有距离受限域、角度受限域和矩形受限域等形式。

1.1 距离洪泛受限域

目的区域的位置不确定时，可以构建一种简单的距离限制域：路由搜索信息向距离信息发送节点更远的方向进行洪泛，只有距离信息发送节点更远的节点收到数据包时才进行转发，通过这种方式能够减少信息的冗余。目的区域的位置能够确定时，可以由距离目的区域更近的节点所在的区域来构成路由请求区域。如位置辅助路由(LAR)协议中确定路由请求区域的其中一种方案，便采用了这种思想[2]。

1.2 角度洪泛受限域

角度限制域是根据某一个角度而确定的受限域，也就是说，位于一定的角度范围内的中间节点才能作为路由洪泛的中继转发节点。限制角度的选取有多种方法，图1、图2和图3分别示意了3种角度选取方法。

图1中所确定的角度受限域由两条相交的射线OM和OP所构成[3]，以源节点S和目的节点D为圆心、以RS和RD为半径构造了两个界限圆，不妨假设RS >RD，可以得出两圆的公切线以及它们的交点O，易于算出限制角∠SOM的度数。RS 和RD的大小根据具体应用进行设定。

图2中所确定的限制角度是变化的，而不是固定不变。S 点为源节点，D点为目的节点，X为一个中转节点。X所转发的路由请求包中包含限制角∠DXM，可以根据式(1)计算：

收到X转发的数据包的节点J和K分别计算∠DXJ和∠DXK，并与∠DXM比较大小。若该角度小于限定角的节点继续转发数据包，则节点K丢弃数据包，节点J 将转发路由请求数据包，并且节点J 将按照上述处理方法更新限定角的大小并继续转发数据包。

图3中源节点的路由请求数据包中包含自身的位置信息和预定的限制角度[4]，中间节点M 收到数据包后，通过三角公式可

以得出自己和源节点S、目的节点D间的夹角∠SMD，如果∠SMD大于预定的转发限制角，则继续转发，否则就丢弃数据包。预定的限制角度可以根据具体应用进行设定。

1.3 矩形洪泛受限域

矩形限制域即是通过一定的策略所划定的矩形洪泛区域，具体给出以下两种划分方法。

图4中的矩形区域即为矩形受限域的一种构造方法。以源节点S 和目的节点D 作为两个顶点总可以构造矩形区域。为提高路由请求的成功率，可以将目的地扩展为一个半径为R 的圆形区域进行优化。半径R 一般不超过节点的通信半径，其设置可以根据节点的稠密程度进行调整，一般情况下，如果节点稠密可以将R 设定得小些，如果节点稀疏则可以将R 设定得大些，以保证路由的成功率。

图5中给出了另外的一种矩形受限区域[5]，源节点S 和目的节点D分别作为所构造矩形两条对应边L1、L2的中心，以与源节点和目的节点所构成的直线所平行的两条线段L3、L4作为矩形的另外两条边。其中w 为L1、L2的边长，其大小可根据具体应用进行设定。

此外，通过对整个区域划分为网格，进而查询信息分别在各个矩形网格内进行洪泛，如双层数据发布(TTDD)协议[6]，也可以理解为矩形限制域的一种构造方法。

2 基于位置信息的网络虚拟分区机制

基于虚拟分区的路由机制是利用地理位置信息将整个监控区域划分为若干子区域，进而利用区域的位置信息来设计路由的机制。它适合于大规模网络，可扩展性强，利用组织结构设计的方法较好地解决了大规模网络的协同问题；各分区所包含的位置信息利于路由的建立，能够实现方向性信息传输，减少信息传输的盲目性，减少信息冗余，便于信息融合和移动节点处理，信息传输的实时性好；此外通过对区域内的节点的任务分配和调度，可以使部分节点处于休眠状态，节省能量，延长网络寿命。

虚拟分区可以有多种形式，包括规则的几何网络分区、虚拟极坐标系统以及由分簇算法形成的不规则分区等。具体实现中，可以考虑将整个网络均衡地划分为网格区域；也可以根据节点密度、连通度、网络规模等信息将网络非均匀地划分为若干分区。路由搜索过程中，可分为区域内路由和区域间路由两个过程分别进行考虑。

2.1 规则网络区域的划分

规则网络分区可以考虑采用包括矩形、正六边形、三角形、菱形、圆形、扇形区域等多种形式。正六边形区域是借鉴蜂窝网的小区机制，由于其计算较为复杂，较少采用；圆形区域方法是通过比较分区半径和节点到分区中心点距离确定节点的所属分区，在分区的边界会有重叠；文献[7]中提出了三角形或菱形区域的分区方法，即是将网络区域划分为三角形或菱形的网格分区。文献[8]中提出了将网络区域划分为环带扇形栅格的分区方法；矩形区域划分方法不存在重叠区域，实现过程比较简单，在实际中得到了较多的采用。

方形网格是最常用的矩形分区方法，是较多地采用的一种分区方式，如基于位置的能量感知路由(GAF)[9]、TTDD、基于网格的路由(GRID)、基于网格的分簇路由(GROUP)[10]等协议。本文中将对几种典型的基于方形网格的路由协议进行分析。

GAF协议中，根据节点的位置信息和通信半径，将网络区域划分成若干虚拟单元格，保证相邻单元格中的任意两个节点都能够直接通信。假设所有节点的通信半径为R，网格区域划分的边长为r，则为了保证任两

个单元格间的通信，需要满足。网格内采用让部分节点进入休眠状态以减少能量消耗的拓扑控制算法，同时采用节点状态转换机制控制节点的状态。GAF的核心思想是尽量通过使虚拟网格中的每个区域的代表节点总是处于激活状态模式来保持网络互联。

TTDD协议中，当多个节点探测到事件发生时，选择一个节点作为发送数据的源节点。源节点以自身作为格状网的一个交叉点构造一个格状网。其过程是：源节点先计算出4个相邻交叉点的位置，利用贪婪算法请求最接近交叉点位置的节点成为转发节点，转发节点继续这个过程直至请求任务超时或到达网络边缘。转发节点保存了事件和源节点的信息，是以后进行数据传输的参与者。在汇聚节点进行数据查询时，汇聚点的查询请求采用洪泛的方式在在交叉点间传播，直到源节点收到查询请求，数据反向传送到汇聚节点。

GRID协议中整个网络被分成若干固定大小的虚拟网格，路径由一组特定的虚拟网格组成。每个网格中通过一定的方法选取一个节点作为网关，负责所有经过本网格的数据包的转发，路由采取从网格到网格的方式。文献[5]中给出了多种网格边长的确定方法，其中，若设节点的通信半径为R，网格边长为r，则当

满足时，就能保证对角的相邻网格间节点的通信畅通，即能满足八向邻域网格间的通信。

GROUP协议中，每隔一定的时间，由Sink点选出网格种子节点，进而建立以网格种子节点为基准点的一定宽度的虚拟格子。每个网格中选举出一个节点作为簇头节点，簇头节点一般接近网格交叉点，在簇头节点周围一定范围内的节点都属于该簇。

2.2 虚拟极坐标系统

虚拟极坐标系统是一种较为特殊的角度分区方式，适用于数据中心存储方式的地理位置辅助路由(GEM)

协议[11]基本思想便是建立一个虚拟极坐标系统来表示实际的网络拓扑结构。网络中的节点形成一个以汇聚节点为根的带环树，每个节点用到树根的跳数距离和角度范围来表示，节点间的路由通过这个带环树来表示。虚拟极坐标系统建立过程为：由汇聚点将角度范围分配给每个子节点，如[0，90]。每个子节点得到的角度范围正比于以该节点为根的子节点的数目。每个子节点按照同样的方式将自己的角度范围分配给它的子节点。这个过程一直持续进行，直到每个叶节点分配到一个角度范围。这样，节点可以根据一个统一的规则(如顺时针方向)为子节点设定的角度范围，使得同一级节点的角度范围顺序递增或递减，于是到汇聚点跳数相同的节点就形成了一个环形结构，整个网络则形成一个以汇聚节点为根的带环树。其基本的路由过程为：节点发送数据时，若目的位置的角度不在角度范围内，就向父节点传递该消息，父节点也采用同样的方式处理该消息，直到消息到达了包含目的节点的位置角度的节点。

2.3 基于分簇算法的不规则分区

位置信息在分簇路由中也能够得到重要的应用，根据不同的分簇算法所形成的各个簇往往同时构成了不规则的网络虚拟分区。簇头的产生是簇形成的基础，簇的位置信息是簇头选择算法的一个重要准则，这些地理信息包括节点距簇头的距离、簇头距基站的距离、距离能耗比等信息。如基于模糊逻辑的簇头选举(CEFL)算法[12]将节点向心性作为一个簇头选举的准则，向心性即节点靠近簇中心的程度，用该节点到簇内其它节点的距离平方和来度量。簇头产生之后，周围节点根据簇头的分布选择所加入的簇，位置信息同样会得到应用，如在基于能量优先的分簇路由(EECS)协议[13]中，节点确定所加入的簇的通信代价的计算公式中，考虑到了节点到簇头的距离以及簇头到基站的距离。

3 基于位置信息的最优路径确认机制

在网络多跳转发节点选择过程中，往往要依据一定的准则选取最优节点作为下一跳转发节点。基于地理位置信息的最优路径确认机制是将角度、距离等位置信息作为一个路径选择准则而建立路由。具体列举几种典型的路由算法来说明地理信息在最优路径确认中的作用。

3.1 GPSR协议

贪婪型转发和沿周边转发路由(GPSR) [14]是采用贪婪转发算法的典型代表协议。当节点需要转发数据分组时，它首先在邻节点中选择距离目标最近的节点作为其下一跳节点，然后将数据分组转发给该节点。针对贪婪算法引起的局部优化问题，即当找不到满足条件的下一跳节点的时候，GPSR提出了边界转发策略，作为贪婪转发算法的一个补充，采用在该区域原始网络图之上建立平面图的方法解决路由空洞的问题，即通过围绕平面图边界向目标区继续转发的方式恢复路由。完整的GPSR协议结合利用贪婪算法和边界转发算法来实现数据向目的节点的转发。网络中以贪婪转发为主，当找不到满足条件的下一跳节点时，在平面图中使用边界转发算法来决定下一跳。

3.2 GEAR协议

基于地理位置和能量的路由(GEAR) [15]采用查询的方法来建立从源节点到事件区域的路由。借鉴了GPSR 的贪婪算法的思想，利用节点的地理位置信息以及节点能量剩余情况，选择综合开销(节点能量消耗与距离目标远近的组合)最小的邻节点进行数据转发，建立查询消息到事件区域的路径。查询信息到达事件区域后，可以采用迭代地理转发的策略或受限洪泛的方式发布该数据。

采用迭代地理转发的策略时，事件区域内首先收到查询命令的节点将事件区域分为若干的子区域，并

向所有子区域的中心位置转发查询命令，子区域中最靠近中心位置的节点收到查询命令，并将自己所在的子区域再次划分为若干的子区域并向各子区域中心位置转发查询命令。该消息传播过程是一个一次迭代的过程，当节点发现自己是区域内唯一的节点，或子区域内没有节点时，则停止向该子区域发送查询命令。当所有子区域转发过程全部结束时，整个迭代过程终止。递归地理转发机制更为适用于区域节点分布密集的应用环境。

3.3 TBF协议

基于传输轨道的路由(TBF)[16]利用参数在数据包头中指定一条连续的传输轨道而不是路由节点序列。节点利用贪婪算法根据其轨道参数和邻节点的位置，计算出最接近的邻节点作为下一跳节点。通过指定不同的轨道参数，很容易实现多路径传播、广播和对特定区域的广播和多播。

3.4 SPAN协议

基于能量协调的地理路由(SPAN)[17]根据节点的位置选取一些节点作为协调者或主管节点，这些选出的主节点形成一个网络骨干，专门负责转发消息，不在骨干网上的节点，定期地休眠。网络中的每个节点能够以分布式方法，独立、周期性地判断自己应该处于休眠状态还是工作状态。

4 结束语

地理位置路由协议是路由协议研究的一个重要领域。从长远来看，可以从以下几个方面对基于地理位置的路由协议进行进一步研究：

(1)结合定位技术进行路由协议研究。现有的地理路由协议中，大都没有具体指出获取节点位置信息的具体方法，多是在假设节点位置信息已知的情况下进行研究，实际上节点的定位技术仍然是当前WSN研究中的一个重点和难点问题，节点定位的过程和精度影响着路由协议的设计。结合定位算法来考虑路由协议的设计，考虑到定位精度对协议性能的影响，能够提高路由协议的有效性和针对性。不依赖于定位信息的地理位置路由(GRWLI)协议[18]提出了一种只需少量节点精确位置信息就可正确路由的地理路由机制，协议的关键是利用少数的信标节点来确定全局坐标系以及其他节点在全局坐标系中的位置。

(2)考虑到地形影响的路由协议研究。实际应用中，WSN往往要受到地貌、地物等地理因素的影响。已有的一些路由往往是基于虚拟的二维地理空间进行考虑，对实际环境的考虑不够充分。因此，基于实际地理环境进行路由协议研究也是一个需要研究的问题。

(3)基于覆盖控制的地理位置路由协议研究。路由协议的设计过程中，要考虑到节点连通和网络覆盖问题。尤其是在路由设计中考虑到休眠机制时，需要对覆盖控制问题进行分析。

(4)基于地理位置的安全路由协议研究。许多应用中，尤其在军事应用中，必须考虑到路由协议的安全性。例如，在文献[19]中，进行了基于地理位置的密钥分配的研究。

(5)水下、深空、地下无线传感器网络基于地理位置的路由协议的研究。针对这些特殊的应用场合，应开展相应的研究工作。

5 参考文献

[1] HEDETNIEMI S, LIESTMAN A. A survey of gossiping and broadcasting in communication networks [J]. Networks, 1998, 18(4): 319-349.

[2] KO YOUNG BAE, VAIDYA N H. Location-aided Routing (LAR) in mobile Ad Hoc networks [J]. Wireless Networks, 2000, 6(4):307-321.

[3] 张锦. 传感器网络中基于位置信息的路由算法研究[D]. 长沙: 湖南大学, 2004:14-20.

[4] 王军, 于海斌. 一种两段式传感器网络路由协议[J]. 仪器仪表学报, 2007, 28(5):908-913.

[5] LIAO W H, TENG Y C, SHEU J P. GRID: A fully location-aware routing protocol for mobile Ad Hoc net works [J]. Telecommunication Systems, 2001, 18(1): 37-60.

[6] YE F, LUO H, CHENG J, et al. A two-tier data dissemination model for large-scale wireless sensor networks [J].Wireless Networks, 2005, 11(2): 161-175.

[7] WANG XUEQING, YANG YONGTIAN, ZHANG ZHOUGLIN, et a1. A virtual rhomb grid-based movement-assisted sensor deployment algorithm in wireless sensor networks [C]// Proceedings of the International Multi-symposiums on Computer and Computational Sciences: Vol 1, Apr 20-24, 2006, Hangzhou, China. Piscataway, NJ, USA: IEEE Computer Society, 2006: 491-495.

[8] 孙雨耕, 李桂丹, 武晓光, 等. 基于基站辅助定位的无线传感器网络通信协议[J]. 天津大学学报, 2007, 40(1): 98-103.

[9] XU Y, HEIDEMANN J, ESTRIN D. Geography informed energy conservation for Ad-hoc routing

[C]//Proceedings of the Seventh Annual ACM/IEEE International Conference on Mobile Computing and Networking, Jul 16-21, 2001. Rome, Italy. 2001: 70-84.

[10] YU LIVANG, WANG NENG, ZHANG WEI. GROUP: a Grid-clustering Routing Protocol for Wireless Sensor Networks[C]// proceedings of International Conference on Wireless Communications, Networking and Mobile Computing, Sep 22-24,2006, Wuhan, China. Piscataway, NJ ,USA:IEEE,2006: 1-5.

[11] NEWSOME J, SONG D. GEM: Graph embedding for routing and data-centric storage in sensor networks without geographic information [C]//Proceeding of 1st ACM Conference on Embedded Networked Sensor Systems, Nov 5-7, 2003, Los Angeles, CA, USA. New York, NY, USA: ACM, 2003: 76-88.

[12] GUPTA I, RIORDAN D. Cluster-head election using fuzzy logic for wireless sensor networks

[C]//Proceedings of the 3rd Annual Communication Networks and Services Research Conference, May 16-18, 2005, Halifax, Canada. 2005: 255-260.

[13] YE M, LI C F, CHEN G H, et al. EECS: An energy efficient clustering scheme in wireless sensor networks [C]//Proceeding of the IEEE International Performance Computing and Communications Conference, Apr 7-9, 2005, Phoenix, AZ, USA. New York, NY, USA: IEEE, 2005: 535-540.

[14] Karp B, Kung H. GPSR: Greedy perimeter stateless routing for wireless networks

[C]//Proceeding of the 6th Annual International Conference on Mobile Computing and networking, Aug 6-11, 2000, Boston, MA, USA. New York, NY, USA: ACM, 2000: 243-254.

[15] YU Y, GOVINDAN R, ESTRIN D. Geographical and energy aware routing: A recursive data dissemination protocol for wireless sensor networks [R]. UCLA/CSD-TR-01-0023. 2001.

[16] NICULESU D, NATH B. Trajectory based fording and its applications [C]//Proceedings of the 9th Annual International Conference on Mobile Computing and Networking, Sep 14-19, 2003, San

Diego, CA, USA. New York, NY, USA: ACM, 2003: 260-272.

[17] CHEN B, JAMIESON K, BALAKRISHNAN H, et a1. SPAN: An energy efficient coordination algorithm for topology maintenance in ad hoc wireless networks [J]. Wireless Networks, 2002, 8(5): 481-494.

[18] RAO A, RATNASAMY S, PAPADIMITRIOU C, et a1. Geographic Routing without Location Information

[C]//Proceedings of the 9th Annual International Conference on Mobile Computing and Networking, Sep 14-19, 2003, San Diego, CA, USA. New York, NY, USA: ACM, 2003: 96-108.

[19] 蔡晓, 杨庚, 王江涛. 一种基于位置信息的WSN随机密钥预分配方法[J]. 南京邮电大学学报:自然

科学版, 2007, 27(1): 20-24.

收稿日期：2008-01-31

作者简介：

郑锴，解放军炮兵学院在读硕士研究生。研究方向为无线传感器网络路由协议。童利标，解放军炮兵学院副教授、硕士研究生导师。研究方向为多传感器信息融合、无线传感器网络等。陆文骏，解放军炮兵学院讲师。研究方向为无线传感器网络。

TOP关闭

基于无线传感器网络的环境监测系统设计与实现

南京航空航天大学 硕士学位论文 基于无线传感器网络的环境监测系统设计与实现 姓名：耿长剑 申请学位级别：硕士 专业：电路与系统 指导教师：王成华 20090101

南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种集成了计算机技术、通信技术、传感器技术的新型智能监控网络，已成为当前无线通信领域研究的热点。 随着生活水平的提高，环境问题开始得到人们的重视。传统的环境监测系统由于传感器成本高，部署比较困难，并且维护成本高，因此很难应用。本文以环境温度和湿度监控为应用背景，实现了一种基于无线传感器网络的监测系统。 本系统将传感器节点部署在监测区域内，通过自组网的方式构成传感器网络，每个节点采集的数据经过多跳的方式路由到汇聚节点，汇聚节点将数据经过初步处理后存储到数据中心，远程用户可以通过网络访问采集的数据。基于CC2430无线单片机设计了无线传感器网络传感器节点，主要完成了温湿度传感器SHT10的软硬件设计和部分无线通讯程序的设计。以PXA270为处理器的汇聚节点，完成了嵌入式Linux系统的构建，将Linux2.6内核剪裁移植到平台上，并且实现了JFFS2根文件系统。为了方便调试和数据的传输，还开发了网络设备驱动程序。 测试表明，各个节点能够正确的采集温度和湿度信息，并且通信良好，信号稳定。本系统易于部署，降低了开发和维护成本，并且可以通过无线通信方式获取数据或进行远程控制，使用和维护方便。 关键词：无线传感器网络，环境监测，温湿度传感器，嵌入式Linux，设备驱动

Abstract Wireless Sensor Network, a new intelligent control and monitoring network combining sensor technology with computer and communication technology, has become a hot spot in the field of wireless communication. With the improvement of living standards, people pay more attention to environmental issues. Because of the high maintenance cost and complexity of dispose, traditional environmental monitoring system is restricted in several applications. In order to surveil the temperature and humidity of the environment, a new surveillance system based on WSN is implemented in this thesis. Sensor nodes are placed in the surveillance area casually and they construct ad hoc network automatieally. Sensor nodes send the collection data to the sink node via multi-hop routing, which is determined by a specific routing protocol. Then sink node reveives data and sends it to the remoted database server, remote users can access data through Internet. The wireless sensor network node is designed based on a wireless mcu CC2430, in which we mainly design the temperature and humidity sensors’ hardware and software as well as part of the wireless communications program. Sink node's processors is PXA270, in which we construct the sink node embedded Linux System. Port the Linux2.6 core to the platform, then implement the JFFS2 root file system. In order to facilitate debugging and data transmission, the thesis also develops the network device driver. Testing showed that each node can collect the right temperature and humidity information, and the communication is stable and good. The system is easy to deploy so the development and maintenance costs is reduced, it can be obtained data through wireless communication. It's easy to use and maintain. Key Words: Wireless Sensor Network, Environment Monitoring, Temperature and Humidity Sensor, Embedded Linux, Device Drivers

无线传感器网络路由协议

无线传感器网络的关键技术有路由协议、MAC协议、拓扑控制、定位技术等。路由协议: 数据包的传送需要通过多跳通信方式到达目的端,因此路由选择算法就是网络层设计的一个主要任务。路由协议主要负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点,它主要包括两个方面的功能: 1、寻找源节点与目的节点间的优化路径。 2、将数据分组沿着优化路径正确转发。 无线传感器与传统的无线网络协议不同之处,它受到能量消耗的制约,并且只能获取到局部拓扑结构的信息,由于这两个原因,无线传感器的路由协议要能够在局部网络信息的基础上选择合适路径。传感器由于它很强的应用相关性,不同应用中的路由协议差别很大,没有通用的路由协议。无线路由器的路由协议应具备以下特点: （1）能量优先。需要考虑到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。WSN为了节省通信能量,通常采用多跳的通信模式,因此节点如何在只能获取到局部拓扑信息与资源有限的情况下实现简单高效的路由机制,这就是WSN的一个基本问题。 （3）以数据为中心。传统路由协议通常以地址作为节点的标识与路由的依据,而WSN由于节点的随机分布,所关注的就是监测区域的感知数据,而不就是具体哪个节点获取的信息,要形成以数据为中心的消息转发路径。（4）应用相关。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。 现介绍几种常见的路由协议(平面路由协议、网络分层路由协议、地理定位辅助路由协议): 一、平面路由协议 平面路由协议中,逻辑结构时平面结构,节点间地位平等,通过局部操作与反馈信息来生成路由。当汇聚点向某些区域发送查询并等待来自于这些区域内传感器所采集的相关数据,其中的数据不能采用全局统一的ID,而就是要采用基于属性的命名机制进行描述。平面路由的优点就是结构简单、鲁棒性(即路由机制的容错能力)较好,缺点就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较慢。其中典型的平面路由协议有以下几种: 1、1、洪泛式路由(Flooding): 这就是一种传统的网络通信路由协议。这种算法不要求维护网络的拓扑结构与相关路由的计算,仅要求接受到信息的节点以广播形式转发数据包。例如:S节点要传送一段数据给D节点,它需要通过网络将副本传送给它每一个邻居节点,一直到传送到节点D为止或者为该数据所设定的生存期限为零为止。优点在于:实现简单;不需要为保持网络拓扑信息与实现复杂路由发现算法消耗计算资源;适用于鲁棒性较高的场合。但同时也有相应的缺点:一个节点可能得到一个数据的多个副本;存在部分重叠,如果相邻节点同时对某件事作出反应,则两个节点的邻居节点将收到两份数据副本;盲目使用资源,无法作出自适应的路由选择。 为克服Flooding算法这些固有的缺陷,S、Hedetniemi等人提出闲聊式(Gossiping)策略。这种算法采用随机性原则,即节点发送数据时不再采用广播形式,而就是随机选取一个相邻节点转发它接收到的数据副本(避免了消息爆炸的结果)。

无线传感器网络面临的安全隐患及安全定位机制

无线传感器网络面临的安全隐患及安全定位机制 随着通信技术的发展，安全问题显得越来越重要。在现实生活中，有线网络已经深入到千家万户：互联网、有线电视网络、有线电话网络等与人们生活的联系越来越紧密，已经成为必不可少的一部分，有线网络的安全问题已经能够得到有效的解决。在日常生活中，人们可以放心的使用这些网络，利用它来更好的生活和学习。然而随着无线通信技术的不断发展，无线网络在日常生活中已占据重要的地位，如无线LAN技术、3G技术、4G技术等，同时也有许多新兴的无线网络技术如无线传感器网络， Ad-hoc 等有待进一步发展。随着人们对无线通信的依赖越来越强烈，无线通信的安全问题也面临着重要的考验。本章首先介绍普通网络安全定位研究方法，随后介绍无线传感器网络存在的安全隐患以及常见的网络攻击模型，分析比较这些攻击模型对定位的影响，最后介绍已有的一些安全定位算法，为后续章节的相关研究工作打下基础。 3.1 安全定位研究方法 不同的定位算法会面临着不同的安全方面的问题，安全定位的研究方法可以 采用图 3-1 所示的流程来进行。

图3-1安全定位方法研究流程图 Figure 3-1 Flowchart of security positi oning research method 在研究中首先要找出针对不同定位算法的攻击模型，分析这些攻击对定位精 度所造成的影响，然后从两方面入手来解决这个安全问题或隐患：一方面改进定 位算法使得该定位算法不易受到来自外界的攻击，另一方面可以设计进行攻击检 测判断及剔除掉受到攻击的节点的安全定位算法或者把已有的安全算法进行改进使之能够应用于无线传感器网络定位，还可以从理论上建立安全定位算法的数学模型，分析各种参数对系统性能的影响，最后根据这个数学模型对算法进行仿真，并把仿真结果作为反馈信息，对安全定位算法进一步优化和改进，直到达到最优为止。 3.2安全隐患 由于无线传感器网络随机部署、网络拓扑易变、自组织成网络和无线链路等特点，使其面临着更为严峻的安全隐患。在传感器网络不同的定位算法中具有不同的定位思想，所面临的安全问题也不尽相同。攻击者会利用定位技术的弱点设计不同的攻击手段，因此了解各定位系统自身存在的安全隐患和常见的攻击模型对安全定位至

无线传感器网络的特点

无线传感器网络的特点 大规模网络 为了获取精确信息，在监测区域通常部署大量传感器节点，传感器节点数量可能达到成千上万，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，在一个面积不是很大的空间内，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。 自组织网络在 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。动态性网络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出现故障或失效；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。 可靠的网络 传感器网络特别适合部署在恶劣环境或人类不宜到达的区域，传感器节点可能工作在露天环境中，遭受太阳的暴晒或风吹雨淋，甚至遭到无关人员或动物的破坏。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。由于监测区域环境的限制以及传感器节点数目巨大，不可能人工“照顾每个传感器节点，网络的维护十分困难甚至不可维护。传感器网络的通信保密性和安全性也十分重要，要防止监测数据被盗取和获取伪造的监测信息。因此，传感器网络的软硬件必须具有鲁棒性和容错性。

(中文)基于无线传感器网络桥梁安全监测系统

基于无线传感器网络的桥梁安全检测系统 摘要 根据桥梁监测无线传感器网络技术的桥梁安全监测系统，以实现方案的安全参数的需要；对整个系统的结构和工作原理的节点集、分簇和关键技术，虽然近年来在无线传感器网络中，已经证明了其潜在的提供连续结构响应数据进行定量评估结构健康，许多重要的问题，包括网络寿命可靠性和稳定性、损伤检测技术，例如拥塞控制进行了讨论。 关键词：桥梁安全监测；无线传感器网络的总体结构；关键技术 1 阻断 随着交通运输业的不断发展，桥梁安全问题受到越来越多人的关注。对于桥梁的建设与运行规律，而特设的桥梁检测的工作情况，起到一定作用，但是一座桥的信息通常是一个孤立的片面性，这是由于主观和客观因素，一些桥梁安全参数复杂多变[1]。某些问题使用传统的监测方法难以发现桥梁存在的安全风险。因此长期实时监测，预报和评估桥梁的安全局势，目前在中国乃至全世界是一个亟待解决的重要问题。 桥梁安全监测系统的设计方案，即通过长期实时桥跨的压力、变形等参数及测试，分析结构的动力特性参数和结构的评价科关键控制安全性和可靠性，以及问题的发现并及时维修，从而确保了桥的安全和长期耐久性。 近年来，桥梁安全监测技术已成为一个多学科的应用，它是在结构工程的传感器技术、计算机技术、网络通讯技术以及道路交通等基础上引入现代科技手段，已成为这一领域中科学和技术研究的重点。 无线传感器网络技术，在桥梁的安全监测系统方案的实现上，具有一定的参考价值。 无线传感器网络（WSN）是一种新兴的网络科学技术是大量的传感器节点，通过自组织无线通信，信息的相互传输，对一个具体的完成特定功能的智能功能的协调的专用网络。它是传感器技术的一个结合，通过集成的嵌入式微传感器实时监控各类计算机技术、网络和无线通信技术、布式信息处理技术、传感以及无线发送收集到的环境或各种信息监测和多跳网络传输到用户终端[2]。在军事、工业和农业，环境监测，健康，智能交通，安全，以及空间探索等领域无线传感器网络具有广泛应用前景和巨大的价值。 一个典型的无线传感器网络，通常包括传感器节点，网关和服务器，如图1

无线传感器网络的应用与影响因素分析

无线传感器网络的应用与影响因素分析 摘要：无线传感器网络在信息传输、采集、处理方面的能力非常强。最初，由于军事方面的需要，无线传感网络不断发展，传感器网络技术不断进步，其应用的范围也日益广泛，已从军事防御领域扩展以及普及到社会生活的各个方面。本文全面描述了无线传感器网络的发展过程、研究领域的现状和影响传感器应用的若干因素。关键词：无线传感器网络；传感器节点；限制因素 applications of wireless sensor networks and influencing factors analysis liu peng (college of computer science,yangtze university,jingzhou434023,china) abstract:wireless sensor networks in the transmission of informa- tion,collecting,processing capacity is very strong.initially,due to the needs of the military aspects of wireless sensor networks,the continuous development of sensor network technology continues to progress its increasingly wide range of applications,from military defense field to expand and spread to various aspects of social life.a comprehensive description of the development

无线传感器网络定位方法综述

第36卷　增刊Ⅰ2008年　10月　华　中　科　技　大　学　学　报(自然科学版) J.Huazhong Univ.of Sci.&Tech.(Natural Science Edition )Vol.36Sup.Ⅰ　Oct.　2008 收稿日期:2008207215. 作者简介:郝志凯(19832),男,博士研究生,E 2mail :zk -hao @https://www.sodocs.net/doc/8318181996.html,. 基金项目:国家高技术研究发展计划资助项目(2006AA11Z225);国家自然科学基金资助项目(60635010, 60605026). 无线传感器网络定位方法综述 郝志凯　王　硕 (中国科学院自动化研究所复杂系统与智能科学实验室,北京100190) 摘要:介绍了国内外研究机构在无线传感器网络定位方法方面开展的研究工作,并对这些研究工作进行了归纳和总结.定位的基本方法分为距离式定位和非距离式定位.距离式定位是通过测量距离或角度进行位置估计,测量数据的精度对定位精度有很大影响.非距离式定位是通过节点间的hop 数或估计距离计算节点的坐标,这种方法不需要测量距离或角度,利用估计距离代替真实距离,算法简单但精度不高.无线传感器网络中定位方法的应用需要针对不同的应用场合,综合考虑节点的规模、成本及系统对定位精度等要求来进行设计和选择. 关　键　词:无线传感器网络;定位方法;距离式定位;非距离式定位;相对定位 中图分类号:TN919.2;TP732 文献标识码:A 文章编号:167124512(2008)S120224204 Survey on localization algorithms for wireless sensor net w orks H ao Zhi k ai W ang S huo (Laboratory of Complex Systems and Intelligence Science ,Institute of Automation , Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100190) Abstract :Current researches in wireless sensor networks (WSNs ′ )localization algorit hms are int ro 2duced ,and t hese researches are analyzed and concluded.The p recision of t he nodes ′locations are im 2portant for t he data ′s effectiveness in WSNs ′.The localization algorit hms are divided into range 2based and range 2free.Range 2based algorit hms use t he measured distance and angle to calculate t he nodes ′coordinates.However ,t he range 2f ree researches use hop s or evaluated distance to localization ,which are simple but low 2precision.In different occasions ,t he algorit hm should be taken account in t he net 2work ′s size ,co st ,p recision and so on. K ey w ords :wireless sensor networks (WSNs ′ );localization ;range 2based ;range 2f ree ;relative po sitio 2ning 目前广泛使用的全球卫星导航定位系统GPS 可用来确定携带者的绝对位置,但不适合在 无线传感器网络中大量使用.主要有以下原因[1]:a .成本高.无线传感器网络中的节点数量多、分 布密集,如果各节点都配备GPS 接收器成本很高;b .能源限制.网络中的节点通常是通过内部电池进行供电,由于其工作环境有时在森林、山地等人迹罕至的地方,对其进行电源更换困难;c .工作环境限制.节点有时会分布在室内等电磁 波较难到达的环境中,这种工作环境下GPS 无法完成定位任务;d .尺寸较大.由于上述种种原因使得GPS 不能广泛用在无线传感器网络系统的节点上,这就需要发展适合于无线传感器网络应用的节点定位方法. 鉴于无线传感器网络节点在能耗、计算能力、通信能力等方面的限制,其节点的定位方法应该具有分布式、低复杂性、精度较高、通用性较好等特点,国内外的研究机构已开展了大量工作[2～9].

基于无线传感器网络的智能交通系统的设计

一、课题研究目的 针对目前中国的交叉路口多，车流量大，交通混乱的现象研究一种控制交通信号灯的基于无线传感器的智能交通系统。 二、课题背景 随着经济的快速发展，生活方式变得更加快捷，城市的道路也逐渐变得纵横交错，快捷方便的交通在人们生活中占有及其重要的位置，而交通安全问题则是重中之重。据世界卫生组织统计，全世界每年死于道路交通事故的人数约有120 万，另有数100 万人受伤。中国拥有全世界1. 9 %的汽车，引发的交通事故占了全球的15 % ，已经成为交通事故最多发的国家。2000 年后全国每年的交通事故死亡人数约在10 万人，受伤人数约50万，其中60 %以上是行人、乘客和骑自行车者。中国每年由于汽车安全方面所受到的损失约为5180 亿(人民币)，死亡率为9 人/ 万·车，因此，有效地解决交通安全问题成为摆在人们面前一个棘手的问题。 在中国，城市的道路纵横交错，形成很多交叉口，相交道路的各种车辆和行人都要在交叉口处汇集通过。而目前的交通情况是人车混行现象严重，非机动车的数量较大，路口混乱。由于车辆和过街行人之间、车辆和车辆之间、特别是非机动车和机动车之间的干扰，不仅会阻滞交通，而且还容易发生交通事故。根据调查数据统计，我国发生在交叉口的交通事故约占道路交通事故的1/ 3，在所有交通事故类型中居首位，对交叉口交通安全影响最大的是冲突点问题，其在很大程度上是由于信号灯配时不合理(如黄灯时间太短,驾驶员来不及反应)，以及驾驶员不遵循交通信号灯，抢绿灯末或红灯头所引发交通流运行的不够稳定。随着我国经济的快速发展，私家车也越来越多，交通控制还是延续原有的定时控制，在车辆增加的基础上，这种控制弊端也越来越多的体现出来，造成了十字交叉路口的交通拥堵和秩序混乱，严重的影响了人们的出行。智能交通中的信号灯控制显示出了越来越多的重要性。国外已经率先开展了智能交通方面的研究。 美国VII系统(vehicle infrastructure integration)，利用车辆与车辆、车辆与路边装置的信息交流实现某些功能，从而提高交通的安全和效率。其功能主要有提供天气信息、路面状况、交叉口防碰撞、电子收费等。目前发展的重点主要集中在2个应用上: ①以车辆为基础; ②以路边装置为基础。欧洲主要是CVIS 系统(cooperative vehicle infrastructure system)。它有60 多个合作者，由布鲁塞尔的ERTICO 组织统筹，从2006 年2 月开始到2010年6月，工作期为4年。其目标是开发出集硬件和软件于一体的综合交流平台，这个平台能运用到车辆和路边装置提高交通管理效率，其中车辆不仅仅局限于私人小汽车，还包括公共交通和商业运输。日本主要的系统是UTMS 21 ( universal traffic management system for the 21st century , UTMS 21)。是以ITS 为基础的综合系统概念,由NPA (National Police Agency) 等5个相关部门和机构共同开发的，是继20 世纪90 年代初UTMS 系统以来的第2代交通管理系统，DSSS是UTMS21中保障安全的核心项目，用于提高车辆与过街行人的安全。因此，从国外的交通控制的发展趋势可以看出，现代的交通控制向着智能化的方向发展，大多采用计算机技术、自动化控制技术和无线传感器网络系统，使车辆行驶和道路导航实现智能化，从而缓解道路交通拥堵，减少交通事故，改善道路交通环境，节约交通能源，减轻驾驶疲劳等功能，最终实现安全、舒适、快速、经济的交通环境。

无线传感器网络的应用研究

1武警部队监控平台架构介绍与设计 1.1监控系统的系统结构 基站监控系统的结构组成如上图所示，主要由三个大的部分构成，分别是监控中心、监控站点、监控单元。整个系统从资金、功能以及方便维护性出发，我们采用了干点加节点方式的监控方法。 监控中心（SC）：SC的定义是指整个系统的中心枢纽点，控制整个分监控站，主要的功能是起管理作用和数据处理作用。一般只在市级包括（地、州）设置相应的监控中心，位置一般在武警部队的交换中心机房内或者指挥中心大楼内。 区域监控中心（SS）：又称分点监控站，主要是分散在各个更低等级的区县，主要功能是监控自己所负责辖区的所有基站。对于固话网络，区域监控中心的管辖范围为一个县/区；移动通信网络由于其组网不同于固话本地网，则相对弱化了这一级。区域监控中心SS的机房内的设备配置与SC的差不多，但是不同的是功能不同以及SS的等级低于SC,SS的功能主要是维护设备和监控。 监控单元（SU）：是整个监控系统中等级最低的单元了，它的功能就是监控并且起供电，传输等等作用，主要由SM和其他供电设备由若干监控模块、辅助设备构成。SU侧集成有无线传感网络微设备，比如定位设备或者光感，温感设备等等。 监控模块（SM）：SM是监控单元的组成部分之一，主要作用监控信息的采集功能以及传输，提供相应的通信接口，完成相关信息的上传于接收。

2监控系统的分级管理结构及监控中心功能 基站监控系统的组网分级如果从管理上来看，主要采用两级结构：CSC集中监控中心和现场监控单元。CSC主要设置在运营商的枢纽大楼，主要功能为数据处理，管理远程监控单元，对告警信息进行分类统计，可实现告警查询和存储的功能。一般管理员可以在CSC实现中心调度的功能，并将告警信息进行分发。而FSU一般针对具体的某一个基站，具体作用于如何采集数据参数并进行传输。CSC集中监控中心的需要对FSU采集的数据参数进行报表统计和分析，自动生产图表并为我们的客户提供直观，方便的可视化操作，为维护工作提供依据，维护管理者可以根据大量的分析数据和报表进行快速反应，以最快的速度发现网络的故障点和优先处理点，将人力资源使用在刀刃上。监控中心CSC系统的功能中，还有维护管理类，具体描述如下： 1）实时报警功能 该系统的报警功能是指发现机房里的各种故障后，通过声音，短信，主界面显示的方式及时的上报给操作者。当机房内的动力环境，空调，烟感，人体红外等等发生变量后，这些数据通过基站监控终端上传到BTS再到BSC。最后由数据库进行分类整理后存储到SQLSEVRER2000中。下面介绍主要的几种报警方式： 2)声音报警 基站发生告警后，系统采集后，会用声卡对不一样的告警类别发出对应的语音提示。比如：声音的设置有几种，主要是以鸣叫的长短来区分的。为便于引起现场维护人员的重视紧急告警可设置为长鸣，不重要的告警故障设置为短鸣。这样一来可以用声音区分故障的等级，比方某地市的中心交换机房内相关告警声音设置，它的开关电源柜当平均电流达到40AH的时候，提示声音设置为长鸣，并立即发生短信告警工单。如果在夜晚机房无人值守的情况下：

无线传感器网络路由协议研究【开题报告】

毕业设计开题报告 计算机科学与技术 无线传感器网络路由协议研究 一、选题的背景与意义 选题背景 随着微机电系统、无线通信技术、微型传感器技术和嵌入式技术的飞速发展，集数据采集、处理及通信功能于一体的无线传感器网络开始得到广泛的研究。网络层的路由协议是无线传感器网络研究的关键问题之一，它完成把数据分组从源节点引导到目的节点的功能。无线传感器节点是随机分布，电池供电，绝大部分的能量消耗是集中在无线通讯模块上，约占整个传感器节点能量消耗的80%。因此，目前提出的传感器节点通讯网络路由协议主要是围绕着减少能量消耗延长网络生命周期而进行设计的。 AOMDV多路径路由协议是无线传感器网络最重要的协议之一。通过它可以获得多条通信路径并且能够减少路由发现延迟，实现负载均衡，能够显著节省节点能量和防止瓶颈的产生。LEACH协议是传感器中具有负载均衡的很有用的一种协议。LEACH协议以循环的方式随机选择蔟首节点，将整个网络的能量负载平均分配到每个传感器节点中，从而达到降低网络能源消耗、提高网络整体生存时间的目的。这两种协议的研究对无线传感器路由协议的改进有很大帮助。 由于无线信道的广播特性，无线网络中任一节点发送的无线信号都可能被其通信范围的节点接收到。当局部空间范围内有两个以上的节点同时发送时，就有可能在接收节点处发生信号叠加，造成冲突，以至于接收节点无法正确接收到发送的信息。有效协调多个节点共享信道资源，避免冲突发生时无线网络面临的关键问题之一，直接影响着无线资源的使用效率、网络吞吐和时延等重要性能。所以，媒质接入控制（MAC）协议的研究也是无线传感器网络的重要课题之一。 课题意义 无线传感器网络是当前信息领域研究的热点，路由技术是无线传感器网络通信层的核心技术。目前，无线传感器网络路由协议研究的首要目标就是能量的高效利用，通过对网络层的路由协议的研究和分析，总结出优化的措施，同时基于NS2仿真平台对LEACH协议和AOMDV协议进行仿真和实验，在实验的基础上，对协议给予改进和优化，

基于arduino的无线传感器网络室内定位方法的研究大学论文

摘要 无线传感器网络（WSN，Wireless Sensor Network）是近年来迅速发展并受到普遍重视的新型网络技术，它的出现和发展给人类的生活和生产的各个领域带来了深远的影响。无线传感器网络节点定位技术是无线传感器网络应用研究的基础。目前，已有多种定位技术被应用于室内定位中，尤其是基于接收信号强度（RSSI，Received Signal Strength Indication）的定位技术以其低功耗、低成本、易于实现等优点，得到了无线传感器网络研究学者们的青睐。 本文重点研究了基于RSSI的室内定位的关键技术，主要包括定位模型分析和定位算法设计。首先，为了获得较为精确的定位，根据RSSI测距原理和无线信号传播衰减模型在设定的室内环境进行多次实验，通过计算及均值处理等方法反复调整以获得标准的定位模型参数，得到高精度的等效距离。接着，根据三边定位算法原理简化定位算法，建立更为简单的定位模型，采用双边定位得到两个可能的定位点，再利用RSSI测距原理对两个定位点进行择优选择确定定位点。最后，在Arduino开发平台上对参考节点与未知节点这两类iDuino节点的室内定位模型进行了软件开发设计和程序开发。在设定的室内环境部署iDuino节点，搭建实验定位模型，并实现了定位。 关键词：无线传感器网络，节点，室内定位，RSSI，Arduino

ABSTRACT Wireless sensor network (WSN) is developed rapidly and universally emphasized as a new network technology in recent years, the advent and development of WSN have had a profound and lasting impact on the life and all areas of production of human beings. Wireless nodes localization technology is the basis in the application and studies of wireless sensor network. There are a variety of positioning technology have been used in indoor location at present, especially the based on RSSI (received signal strength) positioning technology gets a great preference from many scholars of studies of wireless sensor network with the advantages of low power consumption, low cost and easy to realize. This paper mainly studies the key technology of indoor positioning based on RSSI, which mainly includes the positioning model analysis and positioning algorithm design. First, in order to obtain more accurate positioning, we perform several experiments according to the RSSI ranging principle and wireless signal propagation attenuation model in the setting of indoor environment, and get accurate positioning model parameters and equivalent distance by the methods of calculation and mean processing. Then, we simplify Trilateral Localization Algorithm to Bilateral Location Algorithm and establish a simpler positioning model, with which we can get two nodes of possible location, and determine the better node according to the RSSI ranging principle. At last, we make software designing and programming of these nodes that are anchor nodes and nodes of unknown on the Arduino development platform. Combined with the indoor environment we selected, we deploy the iDuino nodes and then build location model, with which we implement the location. KEY WORDS：Wireless Sensor Network，Nodes，Indoor Location，RSSI，Arduino

基于无线传感网络的大型结构健康监测系统_尚盈

文章编号:1004-9037(2009)02-0254-05 基于无线传感网络的大型结构健康监测系统 尚　盈　袁慎芳　吴　键　丁建伟　李耀曾 (南京航空航天大学智能材料与结构航空科技重点实验室,南京,210016) 摘要:针对大型碳纤维复合材料机翼盒段壁板结构,实现了基于无线传感网络的多点应变结构健康监测系统,采用自组织竞争神经网络成功判别了集中载荷模拟的损伤位置。本系统由传感采集子系统、无线传感网络子系统和终端监控子系统三部分组成。为了降低系统网络功耗及成本,提高系统的稳定性和可靠性,改善传感网络的实时性和同步性,设计了可直接配接无线传感网络节点的低功耗多通道应变传感器信号调理电路和基于无线传感网络的层次路由协议,开发了多通道应变数据采集、网络簇头转发和中继节点接收等主要软件模块。实验证明,相比于传统有线的监测方法和数据采集系统,基于无线传感网络的结构健康监测系统具有负重轻、成本低、易维护和搭建移动方便等优点。 关键词:无线传感网络;结构健康监测;层次路由协议;自组织竞争网络中图分类号:T P2;T P9 文献标识码:A 　基金项目:国家“八六三”高技术研究发展计划(2007AA 032117)资助项目;国家自然科学基金(60772072,50420120133)资助项目;航空基金(20060952)资助项目。　收稿日期:2007-09-05;修订日期:2008-04-17 Large -Scale Structural Health Monitoring System Based on Wireless Sensor Networks S hang Ying ,Yuan Shenf ang ,Wu J ian ,Ding J ianw ei ,L i Yaoz eng (T he A ero nautic Key La bo rat or y o f Smart M ater ial and Str uct ur e,N anjing U niv ersit y o f Aer onautics and A str onautics,N anjing,210016,China) Abstract :Aimed at the large-scale structure and anisotropy nature o f the carbon fiber compos-ite material w ing box ,a large-scale structural health m onitoring system based on w ireless sen-sor netw orks is presented .A kind of artificial neural netw ork is designed to distinguish the damag e locatio n simulated by the co ncentrated load .The sy stem co nsists o f the sensor data ac-quisition,the w ireless sensor netw or ks,and the terminal monitoring sub-sy stem s.To im pro ve the performance o f the system ,the signal conditio ning circuit and the hierarchical routing pro -to col are designed based o n w ireless sensor netw orks ,the prog rams of data acquisition and Sink node are ex ploited.Experimental result pro ves that the system has advantag es of flexibili-ty o f deplo yment,low maintenance and deploym ent costs . Key words :w ir eless senso r netw or ks ;str uctural health monitoring ;hierarchical routing ;self -org anizing com petitive netw o rk 引 言 结构健康监测技术是采用智能材料结构的新概念,利用集成在结构中的先进传感/驱动元件网络,在线实时地获取与结构健康状况相关的信息(如应力、应变、温度、振动模态、波传播特性等),结 合先进的信号信息处理方法和材料结构力学建模 方法,提取特征参数,识别结构的状态,包括损伤,并对结构的不安全因素在其早期就加以控制,以消除安全隐患或控制安全隐患的进一步发展,从而实现结构健康自诊断、自修复、保证结构的安全和降低维修费用[1]。 无线传感网络节点具有局部信号处理的功能, 第24卷第2期2009年3月数据采集与处理Jour nal of D ata A cquisition &P ro cessing Vo l.24N o.2M a r.2009

无线传感网路由协议的分析比较

无线传感网路由协议的分析比较 无线传感网技术是对当今经济和社会进步发挥重要作用的技术，对于现代军事、信息技术、制造业等多个重要的领域产生着巨大的影响。而无线路由协议则是无线传感网研究中的热点问题。文章对于几个典型的平面路由协议和分层路由协议进行了介绍，分析了它们各自的利弊，并对它们进行了比较。 标签：无线传感网；路由协议；传感器节点 1 无线传感网概述 无线网络即使用无线传输介质的网络。目前有两种无线网络，基础设施网络和对等网络。基础设施网络的无线终端需要配置无线网卡，并通过接入点（AP）连接入网。对等网络即Ad hoc网络，不需要AP的支持，终端设备之间可以直接通信。无线Ad hoc网络又可分为两类，移动Ad hoc网络和无线传感器网络。前者的终端是快速移动的，后者的结点是静止的或者移动很慢。 无线传感网由大量的静止或移动的传感器组成，它们以自组织和多跳的方式构成无线网络，相互协作以探测、处理和传输网络覆盖区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。无线传感器网络技术在军事应用、智能家居、环境监测、建筑物质量监控、医疗护理等各个方面都有广泛应用[1]。 无线传感网的系统结构包括监测区域（Sensor Field）、传感器节点（Sensor Node）和汇聚节点（Sink Node）[2]。监测区域中包含了各种需要采集数据的观察对象；传感器节点用于采集观察对象的相关数据，并将处理后数据传给汇聚节点；汇聚节点用于收集由传感器节点传递来数据，并将数据传送到远程中心进行集中处理。 2 无线路由协议 无线路由协议是无线传感网研究中的热点问题。无线传感网的路由协议负责在源节点和目的节点之间可靠地传输数据，包括路由选择和数据转发两个功能。根据网络的拓扑结构是否有层次，可以将路由无线路由协议分为平面路由协议和分层路由协议[3]。 2.1 平面路由协议 平面路由协议适用于具有平面结构的网络，所有节点之间地位平等，协议相对简单。源节点和目的节点之间一般存在多条路径，可共同承担网络负荷，通常不存在瓶颈，网络具有较强的健壮性。然而，节点的组织、路由的建立、控制与维持所产生的开销需要占用较大的带宽，从而影响网络数据的传输速率。另外，当网络规模较大时需要损耗很大的能量，并且网络的可扩展性较差。因此，平面路由协议只适用于规模较小的网络。