基于接收信号强度的无线传感器网络组网协议
无线传感器网络中的路由协议
无线传感器网络中的路由协议随着科技的不断发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）已经逐渐成为了一种被广泛研究和应用的技术。
无线传感器网络拥有广泛的应用领域，如军事、环境监测、智能家居、健康管理等。
在这些应用中，无线传感器网络的安全、可靠性和生命稳定性是至关重要的。
为了保证上述三个要素，需要一个高效、稳定且可扩展的路由协议来管理无线传感器网络中的数据传输和路由决策。
无线传感器网络与传统的局域网和广域网不同，它不具有结构上的中心，而是由大量分散的节点构成，这些节点协同工作来达到目标。
由于节点之间的距离很近，数据包在此类网络中往往是通过多跳传输。
一个好的路由协议应当考虑网络中所有节点的负载以及能源消耗，尽可能地减少数据包的延迟和数据包的丢失。
这是无线传感器网络中的路由协议需要考虑的主要问题。
在无线传感器网络中，有三种主要的路由协议：平面机制、分层机制和混合机制。
1. 平面机制平面机制是指所有节点都属于同一层次，没有层次结构。
节点之间通过广播协议（如Flooding protocol）相互传递数据。
节点只需知道自己的邻居节点，数据包的传输是由遍布整个网络的节点负责的。
这种方法简单且易于实现，但会导致网络不稳定，易出现死循环和数据洪泛问题。
因此，在实际应用中很少使用。
2. 分层机制分层机制是指将节点按照其功能和自己所处的位置划分为不同的层次。
分层机制将一个大的无线传感器网络划分为多个小的子网络，每个子网络都有一个负责节点。
子网络之间通过中继节点进行通信，可以减少数据的传播距离和提高传输速率。
分层机制通常由三层组成：传感器层、联络层和命令层。
传感器层负责数据的采集与传输，联络层负责中继和路由，命令层负责网络控制和管理。
分层机制的优点是可以有效降低网络负载和节点的能源消耗，提高网络的生存率和稳定性。
常见的分层机制路由协议有链路状态广告协议(LSP protocol)、电子飞秋协议(EFQ protocol)等。
基于RSSI的无线传感器网络环境参数分析与修正方案_凡高娟
第29卷 第6期南京邮电大学学报(自然科学版)V o.l 29 N o.6 2009年12月Journa l o f N an jing U niversity of Posts and T e lecomm un i cations(N atura l Sc i ence)D ec .2009基于RSSI 的无线传感器网络环境参数分析与修正方案凡高娟,王汝传,孙力娟南京邮电大学计算机学院,江苏南京 210046摘 要:定位技术是无线传感器网络数据采集的基础服务,而定位精度的高低在很大程度上取决于距离测量的精度。
基于R SS I(接收信号强度)测距技术无须添加任何硬件设施、用较少的通信开销和较低的实现复杂度,十分适应于能量受限的无线传感器网络。
通过对RSSI 测距模型进行分析,并提出一种针对室内环境的参数修正方案。
通过自行研发的传感器节点U bice ll 上进行验证分析,实验表明,采用环境参数修正方案后,明显提高了测距的精度。
关键词:无线传感器网络;接收信号强度;距离估计中图分类号:TN911 文献标识码:A 文章编号:1673-5439(2009)06-0054-04Dist ance -assistant Node Coverage Ide ntification M odelforW ireless Se nsor NetworksFAN Gao -juan ,W ANG Ru -chuan ,S UN L -i juanColl ege of Co m puter ,Nan ji ng Un i versit y ofPosts and Tel eco mmun icati ons ,Nan jing 210046,Ch i n aAbst ract :Loca lizati o n is one o f the basic serv ices for data co llecti o n i n w ire less sensor net w o r ks .The l o -ca lizati o n accuracy to so m e ex tent depends on the accuracy o f distance esti m ation.The advantage o f e m -p loy i n g the RSSI(Received signal streng th i n dica ti o ns)-based distance esti m ation have so m e m etric tha tno extra hardw are and fe w er co mm unication cost and lo w er i m ple m entation co m plex w hich can adapt to ener gy -li m itw ire less sensor net w or k.In t h is paper ,w e stud ied and analyzed RSSI -based d istance est-i m ated m ode,l and prov i d e a para m e ter cali b rati o n m ethod w hich i n spec ific to i n door env ironm en tal appl-i cati o ns .Experience on our prototype node )U bicell and show s that the proposed cali b rati o n m ethod per -fo r m s w ell i n d istance esti m ate accuracy .K ey w ords :w ireless sensor net w orks ;rece i v ed signal streng th indication ;d istance esti m ati o n收稿日期:2009-06-30基金项目:国家自然科学基金(60573141,60773041,60973139),江苏省自然科学基金(BK2008451),国家高技术研究发展计划(863计划)(2006AA01Z219,2007AA01Z404,2007AA01Z478),2006江苏省软件专项,南京市高科技项目(2007软资106),现代通信国家重点实验室基金(9140C 1105040805),江苏省博士后基金(0801019C ),江苏高校科技创新计划(CX08B-085Z ,CX08B -086Z )和江苏省六大高峰人才资助项目通讯作者:王汝传 电话:(025)83492867 E-m ai:l w angrc @n j upt .edu .cn0 引 言无线传感器网络由大量感知节点组成,是以数据为中心的采集平台,可广泛用于环境监测、应急通信、健康护理、安全监控等应用领域[1]。
面向无线传感器网络的自适应路由协议设计
面向无线传感器网络的自适应路由协议设计无线传感器网络是一种由大量分布在环境中的无线传感器节点组成的网络。
这些传感器节点能够进行环境监测，数据采集和传输等任务。
然而，由于无线传感器节点资源有限，环境复杂多变，传感器网络中的节点通信链路不稳定等因素，使得网络中的数据传输变得困难。
因此，需要设计一种自适应路由协议，以提高整个无线传感器网络的性能。
在设计面向无线传感器网络的自适应路由协议时，需要考虑以下方面：首先，路由协议需要具备自适应性。
由于传感器网络中的节点资源有限，节点的能量和带宽限制需要被充分考虑。
自适应路由协议可以根据网络中节点的能量和带宽情况，选择最佳的路由路径，从而降低能量消耗，并延长网络寿命。
其次，路由协议需要具备高效性。
无线传感器网络中的数据传输通常具有实时性要求，因此，路由协议需要尽量减少数据传输延迟。
高效的路由算法可以选取最短路径，减少数据传输时间，并提高网络的响应速度。
另外，路由协议还需要具备可靠性。
传感器网络中的节点通信链路通常不稳定，易受到干扰和障碍物的影响。
路由协议需要具备恢复能力，当链路发生异常或中断时，能够快速调整路由，保证数据的可靠传输。
为了满足面向无线传感器网络的自适应路由协议的设计需求，可以采用以下方法：首先，可以采用基于状态的路由协议。
状态信息可以包括节点的能量、带宽、跳数等。
根据这些状态信息，可以通过适当的算法选择最佳的路由路径。
例如，可以使用Dijkstra算法或Bellman-Ford算法来计算最短路径，或者使用AODV（Ad-hoc On-demand Distance Vector）协议来逐跳更新路由表。
其次，可以采用基于信号强度的路由协议。
无线传感器节点可以通过测量接收到的信号强度来判断与其相邻节点的距离。
根据信号强度信息，可以选择最近的节点作为下一跳，从而减少能量消耗。
例如，可以采用LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）协议来进行基于信号强度的路由。
无线传感器网络的组网技术详解
无线传感器网络的组网技术详解无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是由大量分布在空间中的无线传感器节点组成的网络系统。
这些节点能够感知环境中的各种物理量，并将采集到的数据通过网络传输到目标位置。
无线传感器网络在农业、环境监测、智能交通等领域具有广泛的应用前景。
而组网技术是无线传感器网络中至关重要的一环，它决定着网络的可靠性、稳定性和性能。
一、无线传感器网络的组网模式无线传感器网络的组网模式有两种：平面型组网和立体型组网。
1. 平面型组网平面型组网是指节点在平面上均匀分布的组网模式。
节点之间的通信距离较近，通信路径较短，能够有效降低传输延迟和能量消耗。
平面型组网适用于需要对平面区域进行全面监测的场景，如土壤湿度监测、温度监测等。
2. 立体型组网立体型组网是指节点在三维空间中分布的组网模式。
节点之间的通信距离相对较远，通信路径较长，需要更强的通信能力和能量支持。
立体型组网适用于需要对三维空间进行全面监测的场景，如建筑结构监测、地震预警等。
二、无线传感器网络的组网拓扑结构无线传感器网络的组网拓扑结构有多种，常见的有星型结构、树型结构和网状结构。
1. 星型结构星型结构是指所有节点都直接连接到一个中心节点的组网模式。
中心节点负责数据的汇聚和转发，具有较高的通信能力。
星型结构简单、稳定，适用于小规模的传感器网络。
2. 树型结构树型结构是指节点之间通过父子关系构成的层级结构。
树型结构中每个节点只与其父节点和子节点直接通信，数据通过树形结构传输。
树型结构适用于大规模的传感器网络，能够有效减少通信开销。
3. 网状结构网状结构是指节点之间通过多跳通信形成的网状网络。
每个节点都可以与其他节点直接通信，数据通过多跳传输。
网状结构具有较高的灵活性和容错性，适用于复杂环境下的传感器网络。
三、无线传感器网络的组网协议无线传感器网络的组网协议有多种，常见的有LEACH协议、TEEN协议和PEGASIS协议。
无线传感器网络中的信号强度定位技术研究
无线传感器网络中的信号强度定位技术研究随着科技的快速发展和普及，无线传感器网络在工业、医疗、环境监测等领域得到了广泛应用。
无线传感器网络是由大量分散在目标感知区域内的无线传感器节点组成的网络，这些节点可以感知环境参数、信息采集、数据传输等。
在实际应用中，对于节点的定位和跟踪是非常重要的。
其中，无线传感器网络中的信号强度定位技术是一种常见的节点定位技术。
一、信号强度定位技术的基本原理信号强度定位技术是通过对节点发射的信号进行接收和处理，计算出节点的位置信息。
这种技术利用的是信号在传播过程中衰减的特性，对节点信号强度进行测量，从而得到节点位置的一种方法。
信号强度定位技术主要包括基于接收信号强度指数（Received Signal Strength Index，RSSI）和基于时差测量（Time of Arrival，TOA）、到达时间差（Time Difference of Arrival，TDOA）的定位方法。
基于RSSI的信号强度定位技术，一般使用超高频（Ultra High Frequency，UHF）标签或被动射频识别（Passive Radio Frequency Identification，PRFID）标签来发射信号。
接收器可以利用RSSI值来计算信号的传输距离，然后把这些距离用于节点位置的估计。
基于TOA和TDOA的信号定位方法则是根据信号从不同位置发射到接收器的时间差来计算位置。
具体地说，TOA方法是测量信号从节点发射起到接收器接收到信号的时间差，TDOA方法是测量信号在不同节点接收到的时间差。
这些时间差可以用来计算节点的位置和距离。
二、信号强度定位技术的优缺点信号强度定位技术的主要优点是成本较低、易于实现和操作，并且不需要额外的硬件设备。
它可以帮助用户有效地定位和跟踪节点位置。
另外，它可以在高噪声环境下工作，并且可以在不需要额外设备的情况下使用。
但是，信号强度定位技术还有一些缺点。
无线传感器网络路由协议
无线传感器网络路由协议无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量低成本、低功耗的传感器节点组成的网络系统，用于感知和收集环境信息。
无线传感器网络的路由协议起着关键作用，它决定了数据在网络中的传输路径和方式，影响着整个网络的性能、能耗以及生存时间。
1. LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy）是一种经典的层次化路由协议。
它将网络中的节点划分为若干个簇（Cluster），每个簇有一个簇首节点（Cluster Head）。
簇首节点负责收集和聚合簇内节点的数据，并将聚合后的数据传输给基站节点，从而减少了网络中节点之间的通信量，节省了能耗。
2. AODV（Ad Hoc On-Demand Distance Vector）是一种平面路由协议，适用于无线传感器网络中节点数量较少且网络拓扑较稳定的情况。
AODV协议通过维护路由表来选择最短路径，当节点需要发送数据时，它会向周围节点发起路由请求，并根据收到的响应建立起路由路径。
3. GPSR（Greedy Perimeter Stateless Routing）是一种基于地理位置的路由协议。
它通过利用节点的地理位置信息来进行路由选择，具有低能耗和高效的特点。
GPSR协议将整个网络划分为若干个区域，每个节点知道自己的位置以及周围节点的位置，当需要发送数据时，节点会选择最近的邻居节点来进行转发，直到达到目的节点。
除了以上几种常见的路由协议，还有很多其他的无线传感器网络路由协议，如HEED（Hybrid Energy-Efficient Distributed clustering）、PEGASIS（Power-Efficient Gathering in Sensor Information Systems）等，它们各自具备不同的优势和适用场景。
总之，无线传感器网络的路由协议在保证数据传输可靠性和网络能耗方面起着重要的作用。
无线传感器网络的路由协议
路由协议概述
无线传感器网络的路由协议主要任务是确保数据由 源节点准确高效地传输到目的节点，即寻找数据的 最优路径以及沿最优路径发送数据。
能耗：WSN中，路由协议的制定受能耗的限制。 ◆邻居发现过程：邻居节点间交换信息会消耗能量，交换数据越 大，能耗越大。 ◆处理过程：数据传输过程的计算和通信会消耗能量，通信的能 耗大于计算。
能量感知路由
能量多径路由
主要过程
路径建立 建立从源节点 到目的节点的多 条路径 计算出各条路 径的选择概率
数据传输
对于接收到的 每组数据，节点 根据概率从所有 下一跳节点中选 择一个节点
路由维护
周期性从目的 节点到源节点进 行洪泛查询以维 护路径的有效性 和活跃性
能量感知路由
能量多径路由
路径建立具体过程
缺点
➢节点硬件需要支持射频功率自适应调整； ➢无法保证簇头节点能遍及整个网络； ➢分簇与簇头选举 要公平
分层路由协议
PEGASIS协议
◆PEGASIS协议是对于LEACH的一种改进，节点间不再组成簇，而 是组成链 ◆PEGASIS协议基本原理：
1.假定传感器节点是同构和相对静止的 2.节点通过发送能量递减的测试信号，确定相邻节点的位置 3.进而了解网络的全局信息 4.节点选择其最近的邻居作为链上的下一跳 5.节点只需维护自己上一跳和下一跳的邻居信息
分层路由协议
LEACH协议
网络按照周期工作，每个周期分为两个阶段：
◆簇头建立阶段： 节点运行算法，确定本次自己是否成为簇头（选簇）； 簇头节点广播自己成为簇头的事实； 其他非簇头节点按照信号强弱选择应该加入的簇头，并通知该
簇头节点； 簇头节点按照TDMA的调度，给依附于他的节点分配时隙；
无线传感器网络的组网与数据传输
无线传感器网络的组网与数据传输无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）由大量的分布式传感器节点组成，这些节点可以感知环境中的各种信号，并将采集到的数据通过网络传输给基站或其他节点进行处理和分析。
组网和数据传输是构建一个高效可靠的无线传感器网络的重要环节。
本文将详细介绍无线传感器网络的组网和数据传输的步骤和方法。
一、无线传感器网络的组网1. 节点选择和部署- 根据应用需求确定节点的数量和类型，选择合适的传感器节点。
- 合理部署节点，考虑到传感器的覆盖范围和通信距离。
2. 网络拓扑结构选择- 针对不同的应用场景和需求，选择适合的网络拓扑结构，如星型、网状或混合型等。
- 考虑节点间的通信距离、能量消耗和网络的可靠性等因素。
3. 路由选择- 根据网络拓扑结构选择合适的路由协议，如LEACH、DSR等。
- 路由协议应考虑节点的能量消耗、网络的容量和稳定性等因素。
4. 信道分配和冲突避免- 防止节点之间发生冲突，采取合适的信道分配和冲突避免机制，如时分多址（TDMA）和载波侦听多址（CSMA）等。
5. 安全机制- 在组网过程中，加强网络的安全性，采用合适的加密算法、身份验证和访问控制等措施，防止数据泄露和攻击。
二、无线传感器网络的数据传输1. 传感器数据采集- 传感器节点感知环境中的各种信号，采集数据，并进行处理和压缩，以减少数据的传输量和能量消耗。
2. 数据压缩和编码- 对传感器数据进行压缩和编码，减少数据传输的带宽需求和能量消耗。
3. 数据传输协议选择- 根据应用需求选择合适的数据传输协议，如TCP/IP、UDP等。
- 考虑数据传输的实时性、可靠性和带宽需求等因素。
4. 数据传输机制- 采用合适的数据传输机制，如单播、广播或组播等，以满足不同节点和应用的需求。
5. 数据处理和存储- 接收数据的节点进行数据处理和分析，根据应用需求存储、转发或丢弃数据。
6. 消息队列和缓存- 使用消息队列和缓存等机制，解决数据传输过程中的延迟和阻塞问题，提高数据传输的效率。