專題2(無線傳感器網(wǎng)絡專題)

專題2(無線傳感器網(wǎng)絡專題)第一頁，共88頁。第三章無線傳感器網(wǎng)絡WSN無線傳感器網(wǎng)絡的基本概念無線傳感器網(wǎng)絡的應用無線傳感器網(wǎng)絡中的幾種典型路由協(xié)議無線傳感器網(wǎng)絡中的拓撲控制技術無線傳感器網(wǎng)絡中的幾個研究熱點第二頁，共88頁。1.1無線傳感器網(wǎng)絡的基本概念無線傳感器網(wǎng)絡的歷史第一代傳感器網(wǎng)絡：無線傳感器網(wǎng)絡的構想最初是由美國軍方提出的，美國國防部高級研究所計劃署（DARPA）于1978年開始資助卡耐基－梅隆大學進行分布式傳感器網(wǎng)絡的研究。通過將傳統(tǒng)傳感器采用點對點傳輸、連接傳感控制器而構成傳感器網(wǎng)絡雛形。第二代傳感器網(wǎng)絡：傳感器網(wǎng)絡具有了獲取多種信息信號的綜合處理能力，并通過與傳感控制器的相聯(lián)，組成了有信息綜合和處理能力的傳感器網(wǎng)絡。第三代傳感器網(wǎng)絡：從上世紀末開始，現(xiàn)場總線技術開始應用于傳感器網(wǎng)絡，人們用其組建智能化傳感器網(wǎng)絡，大量多功能傳感器被運用，并使用無線技術連接，無線傳感器網(wǎng)絡逐漸形成。第三頁，共88頁。發(fā)展背景1.1無線傳感器網(wǎng)絡的基本概念第四頁，共88頁。1.1無線傳感器網(wǎng)絡的基本概念無線傳感器網(wǎng)絡的定義無線傳感器網(wǎng)絡是大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構成的無線網(wǎng)絡,其目的是協(xié)作地感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡覆蓋地理區(qū)域內感知對象的監(jiān)測信息,報告給用戶。無線傳感器網(wǎng)絡WSN（WirelessSensorNetwork）也稱為智能灰塵（Smart

Dust）。被稱為二十一世紀最具挑戰(zhàn)性的研究課題之一。第五頁，共88頁。傳感器節(jié)點拓撲結構：從上圖我們可以看到一個典型的傳感器節(jié)點由數(shù)據(jù)獲取單元、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、以及能量供應單元四部分組成。每一個模塊的功能如下：第六頁，共88頁。1.1無線傳感器網(wǎng)絡的基本概念傳感器節(jié)點各部分的功能數(shù)據(jù)獲取單元：負責監(jiān)視區(qū)域內信息的采集和數(shù)據(jù)轉換。數(shù)據(jù)處理單元：負責控制整個傳感器節(jié)點的操作，存儲處理本身采集的數(shù)據(jù)以及其它節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸單元：負責與其它傳感器節(jié)點進行無線通信，交換控制信息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)。能量供應單元：為傳感器節(jié)點提供運行所需的能量，通常采用微型電池。第七頁，共88頁。傳感器實物體積小能耗小能量受限處理能力受限存儲能力受限1.1無線傳感器網(wǎng)絡的基本概念第八頁，共88頁。WSN的網(wǎng)絡拓撲結構

結構如上圖所示，傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)通常包括傳感器節(jié)點（sensornode），匯聚節(jié)點（sinknode），和管理節(jié)點。大量傳感器節(jié)點隨機的部署在檢測區(qū)域內部或附近，能夠通過自組織方式構成網(wǎng)絡。傳感其節(jié)點檢測的數(shù)據(jù)沿著其它節(jié)點逐跳的進行傳輸，其傳輸過程可能經(jīng)過多個節(jié)點處理，經(jīng)過多跳后到達匯集節(jié)點，最后通過互聯(lián)網(wǎng)和衛(wèi)星達到管理節(jié)點，用戶通過管理節(jié)點對傳感器網(wǎng)絡進行配置和管理，發(fā)布檢測任務以及收集檢測數(shù)據(jù)。1.1無線傳感器網(wǎng)絡的基本概念互聯(lián)網(wǎng)和衛(wèi)星任務管理中心用戶匯聚節(jié)點監(jiān)測區(qū)域傳感器節(jié)點BAC第九頁，共88頁。

WSN的相關技術無線傳感器網(wǎng)絡是應用相關性網(wǎng)絡，是一種應用中產生和發(fā)展的技術，所以不同的應用領域使用不同的網(wǎng)絡技術實現(xiàn)，目前實現(xiàn)WSN的主要技術有：Zigbee：一種近距離（10-75m）、低復雜度、低功耗（兩節(jié)普通５號干電池可使用２年

）、低數(shù)據(jù)速率（250Kbps）、低成本的無線網(wǎng)絡技術。WI-FI：無線保真技術（WirelessFidelity），一種短距離（目前已達幾百公里）無線技術。最大傳輸數(shù)據(jù)速率為54Mbps。BlueTooth：藍牙，傳輸距離一般在10m左右，最大傳輸數(shù)據(jù)速率小于10M。UWB：一種超寬帶（UltraWideBand）的短距離（10m左右）通信技術

，1GHz以上帶寬。1.1無線傳感器網(wǎng)絡的基本概念第十頁，共88頁。1.1無線傳感器網(wǎng)絡的基本概念無線傳感器網(wǎng)絡的特點與挑戰(zhàn)：節(jié)點帶寬窄，節(jié)點通信覆蓋范圍只有幾十到幾百米,而且經(jīng)常變化挑戰(zhàn)：如何在如此有限通信能力的條件下,高質量地完成感知數(shù)據(jù)的查詢、分析、挖掘與傳輸？多源、多跳是主要通信方式挑戰(zhàn)：如何為多源信息傳輸選擇優(yōu)化通信路徑？第十一頁，共88頁。1.1無線傳感器網(wǎng)絡的基本概念無線傳感器網(wǎng)絡的特點與挑戰(zhàn)（Cont.）：節(jié)點移動、斷接頻繁挑戰(zhàn)：通信路徑重構成為突出問題？路由算法必須具有自適應性？節(jié)點電源能量有限、且難于補充挑戰(zhàn)：如何傳感器網(wǎng)絡在工作過程中節(jié)省能，實現(xiàn)能源均衡，最大化網(wǎng)絡生命周期？節(jié)點計算能力有限挑戰(zhàn)：如何使用大量具有有限計算能力的傳感器設計能源有效的高性能分布式算法?第十二頁，共88頁。1.1無線傳感器網(wǎng)絡的基本概念無線傳感器網(wǎng)絡的特點與挑戰(zhàn)（Cont.）：傳感器數(shù)量大、分布范圍廣挑戰(zhàn)：如何使傳感器網(wǎng)絡軟硬件具有高強壯性和容錯性？感知數(shù)據(jù)流無限挑戰(zhàn)：如何設計高效率、能源有效、實時的海量感知數(shù)據(jù)流的查詢、分析和挖掘的分布式算法？傳感器網(wǎng)絡是以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡挑戰(zhàn)：如何建立以數(shù)據(jù)為中心的傳感器網(wǎng)絡?第十三頁，共88頁。1.1無線傳感器網(wǎng)絡的基本概念無線傳感器網(wǎng)絡的特點與挑戰(zhàn)（Cont.）：挑戰(zhàn)：傳感器的投放或撒播理論與技術挑戰(zhàn)：傳感器的定位問題挑戰(zhàn)：時鐘同步問題

挑戰(zhàn)：組網(wǎng)連通可靠性研究和探測覆蓋率研究

挑戰(zhàn)：傳感器網(wǎng)絡安全性問題和抗干擾問題挑戰(zhàn)：信號的協(xié)作處理第十四頁，共88頁。1.2無線傳感器網(wǎng)絡的應用軍事應用:作戰(zhàn)環(huán)境偵查與監(jiān)控軍事偵查、情報獲取戰(zhàn)場監(jiān)測與指揮民事應用:環(huán)境監(jiān)測交通管理災難預防(如森林火災監(jiān)測)危險區(qū)域監(jiān)測有滅絕危險或珍貴動物的跟蹤監(jiān)護民用和工程基礎設施的安全性監(jiān)測等等，等等第十五頁，共88頁。大地與環(huán)境監(jiān)測1.2無線傳感器網(wǎng)絡的應用第十六頁，共88頁。1.2無線傳感器網(wǎng)絡的應用第十七頁，共88頁。1.2無線傳感器網(wǎng)絡的應用第十八頁，共88頁。

污染流監(jiān)控1.2無線傳感器網(wǎng)絡的應用第十九頁，共88頁。Sensorattachedtoeveryvehicle.Capableofdetectingtheirlocation,vehiclesizes,speedsand;roadconditions…Alternateroutes,estimatetriptimes…

TrafficControl1.2無線傳感器網(wǎng)絡的應用第二十頁，共88頁。

BiologicalSystems1.2無線傳感器網(wǎng)絡的應用第二十一頁，共88頁。作戰(zhàn)環(huán)境偵查1.2無線傳感器網(wǎng)絡的應用第二十二頁，共88頁?？臻g探測：對星球表面的監(jiān)測和探索1.2無線傳感器網(wǎng)絡的應用第二十三頁，共88頁。1.2無線傳感器網(wǎng)絡的應用無線傳感器網(wǎng)絡的最新應用：

2004/03/18日經(jīng)BP社報道】英特爾向美國政府人員等演示了無線傳感器網(wǎng)絡的家庭護理技術。通過在鞋、家具以家用電器等家中道具和設備中嵌入半導體傳感器，幫助老齡人士、阿爾茨海默氏病患者以及殘障人士的家庭生活。利用無線通信將各傳感器聯(lián)網(wǎng)可高效傳遞必要的信息從而方便接受護理。而且還可以減輕護理人員的負擔。第二十四頁，共88頁。1.2無線傳感器網(wǎng)絡的應用無線傳感器網(wǎng)絡的最新應用（Cont.）：

著名的沃爾瑪連鎖店已經(jīng)投入資金，在其貨物上加裝射頻識別條型碼芯片（RFID），使該公司和供應商能夠跟蹤從生產廠到收款臺的商品流向。這種技術可望減少商品失竊率和其他損失，并能節(jié)省倉庫占用及商店的人力成本。目前每個條型碼芯片的成本為24美分，未來將會降到僅僅幾美分。第二十五頁，共88頁。1.2無線傳感器網(wǎng)絡的應用無線傳感器網(wǎng)絡的最新應用（Cont.）：

美國約克國際公司為6萬家客戶管理通風系統(tǒng)。計劃在未來5年內，為其客戶的空調裝置上安裝幾萬個網(wǎng)絡化的傳感器。傳感器將監(jiān)視溫度，并自動地將最新信息傳送給辦公室，從而使維修人員對客戶的空調運行狀況一目了然。大大減少該公司2444名技術人員的工作負荷，使生產力提高15％。第二十六頁，共88頁。1.2無線傳感器網(wǎng)絡的應用無線傳感器網(wǎng)絡的最新應用（Cont.）：

美國《每日防務》2004年3月18日報道無線傳感器網(wǎng)絡技術將會在戰(zhàn)場上帶來革命性的變化，并將改變戰(zhàn)爭的樣式。它不僅可以感覺到運動的或靜止的金屬，而且可以感覺到聲音、光線、溫度、化學物品，以及動植物的生理特征。無線傳感器網(wǎng)絡技術，預示著為戰(zhàn)場上帶來新的電子眼和電子耳，“能夠在未來幾十年內變革戰(zhàn)場環(huán)境”。第二十七頁，共88頁。1.3無線傳感器網(wǎng)絡中的幾種典型路由協(xié)議WSN路由協(xié)議面臨的挑戰(zhàn):考慮網(wǎng)絡和節(jié)點能量優(yōu)化（能量受限&難于補充）具有高可擴展性（網(wǎng)絡規(guī)模&自組織）適應強網(wǎng)絡拓撲變化（節(jié)點移動&無線信道）適應非規(guī)則數(shù)據(jù)流量分布（以數(shù)據(jù)為中心&數(shù)據(jù)流）具有一定的安全性（處理能力受限&存儲能力受限）第二十八頁，共88頁。1.3無線傳感器網(wǎng)絡中的幾種典型路由協(xié)議WSN路由協(xié)議的分類:

WSN路由協(xié)議負責在Sink點和Sensor節(jié)點間可靠地傳輸數(shù)據(jù)。由于WSN與應用高度相關，單一的路由協(xié)議不能滿足各種應用需求，因而人們研究了眾多的路由協(xié)議。根據(jù)路由協(xié)議采用的通信模式、路由結構、路由建立時機、狀態(tài)維護、節(jié)點標識和投遞方式等策略，可對其進行了如下分類：根據(jù)傳輸過程中采用路徑的多少，可分為單路徑路由協(xié)議和多路徑路由協(xié)議。單路徑路由節(jié)約存儲空間，數(shù)據(jù)通信量少，多路徑路由容錯性強，健壯性好，且可從眾多路由中選擇一條最優(yōu)路由。第二十九頁，共88頁。1.3無線傳感器網(wǎng)絡中的幾種典型路由協(xié)議WSN路由協(xié)議的分類（Cont.）:根據(jù)節(jié)點在路由過程中是否有層次結構、作用是否有差異，可分為平面路由協(xié)議和層次路由協(xié)議。平面路由簡單，健壯性好，但建立、維護路由的開銷大，數(shù)據(jù)傳輸跳數(shù)多，適合小規(guī)模網(wǎng)絡。層次路由擴展性好，適合大規(guī)模網(wǎng)絡，但簇的維護開銷大，且簇頭是路由的關鍵節(jié)點，其失效將導致路由失敗。第三十頁，共88頁。1.3無線傳感器網(wǎng)絡中的幾種典型路由協(xié)議WSN路由協(xié)議的分類（Cont.）:根據(jù)路由建立時機與數(shù)據(jù)發(fā)送的關系，可分為主動路由協(xié)議、按需路由協(xié)議和混合路由協(xié)議。主動路由建立、維護路由的開銷大，資源要求高。按需路由在傳輸前需計算路由，時延大?；旌下酚蓜t綜合利用這兩種方式。根據(jù)是否以地理位置來標識目的地、路由計算中是否利用地理位置信息，可分為基于位置的路由協(xié)議和非基于位置的路由協(xié)議。有大量WSN應用需要知道突發(fā)事件的地理位置，這是基于位置的路由協(xié)議的應用基礎，但需要GPS定位系統(tǒng)或者其他定位方法協(xié)助節(jié)點計算位置信息。第三十一頁，共88頁。1.3無線傳感器網(wǎng)絡中的幾種典型路由協(xié)議WSN路由協(xié)議的分類（Cont.）:根據(jù)是否以數(shù)據(jù)來標識目的地，可分為基于數(shù)據(jù)的路由協(xié)議和非基于數(shù)據(jù)的路由協(xié)議。有大量WSN應用要求查詢或上報具有某種類型的數(shù)據(jù)，這是基于數(shù)據(jù)的路由協(xié)議的應用基礎，但需要分類機制對數(shù)據(jù)類型進行命名。根據(jù)節(jié)點是否編址、是否以地址標識目的地，可分為基于地址的路由協(xié)議和非基于地址的路由協(xié)議?；诘刂返穆酚稍趥鹘y(tǒng)路由協(xié)議中較常見，而在WSN中一般不單獨使用而與其他策略結合使用。第三十二頁，共88頁。1.3無線傳感器網(wǎng)絡中的幾種典型路由協(xié)議WSN路由協(xié)議的分類（Cont.）:根據(jù)路由選擇是否考慮QoS約束，可分為保證QoS的路由協(xié)議和不保證QoS的路由協(xié)議。保證QoS的路由協(xié)議是指在路由建立時，考慮時延、丟包率等QoS參數(shù)，從眾多可行路由中選擇一條最適合QoS應用要求的路由。根據(jù)數(shù)據(jù)在傳輸過程中是否進行聚合處理，可分為數(shù)據(jù)聚合的路由協(xié)議和非數(shù)據(jù)聚合的路由協(xié)議。數(shù)據(jù)聚合能減少通信量，但需要時間同步技術的支持，并使傳輸時延增加。第三十三頁，共88頁。1.3無線傳感器網(wǎng)絡中的幾種典型路由協(xié)議WSN路由協(xié)議的分類（Cont.）:根據(jù)路由是否由源節(jié)點指定，可分為源站路由協(xié)議和非源站路由協(xié)議。源站路由協(xié)議節(jié)點無須建立、維護路由信息，從而節(jié)約存儲空間，減少通信開銷。但如果網(wǎng)絡規(guī)模較大，數(shù)據(jù)包頭的路由信息開銷也大，而且如果網(wǎng)絡拓撲變化頻繁，將導致路由失敗。根據(jù)路由建立時機是否與查詢有關，可分為查詢驅動的路由協(xié)議和非查詢驅動的路由協(xié)議。查詢驅動的路由協(xié)議能夠節(jié)約節(jié)點存儲空間，但數(shù)據(jù)時延較大，且不適合環(huán)境監(jiān)測等需緊急上報的應用。第三十四頁，共88頁。幾種代表性的WSN路由協(xié)議:基于梯度(Gradient)的路由協(xié)議DD(DirectedDiffusion)基于協(xié)商機制(Negotiation)的路由協(xié)議SPIN(SensorProtocolforInformationviaNegotiation)基于位置信息(LocationInformation)的路由協(xié)議GEAR(GeographicandEnergyAwareRouting)基于單層簇的路由協(xié)議LEACH(LowEnergyAdaptiveClusteringHierarchy)基于多層簇的路由協(xié)議TTDD(TwoTierDataDissemination)基于謠言的路由協(xié)議Rumor無線傳感器網(wǎng)絡的組播與選播路由協(xié)議1.3無線傳感器網(wǎng)絡中的幾種典型路由協(xié)議第三十五頁，共88頁。1.3.1DD(DirectedDiffusion)

DD是一種查詢驅動的DC(Data-Centric)路由協(xié)議。在DC協(xié)議中，源節(jié)點采集的原始數(shù)據(jù)首先在某些中間節(jié)點處進行合并處理，然后再將匯聚后的數(shù)據(jù)統(tǒng)一發(fā)送到目的節(jié)點，從而實現(xiàn)減低通信開銷，達到節(jié)能的目的?；贒C路由協(xié)議的數(shù)據(jù)傳播模型如下。

第三十六頁，共88頁。1.3.1DD(DirectedDiffusion)

DD采用基于消息驅動(Information-Driven的數(shù)據(jù)傳播模式，以節(jié)點可以提供的數(shù)據(jù)作為尋址依據(jù)，即Sink節(jié)點在網(wǎng)絡中廣播以某種數(shù)據(jù)格式構成的消息來告之所有傳感節(jié)點它所感興趣的監(jiān)測數(shù)據(jù)，這種消息簡稱為興趣(Interests)。DD協(xié)議的工作原理如下：Step1（請求擴散）：Sink節(jié)點發(fā)出的興趣查詢逐級擴散，最終遍歷全網(wǎng)，找到所有匹配的原始數(shù)據(jù)。

第三十七頁，共88頁。1.3.1DD(DirectedDiffusion)

DD協(xié)議的工作原理（Cont.)：Step2（梯度場建立）：在Sink節(jié)點的興趣擴散過程中，有一個稱為“梯度(Gradient)”的變量與整個業(yè)務請求的擴散過程相聯(lián)系，其反映了網(wǎng)絡中間節(jié)點對匹配請求條件的數(shù)據(jù)源的近似判斷。

第三十八頁，共88頁。1.3.1DD(DirectedDiffusion)

DD協(xié)議的工作原理（Cont.)：Step3（數(shù)據(jù)傳輸）：傳感節(jié)點通過與Sink節(jié)點的興趣匹配，最終將會在整個網(wǎng)絡中為Sink節(jié)點的請求建立一個臨時的“梯度”場，從而使得匹配數(shù)據(jù)可以沿“梯度”最大的方向中繼返回Sink節(jié)點。數(shù)據(jù)在回傳Sink節(jié)點的過程中，算法將利用沿途的中間節(jié)點進行數(shù)據(jù)匯聚處理，從而使得數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ砰_銷減低，達到節(jié)能的目的。第三十九頁，共88頁。1.3.1DD(DirectedDiffusion)

DD協(xié)議的優(yōu)缺點：其優(yōu)點是由于“梯度”場的建立及采用了數(shù)據(jù)匯聚思想，因此DD協(xié)議比較節(jié)能。其缺點是“梯度”場的建立過程復雜、Sink節(jié)點的興趣廣播采用洪泛(Flooding)機制、數(shù)據(jù)均沿最短路徑進行傳輸，沒考慮均衡所有節(jié)點的能量消耗，不具有能量感知功能，因此，算法易于使得部分節(jié)點因能耗過大而失效，從而導致網(wǎng)絡的拓撲結構經(jīng)常變化，影響了算法的路由性能。第四十頁，共88頁。1.3.2SPIN(SensorProtocolforInformationviaNegotiation)

SPIN是第一個采用DC思想的基于洪泛的路由協(xié)議。洪泛協(xié)議具有延時小和分布式的特點。

SPIN的主要思想是通過協(xié)商機制來解決洪泛協(xié)議中的”內爆”問題。

在SPIN中，傳感節(jié)點通過廣播發(fā)送數(shù)據(jù)的描述信息，而不是真實數(shù)據(jù)，僅當有相應的數(shù)據(jù)請求時，才有目的地發(fā)送實際數(shù)據(jù)，從而通過減低數(shù)據(jù)廣播的通信開銷來達到節(jié)能的目的。

SPIN的路由原理圖如下：第四十一頁，共88頁。1.3.2SPIN(SensorProtocolforInformationviaNegotiation)

SPIN協(xié)議的工作原理:Step1：SPIN包括三種類型的數(shù)據(jù)：ADV、REQ以及DATA。在實際廣播DATA消息前，如圖的Step1所示，源節(jié)點首先向鄰節(jié)點廣播攜帶DATA描述的ADV消息。第四十二頁，共88頁。1.3.2SPIN(SensorProtocolforInformationviaNegotiation)

SPIN協(xié)議的工作原理(Cont.):Step2：若某個鄰節(jié)點對該DATA消息感興趣，則該鄰節(jié)點將如圖的Step2所示，通過回送REQ消息來向源節(jié)點申請數(shù)據(jù)DATA。第四十三頁，共88頁。1.3.2SPIN(SensorProtocolforInformationviaNegotiation)

SPIN協(xié)議的工作原理(Cont.):Step3：源節(jié)點在收到REQ消息后，再如圖的Step3所示，將實際采集的DATA消息發(fā)送給該鄰節(jié)點。第四十四頁，共88頁。1.3.2SPIN(SensorProtocolforInformationviaNegotiation)

SPIN協(xié)議的工作原理(Cont.):Step4-6：該鄰節(jié)點在收到DATA之后，將如圖的Step4~6所示，重復上述路由過程，最后，網(wǎng)絡中所有對該DATA消息感興趣的節(jié)點均可收到該消息的一份拷貝。第四十五頁，共88頁。1.3.2SPIN(SensorProtocolforInformationviaNegotiation)

SPIN協(xié)議的優(yōu)缺點:與傳統(tǒng)Flooding協(xié)議相比，由于SPIN采用三步握手(ADV-REQ-DATA)協(xié)商機制與鄰節(jié)點協(xié)商解決洪泛算法中的“內爆”與“重疊”問題，因此比傳統(tǒng)Flooding協(xié)議要更加節(jié)能。另外，無需路由維護，對網(wǎng)絡拓撲變化不敏感。其缺點是要求所有節(jié)點均具有路由功能，因此節(jié)點的路由開銷大。

第四十六頁，共88頁。1.3.2SPIN(SensorProtocolforInformationviaNegotiation)

Flooding協(xié)議的“內爆”與“重疊”問題:“內爆”：節(jié)點向鄰節(jié)點轉發(fā)數(shù)據(jù)，而不管其是否已經(jīng)收到相同的數(shù)據(jù)?！爸丿B”：傳感器節(jié)點感知區(qū)域有重疊，導致數(shù)據(jù)冗余。

第四十七頁，共88頁。1.3.3GEAR(GeographicandEnergyAwareRouting)

GEAR是一種基于位置信息的DC路由協(xié)議。在GEAR協(xié)議中，傳感節(jié)點首先利用GPS定位裝置通過衛(wèi)星定位等方式來獲知自己的地理坐標位置，同時假定其知道目標區(qū)域的位置信息。然后利用目標區(qū)域的位置信息與鄰節(jié)點的能量信息來決定路由的下一跳，直到將數(shù)據(jù)發(fā)送到目標區(qū)域(TargetRegion)R。當數(shù)據(jù)發(fā)送到目標區(qū)域R之后，在R內，算法將目標區(qū)域分解為幾個子區(qū)域再利用一種遞歸地理轉發(fā)算法(RecursiveGeographicForwarding)來將數(shù)據(jù)向各個子區(qū)域的中心位置分發(fā)。

第四十八頁，共88頁。1.3.3GEAR(GeographicandEnergyAwareRouting)

GEAR協(xié)議中的遞歸地理轉發(fā)算法原理：圖中假設目標區(qū)域R是一個矩形區(qū)域，且節(jié)點Ni收到發(fā)送給R的數(shù)據(jù)包P。此時，Ni將首先發(fā)現(xiàn)自己在目標區(qū)域R之中，然后如圖所示，Ni將R劃分為4個子區(qū)域，然后生成4個包P的拷貝分別轉發(fā)到R的4個子區(qū)域(Sub-Region)。當子區(qū)域中的某個節(jié)點收到數(shù)據(jù)包P后，重復上述過程，顯然最終所有目的節(jié)點均能收到源節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)包P。

第四十九頁，共88頁。1.3.3GEAR(GeographicandEnergyAwareRouting)

GEAR的優(yōu)缺點：優(yōu)點：利用位置信息和遞歸地理轉發(fā)算法，避免了使用Flooding來查詢消息。缺點：不適合在移動WSN中使用。

第五十頁，共88頁。1.3.4LEACH(LowEnergyAdaptiveClusteringHierarchy)

LEACH是第一個提出數(shù)據(jù)聚合思想的單層簇DC協(xié)議。其主要思想為通過在每個周期內通過一個概率函數(shù)隨機選擇簇頭(ClusterHead),由簇頭來平均分擔中繼通信業(yè)務以實現(xiàn)延長網(wǎng)絡生命周期的目的。一旦簇頭被選定，則簇成員(ClusterMember)節(jié)點將采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)傳與簇頭，簇頭在進行必要的數(shù)據(jù)匯聚處理之后，再將匯聚數(shù)據(jù)直接發(fā)送到用戶。LEACH具有能量感知功能，能均衡節(jié)點的能量消耗，提高網(wǎng)絡的穩(wěn)定性與生命周期；但算法中對簇頭可通過長距離信號發(fā)射直接與用戶進行通信的假設不切實際，因此算法的實用性較差。

第五十一頁，共88頁。1.3.4LEACH(LowEnergyAdaptiveClusteringHierarchy)

LEACH中概率函數(shù)的推導過程需求：讓所有節(jié)點輪流成為簇頭，從而使得網(wǎng)絡中各節(jié)點的能耗更加均勻。Step1：首先要確定得經(jīng)過多少輪才能使得所有節(jié)點都有機會能成為簇頭？顯然，為了解決該問題，則需要增加一個限制條件，即需要預先知道將整個網(wǎng)絡劃分為多少個簇，否則問題將無法求解?；谏鲜龇治觯虼丝上冉o出一個假定如下：假定簇頭節(jié)點占網(wǎng)絡節(jié)點總數(shù)的百分比為p。由該假定即可計算出經(jīng)過1/p輪才能使得所有節(jié)點都有機會能成為簇頭。第五十二頁，共88頁。1.3.4LEACH(LowEnergyAdaptiveClusteringHierarchy)

LEACH中概率函數(shù)的推導過程(Cont.)Step2：顯然，在最近1/p輪中已經(jīng)成為過簇頭的節(jié)點不能再成為簇頭。因此，可初步設計判定節(jié)點n在當前輪中成為簇頭的概率函數(shù)T(n)如下：T(n)=0，若nG，其中G表示網(wǎng)絡中最近1/p輪未當選簇頭的節(jié)點的集合。顯然，現(xiàn)在剩下的問題是需要針對nG時給出其在當前輪中成為簇頭的概率函數(shù)T(n)。Step3：那么，如何確定T(n)呢？先考慮最特殊的情形，假定當前輪為第1/p輪，顯然，所有未當選為簇頭的節(jié)點均需要當選為簇頭，即nG時，其成為簇頭的概率函數(shù)T(n)應等于1。因此，可修正判定節(jié)點n在當前輪中成為簇頭的概率函數(shù)T(n)如下：T(n)=1，若nG，且rmod1/p=1/p-1{即1/p–(rmod1/p)=1}，其中r表示到目前為止經(jīng)過的總的輪數(shù)。至此，剩下的問題為僅需要確定當nG，且1/p–(rmod1/p)1時其在當前輪中成為簇頭的概率函數(shù)T(n)。

第五十三頁，共88頁。1.3.4LEACH(LowEnergyAdaptiveClusteringHierarchy)

LEACH中概率函數(shù)的推導過程(Cont.)Step4：顯然，節(jié)點n在最近1/p輪中越晚未當選為簇頭，其應以越大的概率在當前輪中成為簇頭，即當1/p-(rmod1/p)越小，則節(jié)點n在當前輪中成為簇頭的概率應越大。因此，可修正判定節(jié)點n在當前輪中成為簇頭的概率函數(shù)T(n)如下：T(n)==，若nG。Step5：綜上所述，可得到節(jié)點n在當前輪中成為簇頭的概率函數(shù)T(n)如下：第五十四頁，共88頁。1.3.4LEACH(LowEnergyAdaptiveClusteringHierarchy)LEACH的優(yōu)缺點：優(yōu)點：使得網(wǎng)絡中節(jié)點的能耗更加均勻。

缺點：不能保障簇頭節(jié)點能夠遍及整個網(wǎng)絡，也不能保證簇的大小近似均勻。

第五十五頁，共88頁。1.3.5TTDD(TwoTierDataDissemination)

TTDD是一種基于層次簇的路由協(xié)議，其適用的環(huán)境為靜止傳感區(qū)域內的移動Sink節(jié)點的情形。在TTDD協(xié)議中，由源節(jié)點首先基于節(jié)點的位置信息分布式地將傳感區(qū)域劃分成網(wǎng)格(Grid)，同時為每個網(wǎng)格確定一個傳播節(jié)點(Disseminationnode)，并使得相鄰傳播節(jié)點之間的距離為1跳；源節(jié)點默認為其所在網(wǎng)格的傳播節(jié)點。

在實際進行路由時，Sink節(jié)點利用不同方式分兩個層次進行路由。

首先Sink節(jié)點利用洪泛在自己所屬的網(wǎng)格內廣播查詢，直到查詢消息到達其所屬網(wǎng)格的傳播節(jié)點；該路由過程稱為”低層”路由。當查詢到達Sink節(jié)點所屬網(wǎng)格的傳播節(jié)點后，傳播節(jié)點直接將查詢轉發(fā)給自己相鄰網(wǎng)格的傳播節(jié)點，依次類推，直到查詢到達源節(jié)點；該路由過程稱為”高層”路由。源節(jié)點在傳輸數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)通過傳播節(jié)點的轉發(fā)最終到達Sink節(jié)點，在傳輸過程中，傳播節(jié)點對數(shù)據(jù)進行匯聚處理，從而可以減低數(shù)據(jù)的傳輸開銷，達到節(jié)能的目的。

第五十六頁，共88頁。1.3.5TTDD(TwoTierDataDissemination)

TTDD的優(yōu)缺點：優(yōu)點：提出了一種新的應用場景，支持Sink移動的網(wǎng)絡環(huán)境。

缺點：需要地理位置信息的支持，且網(wǎng)格大小不容易確定。

第五十七頁，共88頁。1.3.6Rumor

Rumor的工作原理：如果Sink點的一次查詢只需一次上報，DirectedDiffusion協(xié)議開銷就太大了，Rumor協(xié)議正是為解決此問題而設計的。該協(xié)議借鑒了歐氏平面圖上任意兩條曲線交叉幾率很大的思想。當節(jié)點監(jiān)測到事件后將其保存，并創(chuàng)建稱為Agent的生命周期較長的包括事件和源節(jié)點信息的數(shù)據(jù)包，將其按一條或多條隨機路徑在網(wǎng)絡中轉發(fā)。收到Agent的節(jié)點根據(jù)事件和源節(jié)點信息建立反向路徑，并將Agent再次隨機發(fā)送到相鄰節(jié)點，并可在再次發(fā)送前在Agent中增加其已知的事件信息。Sink點的查詢請求也沿著一條隨機路徑轉發(fā)，當兩路徑交叉時則路由建立。如不交叉，Sink點可flooding查詢請求。

在多Sink點、查詢請求數(shù)目很大、網(wǎng)絡事件很少的情況下，Rumor協(xié)議較為有效。但如果事件非常多，維護事件表和收發(fā)Agent帶來的開銷會很大。

第五十八頁，共88頁。1.3.7無線傳感器網(wǎng)絡的組播與選播路由協(xié)議

目前，無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議著重研究的基本上是單播(Unicast)路由。事實上，在傳感器網(wǎng)絡應用中還經(jīng)常要求提供組播(Multicast)和選播(Anycast)支持技術。例如，在對軍事目標的監(jiān)控中經(jīng)常要求對同一目標進行分組監(jiān)測等。而組播與選播技術的引入必將導致對服務質量的要求。目前，典型的QoS組播和選播算法包括：QoS組播算法：Mobicast(Mobicast:Just-in-timemulticastforsensornetworksunderspatiotemporalconstraints)、VLM2(VeryLightweightMobileMulticast)等。QoS選播算法：SARP(Sink-basedAnycastRoutingProtocol)等。

第五十九頁，共88頁。1.3.7無線傳感器網(wǎng)絡的組播與選播路由協(xié)議

組播、廣播、單播、選播的定義：組播：是指一臺主機與一組目的主機之間的通信。廣播：是指一臺主機與所有目的主機之間的通信。單播：是指一臺主機與另一臺目的主機之間的通信。從投遞目的地的數(shù)量而言，單播和廣播均可看作是組播的一個子集。單播可以看作僅包括一臺機器群組的組播；廣播可以看作包含了所有機器的組播。選播：是指一臺主機與一組目的主機之間最“近”的一個之間的通信。

第六十頁，共88頁。1.3.8無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議的發(fā)展趨勢

減少通信量以節(jié)約能量：由于WSN中數(shù)據(jù)通信最為耗能，因此應在協(xié)議中盡量減少數(shù)據(jù)通信量。例如，可在數(shù)據(jù)查詢或者數(shù)據(jù)上報中采用某種過濾機制，抑制節(jié)點上傳不必要的數(shù)據(jù)。或采用數(shù)據(jù)聚合機制，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)絊ink點前就完成可能的數(shù)據(jù)計算。保持通信量負載平衡：通過更加靈活地使用路由策略讓各個節(jié)點分擔數(shù)據(jù)傳輸，平衡節(jié)點的剩余能量，提高整個網(wǎng)絡的生存時間。例如，可在層次路由中采用動態(tài)簇頭。在路由選擇中采用隨機路由而非穩(wěn)定路由。在路徑選擇中考慮節(jié)點的剩余能量。第六十一頁，共88頁。1.3.8無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議的發(fā)展趨勢

路由協(xié)議應具有容錯性：由于WSN節(jié)點容易發(fā)生故障，因此應盡量利用節(jié)點易獲得的網(wǎng)絡信息計算路由，以確保在路由出現(xiàn)故障時能夠盡快得到恢復，并可采用多路徑傳輸來提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。路由協(xié)議應具有安全機制：由于WSN的固有特性，其路由協(xié)議極易受到安全威脅，尤其是在軍事應用中。目前的路由協(xié)議很少考慮安全問題，因此在一些應用中必須考慮設計具有安全機制的路由協(xié)議。WSN路由協(xié)議將繼續(xù)向基于數(shù)據(jù)、基于位置的方向發(fā)展。這是由WSN一般不統(tǒng)一編址和以數(shù)據(jù)、位置為中心的特點決定的。第六十二頁，共88頁。1.4無線傳感器網(wǎng)絡中的拓撲控制技術

TopologyControl研究問題介紹在保證一定的網(wǎng)絡連通質量和覆蓋質量的前提下,一般以延長網(wǎng)絡的生命期為主要目標，兼顧通信干擾、網(wǎng)絡延遲、負載均衡、簡單性、可靠性、可擴展性等其他性能，形成一個優(yōu)化的網(wǎng)絡拓撲結構。TopologyControl的重要性拓撲控制是一種重要的節(jié)能技術拓撲控制保證覆蓋質量和連通質量拓撲控制能夠降低通信干擾延長網(wǎng)絡的生存時間提高MAC(mediaaccesscontrol)協(xié)議和路由協(xié)議的效率為數(shù)據(jù)融合提供拓撲基礎提高網(wǎng)絡的可靠性、可擴展性等其他性能拓撲控制對網(wǎng)絡性能具有重大的影響第六十三頁，共88頁。網(wǎng)絡中常見的拓撲結構:

1.4無線傳感器網(wǎng)絡中的拓撲控制技術

第六十四頁，共88頁。無線傳感器網(wǎng)絡中TopologyControl研究的主流方向:功率控制:就是為傳感器節(jié)點選擇合適的發(fā)射功率;睡眠調度:就是控制傳感器節(jié)點在工作狀態(tài)和睡眠狀態(tài)之間的轉換.

TopologyControl的主要形式:靜態(tài)節(jié)點不可控部署靜態(tài)節(jié)點隨機地部署到給定的區(qū)域；稀疏網(wǎng)絡的功率控制和對密集網(wǎng)絡的睡眠調度是兩種主要的拓撲控制技術；靜態(tài)節(jié)點可控部署節(jié)點通過人或機器人部署到固定的位置.拓撲控制主要是通過控制節(jié)點的位置來實現(xiàn)的,功率控制和睡眠調度雖然可以使用,但已經(jīng)是次要的了動態(tài)節(jié)點不可控部署稱為移動自組織網(wǎng)絡(mobileadhocnetwork,簡稱MANET)其挑戰(zhàn)是無論獨立自治的節(jié)點如何運動,都要保證網(wǎng)絡的正常運轉.功率控制是主要的拓撲控制技術動態(tài)節(jié)點可控部署移動節(jié)點能夠相互定位.拓撲控制機制融入到移動和定位策略中.因為移動是主要的能量消耗,所以節(jié)點間的能量高效通信不再是首要問題.因為移動節(jié)點的部署不太可能是密集的,所以睡眠調度也不重要.1.4無線傳感器網(wǎng)絡中的拓撲控制技術

第六十五頁，共88頁。相關概念:覆蓋:看成是對傳感器網(wǎng)絡服務質量的度量.區(qū)域覆蓋:研究對目標區(qū)域的覆蓋(監(jiān)測)問題;點覆蓋:研究對一些離散的目標點的覆蓋問題;柵欄覆蓋:研究運動物體穿越網(wǎng)絡部署區(qū)域被發(fā)現(xiàn)的概率問題.k-覆蓋/覆蓋度為k:如果目標區(qū)域中的任何一點都被k個傳感器節(jié)點監(jiān)測.部分覆蓋漸近覆蓋:當網(wǎng)絡中的節(jié)點數(shù)趨于無窮大時,完全覆蓋目標區(qū)域的概率趨于1完全覆蓋:Voronoi圖是常用的覆蓋分析工具.

1.4無線傳感器網(wǎng)絡中的拓撲控制技術

第六十六頁，共88頁。Voronoi圖/泰森多邊形/Dirichlet圖:它是由一組由連接兩鄰點直線的垂直平分線組成的連續(xù)多邊形組成，N個平面上有區(qū)別的點，按照最鄰近原則劃分平面；每個點與它的最近領區(qū)域相關聯(lián)。

應用：(1)圖形學、機械工程、虛擬現(xiàn)實、地理信息系統(tǒng)、機器人、圖像處理、CAD等;(2)解決距離計算、碰撞檢測、路徑規(guī)劃、Delaunay三角化、骨架計算、凸包計算以及可見性計算等計算幾何其它問題的有效工具1.4無線傳感器網(wǎng)絡中的拓撲控制技術

第六十七頁，共88頁。相關概念:連通:k-連通/連通度為k:如果至少要去掉k個傳感器節(jié)點才能使網(wǎng)絡不連通討論漸近意義下的連通,亦即當部署區(qū)域趨于無窮大時,網(wǎng)絡連通的可能性趨于1網(wǎng)絡生命期:定義為直到死亡節(jié)點的百分比低于某個閾值時的持續(xù)時間;可以通過對網(wǎng)絡的服務質量的度量來定義網(wǎng)絡的生命期.吞吐能力:目標區(qū)域是一個凸區(qū)域,每個節(jié)點的吞吐率為λbits/s.

A是目標區(qū)域的面積;W是節(jié)點的最高傳輸速率;π是圓周率;Δ是大于0的常數(shù);L是源節(jié)點到目的節(jié)點的平均距離;n是節(jié)點數(shù);r是理想球狀無線電發(fā)射模型的發(fā)射半徑通過功率控制減小發(fā)射半徑和通過睡眠調度減小工作網(wǎng)絡的規(guī)模,在節(jié)省能量的同時,可以在一定程度上提高網(wǎng)絡的吞吐能力.1.4無線傳感器網(wǎng)絡中的拓撲控制技術

第六十八頁，共88頁。補充：1.4無線傳感器網(wǎng)絡中的拓撲控制技術

第六十九頁，共88頁。相關概念:干擾和競爭:

減小通信干擾、減少MAC層的競爭和延長網(wǎng)絡的生命期基本上是一致的網(wǎng)絡無線信道競爭區(qū)域的大小與節(jié)點的發(fā)射半徑r成正比,所以減小r就可以減少競爭.網(wǎng)絡延遲:

當網(wǎng)絡負載較低時,高發(fā)射功率減少了源節(jié)點到目的節(jié)點的跳數(shù),所以降低了端到端的延遲;當網(wǎng)絡負載較高時,節(jié)點對信道的競爭是激烈的,低發(fā)射功率由于緩解了競爭而減小了網(wǎng)絡延遲.拓撲性質:

除了連通性之外,對稱性、平面性、稀疏性、節(jié)點度的有界性、有限伸展性(spannerproperty)等,都是希望具有的性質,還要考慮諸如負載均衡、簡單性、可靠性、可擴展性等其他方面.拓撲控制的各種設計目標之間有著錯綜復雜的關系.

對這些關系的研究也是拓撲控制研究的重要內容.

1.4無線傳感器網(wǎng)絡中的拓撲控制技術

第七十頁，共88頁。功率控制通過降低節(jié)點的發(fā)射功率來延長網(wǎng)絡的生存時間睡眠調度

對于節(jié)點密集型和事件驅動型的網(wǎng)絡十分有效1.4無線傳感器網(wǎng)絡中的拓撲控制技術

第七十一頁，共88頁。功率控制/RangeAssignment(RA)問題.設N={u1,…,un}是d(d=1,2,3)維空間中代表網(wǎng)絡節(jié)點位置的點的集合,r(ui)代表節(jié)點ui的發(fā)射半徑.RA問題就是要在保證網(wǎng)絡連通的前提下,使網(wǎng)絡的發(fā)射功率(各節(jié)點的發(fā)射功率的總和)最小.Min試圖尋找功率控制問題的最優(yōu)解是不現(xiàn)實的,應該從實際出發(fā),尋找功率控制問題的實用解/可行解;1.4無線傳感器網(wǎng)絡中的拓撲控制技術

第七十二頁，共88頁。功率控制算法分類：

(1)與路由協(xié)議結合的功率控制(2)基于節(jié)點度的功率控制(3)基于方向的功率控制(4)基于鄰近圖的功率控制(5)XTC算法

1.4無線傳感器網(wǎng)絡中的拓撲控制技術

第七十三頁，共88頁。功率控制算法分類：(1)與路由協(xié)議結合的功率控制

COMPOW:(CommonPower)基本思想是:所有傳感器節(jié)點使用一致的發(fā)射功率,在保證網(wǎng)絡連通的前提下,將功率最小化.基本步驟:

優(yōu)缺點:在節(jié)點分布均勻的情況下,COMPOW具有較好的性能.但是,一個相對孤立的節(jié)點會導致所有的節(jié)點使用很大的發(fā)射功率,所以在節(jié)點分布不均的情況下,它的缺陷是明顯的.1.4無線傳感器網(wǎng)絡中的拓撲控制技術

第七十四頁，共88頁。功率控制算法分類：

(2)基于節(jié)點度的功率控制LMA:LocalMeanAlgorithmLMN:LocalMeanofNeighborsAlgorithm

基本思想是:

給定節(jié)點度的上限和下限,每個節(jié)點動態(tài)地調整自己的發(fā)射功率,使得節(jié)點的度數(shù)落在上限和下限之間.缺點:算法一般難以保證網(wǎng)絡的連通性.

1.4無線傳感器網(wǎng)絡中的拓撲控制技術

第七十五頁，共88頁。功率控制算法分類：(3)基于方向的功率控制CBTC:(Cone(圓錐)-baseddistributedtopology-control),能夠保證網(wǎng)絡連通性的基于方向的算法

基本思想是:節(jié)點u選擇最小功率pu,ρ,使得在任何以u為中心的角度為ρ的錐形區(qū)域內至少有一個鄰居.文章證明了當ρ≤5π/6時,可以保證網(wǎng)絡的連通.特點:基于方向的算法需要可靠的方向信息,因而需要很好地解決到達角度問題,節(jié)點需要配備多個有向天線,因而對傳感器節(jié)點提出了較高的要求.

1.4無線傳感器網(wǎng)絡中的拓撲控制技術

第七十六頁，共88頁。功率控制算法分類：(4)基于鄰近圖的功率控制DRNG:DirectedRelativeNeighborhoodGraph)基于有向RNG(鄰近圖)DLMST:DirectedLocalMinimumSpanningTree)基于有向局部MST(最小生成樹)基本思想是:

設所有節(jié)點都使用最大發(fā)射功率發(fā)射時形成的拓撲圖是G,按照一定的鄰居判別條件求出該圖的鄰近圖G′,每個節(jié)點以自己所鄰接的最遠節(jié)點來確定發(fā)射功率.特點:能夠保證網(wǎng)絡的連通性在平均功率和節(jié)點度等方面具有較好的性能.基于鄰近圖的功率控制一般需要精確的位置信息1.4無線傳感器網(wǎng)絡中的拓撲控制技術

第七十七頁，共88頁。功率控制算法分類：(5)XTC算法

微軟亞洲研究院的Wattenhofer等人提出的XTC[18]算法:對傳感器節(jié)點沒有太高的要求對部署環(huán)境也沒有過強的假設,提供了一個面向簡單、實用的研究方向.XTC代表了功率控制的發(fā)展趨勢XTC的基本思想:是用接收信號的強度作為RNG(relativeneighborhoodgraph)中的距離度量.XTC算法可分為如下3步:1.4無線傳感器網(wǎng)絡中的拓撲控制技術

第七十八頁，共88頁。偏序：若集合X上的關系R是自反的、反對稱的和傳遞的，則稱只是集合X上的偏序關系。(如：實數(shù)集上的<=關系,>=關系)全序：設R是集合X上的偏序(Partial

Order)，如果對每個x,y∈X必有xRy或yRx，則稱R是集合X上的全序關系。

直觀地看，偏序指集合中僅有部分成員之間可比較，而全序指集合中全體成員之間均可比較。功率控制算法分類：(5)XTC算法補充概念：(集合論)三歧性定理：在實數(shù)域，這種關系表現(xiàn)為“三歧性”，即對任意兩個實數(shù)，必然存在：要么a>b；要么a<b；要么a=b。1.4無線傳感器網(wǎng)絡中的拓撲控制技術

第七十九頁，共88頁。功率控制算法分類：(5)XTC算法

XTC的優(yōu)缺點:不需要位置信息對傳感器節(jié)點沒有太高的要求適用于異構網(wǎng)絡也適用于三維空間與大多數(shù)其他算法相比,XTC更簡單,更實用XTC與實用化要求仍然有一定的距離(如:XTC并沒有考慮到通信鏈路質量的變化)1.4無線傳感器網(wǎng)絡中的拓撲控制技術

第八十頁，共88頁。睡眠調度算法分類：(1)非層次型網(wǎng)絡的睡眠調度算法當然也可以用在層次型網(wǎng)絡中,因為它們可以在簇的內部使用.(2)層次型網(wǎng)絡的睡眠調度算法非層次型/平面的:如果網(wǎng)絡中的節(jié)點都具有相同的功能,扮演相同的角色層次型的/基于簇的:反之1.4無線傳感器網(wǎng)絡中的拓撲控制技術

第八十一頁，共88頁。睡眠調度算法分類：(1)非層次型網(wǎng)絡的睡眠調度算法基本思想是:每個節(jié)點根據(jù)自己所能獲得的信息,獨立地控制自己在工作狀態(tài)和睡眠狀態(tài)之間的轉換.它與層次型睡眠調度的主要區(qū)別在于:每個節(jié)點都不隸屬于某個簇,因而不受簇頭節(jié)點的控制和影響.RIS:RandomizedIndependentSleepingRIS將時間劃分為周期,在每個周期的開始,每個節(jié)點以某一概率獨立地決定自己是否進入睡眠狀態(tài).RIS需要較為嚴格的時間同步1.4無線傳感器網(wǎng)絡中的拓撲控制技術

第八十二頁，共88頁。睡眠調度算法分類：(2)層次型網(wǎng)絡的睡眠調度算法基本思想是:由簇頭節(jié)點組成骨干網(wǎng)絡(Backbone),則其他節(jié)點就可以(當然未必)進入睡眠狀態(tài).層次型網(wǎng)絡睡眠調度的關鍵技術是分簇.

LEACH:需要較為嚴格的時間同步,也不能保證簇頭均勻分布EECS:EnergyEfficientClusteringScheme能夠保證簇頭的均勻分布,但EECS與LEACH一樣,簇頭與匯聚節(jié)點的單跳通信方式限制了網(wǎng)絡的規(guī)模LDS:LinearDistance-basedScheduling適用于基于簇的高密度傳感器網(wǎng)絡,只考慮簇內的睡眠調度,它假設分簇結構已經(jīng)存在.但是,LDS不能保證能量的均勻消耗1.4無線傳感器網(wǎng)絡中的拓撲控制技術

第八十三頁，共88頁。睡眠調度算法分類：(2)層次型網(wǎng)絡的睡眠調度算法GAF:GeographicalAdaptiveFidelity以節(jié)點地理位置為分簇依據(jù),把監(jiān)測區(qū)域劃分成正方形虛擬單元格,將節(jié)點按照位置信息劃入相應的單元格,相鄰單元格的任意兩個節(jié)點可直接通信.GAF節(jié)點有3種狀態(tài):工作狀態(tài)、睡眠狀態(tài)、發(fā)現(xiàn)狀態(tài).每個單元格只有一個隨機產生的簇頭節(jié)點處于工作狀