分簇型无线传感器网络节点的设计

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无线传感器分簇网络实验系统设计

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｘｐｅｉｍｅｒｎｔｌａｓｙｓｔｅｍ；ｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｃｌｕｓｔｅｒｎｅｔｗｏｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋ，
ｎｅｔｗｏｒｋｎｏｄｅｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｗａｓｃｌｃａｕｌａｔｅｄ．Ｅｎｅｒｙｇｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎｄｃｌｕｓｔｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄａｔａａｒｅｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄｔｏｈｏｓｔｎｏｄｅ．Ｃｌｕｓｔｅｒｎｅｔｗｏｒｋｓｔｕｃｒｔｕｒｅｒｅｎｄｅｒｅｄａｎｄｔｏｔｌａｅｎｅｒｙｇｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｒｅｉｎｈｏｓｔｎｏｄｅｆｏｒｅｖａｌｕａｔｉｎｇｃｌｕｓｔｅｉｒｎｇａｌｇｏｉｒｔｈｍ．Ｐｒａｃｔｉｃｌａｅｘｐｅｉｒ－ｍｅｎｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｑｕｌｉａｉｆｅｄｔｏｄｅｓｉｇｎａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｅｃｌｕｓｔｅｉｒｎｇｌｇａｏｒｉｔｈｍ．
ＤｅｓｉｇｎｏｆＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｙｓｔｅｍｆｏｒＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＣｌｕｓｔｅｒＮｅｔｗｏｒｋｓ

面向无线传感器网络的分簇路由协议设计与优化

面向无线传感器网络的分簇路由协议设计与优化无线传感器网络（Wireless Sensor Networks, WSN）是一种广泛应用于各类环境监测、物联网和智能城市等领域的无线网络技术。

由于无线传感器节点具有资源有限、能耗高和通信容量有限等特点，分簇路由协议的设计与优化成为提高网络性能和能效的重要研究方向。

本文将重点探讨面向无线传感器网络的分簇路由协议设计与优化。

首先，我们来介绍一下无线传感器网络的分簇路由协议的基本原理。

在无线传感器网络中，节点通常按照簇的形式进行组织，每个簇由一个簇首节点和一些成员节点组成。

簇首节点负责协调和管理簇内的通信和数据传输，而成员节点则负责采集并传输数据给簇首节点。

分簇路由协议的目标是使节点间的通信更加高效，减少能量消耗，延长网络寿命。

在分簇路由协议的设计中，有几个关键的要素需要考虑。

首先是簇首节点的选择机制。

一种常见的选择机制是基于节点能量的选择，选取能量高的节点作为簇首节点。

这样可以使得能量消耗均衡，延长网络寿命。

另一种选择机制是基于节点距离的选择，选取离其他节点距离较近的节点作为簇首节点，减小通信距离，降低能量消耗。

针对不同的应用场景和需求，可以选择合适的簇首节点选择机制。

其次是簇内通信的方式。

簇首节点负责与成员节点之间的通信，可以采用直接通信或多跳通信。

直接通信即簇首节点与成员节点之间直接进行数据交换，而多跳通信则需要通过其他节点进行中继。

多跳通信可以增加网络的覆盖范围和可靠性，但会增加通信延迟和能量消耗。

因此，在设计中需要权衡这两种通信方式，选择最适合的方式。

另外一个重要的问题是簇首节点的轮换机制。

由于簇首节点在网络中承担了很大的通信和数据处理压力，容易造成能量消耗不均衡和网络瓶颈。

因此，引入簇首节点轮换机制可以平衡能量消耗，延长网络寿命。

轮换机制可以根据节点能量、负载和通信质量等因素来确定簇首节点的轮换顺序。

一般来说，选择能量消耗较低且负载较小的节点作为下一个簇首节点。

基于分簇的无线传感器网络设计(1)

基于分簇的无线传感器网络设计王素红（中北大学电子与计算机科学技术学院，山西太原030051）摘要：无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器结点组成，存在传感器节点密度高、网络拓扑变化频繁以及节点的功率、计算能力和数据存储能力有限等不足。

介绍了基于分簇结构的两层无线传感器网络实现远程监测的软件与硬件总体设计方法。

关键词：分簇；传感器网络；网络协调器中图分类号：TP393.17文献标识码：A文章编号：1672-7800（2009）12－0125－021无线传感器网络1.1无线传感器网络路由协议无线传感器网络路由协议按照最终形成的拓扑结构，可以划分为平面路由协议和层次路由协议。

在平面路由协议中，所有节点的地位是平等的，可扩充性比较差，维护动态变化的路由需要大量的控制信息。

在层次结构的网络中，群成员的功能比较简单，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，具有很好的可扩充性。

同其它通信网络一样，传感器网络的主要设计属性之一是可扩展性。

随着传感器节点密度的增加，单层网络可能会引起网关节点负载过重，这种过重负载可能会引起通信延迟和不能及时跟踪监测事件。

另外，对于覆盖更大区域的大规模传感器网络，由于传感器节点不支持长距离通信，单层网络结构将不可扩展。

为了使系统能够在不降低服务质量的情况下处理额外的负责和覆盖更大范围的区域，可以采用分簇的方式组织传感器网络。

分簇式路由协议与其他路由协议相比具有一定的优势：①分簇式路由协议消耗能量少且能量消耗分布均匀，能有效地延长网络寿命、平衡网络负载；②分簇式路由协议是基于某种簇形成策略，选举产生一个较为稳定的子网络，从而减少了拓扑结构变化对路由协议带来的影响；③簇头节点对所在簇内的节点进行管理，能方便地向基站传达节点的各种信息，例如能量、安全性、故障等。

另外基站通过头节点可以有效地向网络中其他节点发送命令，这是平面路由所不能有效实现的。

1.2无线传感器网络应用无线传感器网络以其自组织性、体积小、成本低、灵活等优点，在军事、环境科学、医疗、空间探索、商业等领域有着非常广泛的应用前景。

无线传感器网络的节能分布式分簇算法

ｆｒＷｉｅｅｓＳｎｏｔｒｏｒｌｓｅｓｒＮｅｗｏｋ
Ｑｉｇｙｎ，ＵＪ－ｕ，Ｉｎ－ｉｇＹｉｏＷＡＮＮａ－ａＹｇＧｎｎｎ
（ｃｏｌｆＣｏｕｔｒＳｉｎｅＱｕｕＮｏｍａｉｅｓｔ，ｚａ７８６Ｃｈｎ）Ｓｈｏｍｐｅｃｅｃ，ｆｒｌＵｎｖｒｉＲｉｈｏ２６２，ｉａｏｙ
中图分类号：Ｐ９Ｔ３３
无线传感器网络的节能分布式分簇算法
齐迎迎，禹继国，王楠楠
（阜师范大学计算机科学学院，山东日照２６２）曲７８６
摘
要：针对无线传感器网络的异构特性，提出一种能量有效的分布式分簇算法ＥＤＥＣ。预先选择剩余能量较多的节点作为竞争簇头的候
Ｄ０Ｉ１．９９．ｓ．００３２．１．３００：０３６／ｉｎ１０ —４８００．ｊｓ２１３
１概述
无线传感器网络由大量体积小、本低、具有有限存储、成
广泛的研究，提出了大量分布式的分簇协议，取得了大量优
秀的研究成果。
计算、无线通信能力和感知能力的传感器节点组成。传感器节点通常是由电池供电的，能量有限且往往不能再次补充。如何合理利用传感器节点有限的能量延长网络寿命是传感器网络协议设计所面临的首要问题。分簇被证明为解决这一问题的有效机制。在分簇的无线传感器网络中，节点被划分为多个组，每个组称为一个簇。簇中的节点分为簇头节点和簇成员节点。成员节点收集环境中的数据后发送给相应的簇头

新的无线传感器网络分簇算法探析

节点一样，这就表明簇头已经覆盖了全部的相邻节点。
合，从而提高网络的性能。
参考文献
嗍
［１】胡静，沈连丰，宋铁成，任德盛新的无线传感器网络分簇算法［Ｊｌｌ通信学报，２００８０６（０７）：２０ — ２６．
同时，簇头还可以在集合中进行节点的挑选，其簇头通常都是在所以节点中选择最小的，选择之后，同时发出
息驱动机制就是其以有一个正整数作为每个节点的认证码，其剩余
能量就是节点权值。集中的集合和变量主要包括以下几点：（１）相邻的两个节点进行结合；（２）相邻的两个节点簇头进行结合；（３）相邻的两个节点与下级节
网络直径；（５）算法消息的复杂度为０（ｎ）。
网络模型，以双层结构的为例，簇头节点主要将其他节点所发出的数据进行收集，并通过融合，最后将
融合过的数据向各个基点输送。由于本文是为了解决簇
形成而提出的算法，因此，不要求簇头到基点的传输方
式。也就是说，簇头之间可以选择采用各种方式将数据
对其生成的信息进行处理，当其他节点发出簇头消息被
一
的网络结构上的，并且可以在簇内可以选取多频率等方
式进行节点配置的，通过结合本机的数据对功能进行融
个节点收取时，两个节点就会集合，但假设该节点并
没有被其他节点所覆盖，就表明该节点已经成为覆盖节点，而且还可以在簇内进行信息广播。要是相邻的两个
一
、
网络模型与能量模型
三、算术的简单分析以及仿真
ＲＤＣＡ算法具有以下特征：（１）算法是通过分布的形式执行的，而且算法的执行只依赖相邻的节点信息；（２）在每一个非簇头节点基础上仅采用一个簇头节点；（３）簇头的分散性一定要好，而且任何２个簇头都不可以相邻；（４）算法时间的复杂度是０（ｄ），且ｄ为

无线传感器网络中的分簇算法研究

无线传感器网络中的分簇算法研究随着无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）的快速发展和广泛应用，如何有效地管理和控制网络中的大量传感器节点成为了研究的热点之一。

分簇作为一种常用的网络管理方法，能够将传感器节点划分为不同的簇，减少节点之间的通信开销，提高网络的能效性和生命周期。

本文将围绕无线传感器网络中的分簇算法展开研究，探究其关键技术和应用领域。

一、无线传感器网络中的分簇算法的基本原理在无线传感器网络中，分簇算法的主要目标是将网络中的传感器节点划分为不同的簇或者群集，并选出簇首（Cluster Head）来负责与其他簇首进行通信、收集和汇总数据，并将数据传输给基站或其他网络节点。

分簇算法通常具有以下基本原理：1.1、节点选择原则分簇算法需要选择合适的节点作为簇首，使其能够在网络中具有较好的覆盖范围和能量消耗情况。

通常情况下，选择离基站较近且具备更多能量的节点作为簇首，以便有效地将数据传输给基站，并提高网络的能效性。

1.2、簇构建规则分簇算法需要根据相应的规则将传感器节点划分为不同的簇。

常见的簇构建规则包括距离、能量、拓扑关系等。

根据这些规则，传感器节点可以选择最近的簇首进行加入，并形成一个完整的簇。

1.3、簇间通信机制分簇算法中的簇首负责与其他簇首进行通信，并将其所负责的簇的数据进行聚合和汇总。

为了减少通信开销和延迟，簇之间通常采用链路路由或多跳路由等通信机制。

二、无线传感器网络中的分簇算法的关键技术无线传感器网络中的分簇算法涉及到多个关键技术，以下将对其中几个关键技术进行介绍：2.1、簇首选择算法簇首选择算法是分簇算法中的关键技术之一，它的目标是选择出合适的传感器节点作为簇首。

常见的簇首选择算法包括基于能量的簇首选择算法、基于地理位置的簇首选择算法和基于拓扑关系的簇首选择算法等。

2.2、簇构建算法簇构建算法是根据一定的规则将传感器节点划分为不同的簇的关键技术。

常见的簇构建算法包括基于距离的簇构建算法、基于能量的簇构建算法和基于拓扑关系的簇构建算法等。

无线传感器网络中的分簇算法优化研究

无线传感器网络中的分簇算法优化研究1. 引言无线传感器网络是由大量分布在目标区域的无线传感器节点组成的，这些节点能够自动感知环境中的信息，并相互之间进行通信。

为了提高网络性能和延长网络寿命，研究者们提出了很多分簇算法来对传感器节点进行有效管理和组织。

本文旨在研究和优化无线传感器网络中的分簇算法，提高网络的性能和效率。

2. 无线传感器网络中的分簇算法概述分簇算法是无线传感器网络中常用的一种网络组织方法，它通过将节点划分为不同的簇，由每个簇中的簇首节点负责数据收集和传输，来减少能量消耗和网络拥塞。

常见的分簇算法包括基于能量的分簇算法、基于距离的分簇算法和基于信号强度的分簇算法等。

3. 分簇算法的问题和挑战在无线传感器网络中，分簇算法面临着一些问题和挑战。

首先，节点能量不平衡是一个重要问题，由于节点能量消耗不均匀，一些节点可能会提前耗尽能量导致网络中断。

其次，簇首节点的选择也是一个关键问题，选择不当可能导致网络中的瓶颈或不平衡，影响网络性能。

此外，网络中节点的移动性也会给分簇算法带来困扰，因为节点的移动会导致簇首节点的变化，进而影响整个网络的组织和通信。

4. 分簇算法的优化方法为了解决上述问题和挑战，研究者们提出了一些优化方法来改进分簇算法的性能和效果。

首先，基于能量的分簇算法可以通过动态调整节点的能量阈值来实现能量均衡，避免因为少数节点耗尽能量而导致网络中断的情况。

其次，簇首节点的选择可以通过考虑节点的能量、距离和信号强度等因素来进行优化，确保网络中的负载均衡和性能稳定。

此外，对于节点移动性的问题，可以通过引入位置预测和动态路由等技术来应对，提高网络的适应性和稳定性。

5. 实验和结果分析为了验证优化方法的有效性，我们进行了一系列的实验，并对实验结果进行了分析。

实验结果表明，通过调整能量阈值和优化簇首节点选择，可以显著减少能量消耗和延长网络寿命。

同时，引入位置预测和动态路由等技术可以提高网络的适应性和稳定性，减少网络中断的可能性。

无线传感器网络分簇路由协议研究

无线传感器网络分簇路由协议研究无线传感器网络是一种由许多分布式传感器节点组成的网络，这些节点通过无线通信相互连接，可以实现对环境的监测和数据采集。

在无线传感器网络中，由于节点数量众多、能量有限、通信带宽受限等特点，网络中的传感器节点之间需要进行有效的组织和管理，以实现高效的数据传输和节能。

分簇路由协议是无线传感器网络中的一种重要的路由协议，它将传感器节点分成不同的簇（cluster），每个簇都有一个簇头节点（cluster head），负责进行数据的聚集和传输，从而减少网络中节点之间的通信量，延长网络的生命周期。

本文将围绕无线传感器网络分簇路由协议展开研究，探讨目前常用的分簇路由协议的特点、优缺点以及未来的发展方向。

一、分簇路由协议的基本原理在无线传感器网络中，节点之间通信的距离有限，而且节点的能量有限，为了延长网络的寿命并提高网络的传输效率，需要将节点进行分组管理。

分簇路由协议的基本原理是将网络中的所有传感器节点分成不同的簇，每个簇由一个簇头节点来管理，簇头节点负责接收本簇内所有传感器节点采集的数据并进行处理，然后将处理后的数据传输给下一级的节点，直到数据传输到基站或者数据融合节点。

分簇路由协议通常包括两个阶段：簇首选举阶段和数据传输阶段。

在簇首选举阶段，网络中的节点根据一定的规则选择自己所属的簇，并选举产生簇头节点，簇头节点的选择通常考虑节点能量、距离等因素。

在数据传输阶段，簇头节点负责接收和处理本簇内的数据，并将处理后的数据传输给下一级的节点，直到数据传输到基站或者数据融合节点。

1. LEACH协议LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy）是一种经典的分簇路由协议，它采用轮换簇首节点的方式来实现能量的均衡消耗。

LEACH协议将网络中的节点随机地分为若干个簇，并由每个簇中的节点根据一定的概率选择自己所属的簇，并选举产生簇头节点。

簇头节点负责接收和聚集本簇内的数据，并将数据传输给基站。

无线传感器网络的自组织与分簇控制方法

无线传感器网络的自组织与分簇控制方法无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是一种由大量分布在空间中的无线传感器节点组成的网络系统。

它具有自组织、自适应和自修复等特点，广泛应用于环境监测、智能交通、农业控制等领域。

在WSN中，节点之间的通信和协调是实现网络功能的关键。

自组织是WSN中的一个重要特性，指的是节点之间通过无线通信自动形成网络拓扑结构。

自组织能够提高网络的可靠性和适应性，降低网络部署和维护的成本。

在WSN中，自组织通常通过分簇控制方法实现。

分簇控制是WSN中的一种重要机制，它将节点分为若干个簇（Cluster），每个簇由一个簇头节点（Cluster Head）负责管理。

分簇控制可以提高网络的能效和可扩展性，减少网络中的冲突和能量消耗。

下面将介绍几种常见的分簇控制方法。

一种常用的分簇控制方法是基于距离的分簇（Distance-based Clustering）。

该方法根据节点之间的距离将节点划分为不同的簇。

具体来说，节点选择离自己最近的簇头节点作为自己所属的簇。

该方法简单有效，但容易导致簇头节点负载不均衡的问题。

为了解决负载不均衡的问题，一种改进的方法是基于能量的分簇（Energy-based Clustering）。

该方法根据节点的能量水平将节点划分为不同的簇。

具体来说，能量较高的节点更有可能成为簇头节点。

该方法能够均衡地分配节点的能量负载，延长网络的寿命。

除了距离和能量，节点的位置信息也可以用于分簇控制。

一种基于位置的分簇方法是基于虚拟网格的分簇（Grid-based Clustering）。

该方法将网络空间划分为若干个虚拟网格，每个网格由一个簇头节点负责管理。

节点选择离自己所在网格中心最近的簇头节点作为自己所属的簇。

该方法能够减少节点之间的通信开销，提高网络的效率。

另一种基于位置的分簇方法是基于分布的分簇（Distribution-based Clustering）。

面向无线传感器网络的分簇算法设计与优化

面向无线传感器网络的分簇算法设计与优化无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）是由大量的无线传感器节点组成的网络系统，用于监测、收集和传输环境中的物理信息。

由于无线传感器节点通常资源有限，如能量、处理能力和存储容量，有效的簇算法设计与优化对于提高无线传感器网络的性能至关重要。

本文将探讨面向无线传感器网络的分簇算法设计与优化的相关问题。

在无线传感器网络中，节点往往分布在广阔的区域内，由于节点间的通信距离和节点能量消耗的不均衡性，设计一种合理的分簇算法可以有效地降低网络能耗，并延长整个网络的生命周期。

首先，我们需要明确分簇算法的基本原则。

簇算法的核心思想是将传感器节点划分为若干个簇，每个簇的一个节点作为簇头（Cluster Head），负责接收和聚合周围节点的数据，并将聚合后的数据进行传输。

簇头节点通过多跳的方式将数据传输到基站（Base Station），从而完成数据的采集与传输。

其次，针对无线传感器网络的特点和需求，我们可以设计一些常用的分簇算法，如LEACH、HEED、EEUC等。

LEACH算法是一种经典的分簇算法，在每一个轮次中，无线传感器网络中的节点通过概率的方式选择自己是否作为簇头。

被选择为簇头的节点将负责接收其他节点的数据并进行聚合，然后将聚合后的数据发送到基站。

此外，LEACH算法采用了周期性更换簇头的机制，避免了某个簇头能量消耗过多而导致整个网络能量不均衡的问题。

LEACH算法通过随机选择簇头的方式，可以在一定程度上减小能耗，提高整个网络的生命周期。

HEED算法是一种能量效率优化的分簇算法，它通过考虑节点能量和节点距离簇头的关系来选择簇头节点。

具体来说，HEED 算法引入了一个能量的权重因子和一个距离的权重因子，通过最小化加权平均距离来选择簇头节点。

HEED算法的特点是能够均衡地分配节点能量，并且有效地减小网络中簇头节点之间的通信距离，从而提高整个网络的能量效率。

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ＣＣ２４２０为信息包处理提供广泛的硬件支持，
数据缓冲器、发射、数据加密、数据证明、空闲信道评估、链路质量指示和信息包实时数据等，这些特点减少主控制器的工作量，使ＣＣ２４２０可与低成本微处
理器相接。ＣＣ２４２０的四线串行ＳＰＩ接口引脚功能如表ｌ所示，它是设计单片机电路的依据，充分发挥
这些功能是设计无线通信产品的前提。．
ＳＩＮＫ节点ＳＩＮＫ节点的处理能力、存储能力和通信能力
的要求相对较强，它连接传感器网络与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ等外部网络，实现两种协议栈之间的通信协议转换，同时发布处理节点的监控任务，并把收集的数据转发到外部网络。处理器模块是无线传感器节点的核心，负责整个网络的设备控制、任务分配与调度、数据整合与传输等多个关键任务。ＳＩＮＫ节点作为嵌入式Ｗｅｂ服务器，要能运行嵌人式操作系统和嵌入式ＴＣＰ／ＩＰ协议栈，所以对硬件的核心微控制器有一定的要求。在我们的系统中，我们选用低功耗的ＡＲＭ核处理器ＬＰＣ２２２０。硬件框图如下图４所示。
计算机科学２００８Ｖ０１．３５№．１１Ａ
分簇型无线传感器网络节点的设计¨
郝中波景博孙勇姜兴旺
（空军工程大学工程学院西安７１００３８）
摘要针对分簇型无线传感器网络，设计了以自带ｃ５１核的ＣＣ２４３０芯片作为成员节点、由ＡＴｍｅｇａｌ２８和ＣＣ２４２０组成簇头和由ＡＲＭ处理器Ｌ尉ｃ２２２０和０Ｃ２４２０组成ＳＩＮＫ的网络节点，并嵌入了／ＺＩＰ协议，实现了与Ｉｎ— ｔｅｒｎｅｔ的互连通信。该分簇型网络体系具有层次清楚、结构简单，易于管理和维护等特点。关键词无线传感器网络，簇，簇头，ｐｍ，ｖＣ／ＯＳ－１１
ｄｅｖｉｃｅｓ）。
ＣＣ２４２０与ＡＴｍｅｇａｌ２８单片机的接口电路如
图３所示。
Ａｔｍｌ毋ｔ１２￥ＰＤ０ＰＤｌ
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ＣＣ２４２０ＦＩＦＯＰＦｌＦＯＣＣＡ
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ＳＣＬＫ
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图３
ＣＣ２４２０与ＡＴｍｅｇａｌ２８单片机的接口电路
ＣＣ２４３０芯片需要很少的外围部件配合就能实现信号的收发功能ｒ９］。图２为ＣＣ２４３０的设计电路。
ｔＯ
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ｓｉｍｐｌｅｒａｎｄｅａｓｉｅｒ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ
ｍａｎａｇｅ
ａｎｄ
ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ．
Ｗｉｒｄｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ，Ｃｌｕｓｔｅｒ，Ｃ１ｕｓｔｅｒｈｅａｄ，ｒｉＰ，／ＺＣ／ＯＳ
１
引言
在传感器网络中，大量传感器节点随机部署在
表１串行ＳＰＩ接口引脚功能引脚
ＦｌＦＯＰＦＩＦ０
ＣＣＡＳＦＤ
功能数字输出数字输入／输出空闲信道估计开始分隔符ＳＰＩ数据输入（ＳＣＬＫ的上升沿采样）ＳＰＩ数据输出（ＳｃＬＫ的下降沿更新）ＳＰｌ接口时钟线ＳＰＩ接口使能
图２设计电路
ＳＩ
ｓ０
２．２簇头簇头通常是一个微型的嵌入式系统，构成无线传感器网络的基础层支持平台，从网络功能上看，每个传感器节点兼顾传统网络节点的终端和路由器双重功能，除了进行本地信息收集和数据处理外，还要对其他节点转发来的数据进行存储、管理和融合等
点负责对簇头的管理和控制，并把簇头传送来的数
据通过Ｉｎｔｅｒｎｅｔ连接传送到上位机，供远程用户使
用数据。分簇型无线传感器网络具有以下优点：（１）簇头具有数据聚集功能，可将成员节点的感知信息经聚集后发送至高层节点或ＳＩＮＫ，减少网内数据包的传送量，进而减少远距离无线传输的能耗［７｜。（２）成员节点根据休眠一唤醒机制，在无需向簇头提交数据时处于低能耗的休眠状态，降低节点能耗。（３）分簇型网络结构是分布式的，大规模节点可根据组网协议自组织的形成簇，便于对成员节点进行管理。簇头和簇头之间又可形成高一级的簇，使网络具有自相似性，便于网络的扩展与升级。（４）分簇结构有利于容错技术的设计与实现，由于分簇结构的层次性和局部性，使得故障的检测和恢复便于集中和控制。（５）通过ＳＩＮＫ，便于实现无线传感器网络与Ｅｔｈｅｒｎｅｔ或Ｉｎｔｅｒｎｅｔ互连。本文设计了一种分簇型网络节点：成员节点、簇
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｔｈｅｒｅ
ａｒｅ
ｔｈｒｅｅ
ｄｅｓｉｇｎｓｏｆｎｏｄｅｓｃｌｕｓｔｅｒｅｄ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓ
ｓｅｎｓｏｒ
ｎｅｔｗｏｒｋｓｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｔｈａｔｔｈｅ
ｍｅｍｂｅｒｎｏｄｅｉｓｍａｄｅｂｙＣＣ２４３０ｗｉｔｈｎｕｃｌｅｕｓｏｆＣ５１；ｔｈｅｃｌｕｓｔｅｒｈｅａｄｉｓｍａｄｅｂｙＡＴｍｅｇａｌ２８ａｎｄ０Ｃ２４２０；ａｎｄｔｈａｔｔｈｅＳＩＮＫｎｏｄｅｉｓ
ＤｅｓｉｇｎｏｆＮｏｄｅｓｏｆＣｌｕｓｔｅｒｅｄＨＡＯＺｈｏｎｇ－ｂｏ
（Ａｉｒ
Ｗｉｒｅｌｅｓｓ
ＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋｓＪＩＡＮＧＸｉｎｇ－ｗａｎｇ
ＪＩＮＧ１３０
ＳＵＮＹｏｎｇ
ＦｏｒｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ
ｏｆＡｉｒＦｏｒｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００３８，Ｃｈｉｎａ）
监测区域内，节点以自组织形式构成网络。从网络拓扑结构的角度来看，可将无线传感器网络分为平面型、分簇型和混合型三种类型Ｅｌ，２］。平面网络结构是无线传感器网络中最简单的一种拓扑结构，所
有节点均对等，无等级和层次差异，具有完全一致的功能特性。每个节点均包含相同的ＭＡＣ、路由、管
理和安全等协议。这种网络结构由于没有中心管理节点，组网算法比较复杂。在分簇型无线传感器网络［３］中，网络通常被划分为簇（Ｃｌｕｓｔｅｒ）。所谓簇，就是具有某种关联的网络节点集合。每个簇由簇头
璺篱≥｛｜
而弧蠹／ｏ．多成
图１分簇型网络体系结构
２分簇型网络节点的设计
２．１
成员节点成员节点采用ＴＤＭＡ的方式负责采集必要的
环境信息，然后把数据发送给簇头，然后进入休眠模式，等待时机再次发送数据。本文的成员节点主要是由Ｃｈｉｐｅｏｎ公司第２代ＺｉｇＢｅｅＴＭ平台ＣＣ２４３０Ｅ８］组成的，ＣＣ２４３０结合了行业中领先的射频２．４ＧＨｚ收发器和符合ＩＥＥＥ８０２．１５．４协议的ＣＣ２４２０，具有工业级，集成小体积的８０５１微处理器。ＣＣ２４３０基于Ｃｈｉｐｃｏｎ公司的ＳｍａｒｔＲＦ０３技术平台采用０．１８微米ＣＭＯＳ工艺生产工作在７×７ｍｍ，４８ＰＩＮ封装下，在接收和发射模式下，电流损耗分别低于２７ｍＡ或２５ｍＡ。ＣＣ２４３０对于那些要求非常长的电池寿命的应用，为理想的解决方案。这个配置可以被应用于所有ＺｉｇｂｅｅＴＭ的无线网络节点，包括协调器（Ｃｏｏｒｄｉｎａ— ｔｏｒｓ）、路由器（Ｒｏｕｔｅｒｓ）和终端（Ｅｎｄ
・
ＳＣＬＫ
Ｃห้องสมุดไป่ตู้ｎ
ＣＣ２４２０通过简单的四线（ＳＩ，ＳＯ，ＳＣＩ。Ｋ，ＣＳｎ）与ＳＰＩ兼容串行接口配置，这时ＣＣ２４２０是受控的。ＡＴｍｅｇａｌ２８的ＳＰＩ接口工作在主机模式，它是ＳＰｌ
】４・
数据传输的控制方，ＣＣ２４２０设为从机工作方式。
２．３
ｒＩＰ是一个专门为小设备应用而设计的小型ＴＣＰ／ＩＰ协议栈，占用极小的代码空间。ｖｌＰ可以移植到操作系统上，也可以在不要操作系统的情况下独立运行。ｇｌＰ的实现重点是在保持ＴＣＰ／ＩＰ主要功能的基础上减少内存的占用，一般只需几十ｋ的ＲＡＭ和３０ｋ左右的程序内存ＲＯＭ就可以运行。ｒＩＰ不同于其它的ＴＣＰ／ＩＰ协议栈，它的某些网络层的功能需要应用程序介入才能完成，如重传机制、确定最大传输单元等。需要重传时，由应用程序重新生成数据，以减少内存使用。在协商确定最大传输段单元ＭＳＳ后，由应用程序保证发送数据块的大小不超过该值。ｒＩＰ实现了ＴＣＰ／ＩＰ协议栈中的四个基本协议：ＡＲＰ，ＴＣＰ，ＩＰ以及ＩＣＭＰ协议。为了节省内存的使用，在ｐＩＰ中ＴＣＰ没有应用滑动窗口。对收到的数据包也不进行缓存，而必须立即通过应用程序处理。在流量控制、重发策略、错误检测等问题上，
ＬＰＣ２２２０
ｒＩＰ也都尽可能以简单方式处理，而且不支持ＩＰ和ＴｃＰ数据流中的选项，ＩＰ头和ＴＣＰ头固定为４０个字节。ｒＩＰ是专门为８／１６位微处理器设计的微型ＴＣＰ／ＩＰ协议栈。而嵌入式Ｗｅｂ传感器选用的是３２位的ＡＲＭ微处理器，因此，必须对ｒｉＰ进行修改，使其适应３２位微处理器的要求。通过分析８／１６位与３２位微处理器在体系结构的差异，发现要使ｒｉＰ能够移植到３２位微处理器上，必须从数据类型、数据存储结构以及处理速度三方面进行修改。通过分析８／１６位与３２位微处理器的差别，将支持８／１６位微处理器的ｒＩＰ成功地移植到３２位的ＡＲＭ微处理器上，为嵌入式Ｗｅｂ传感器接人Ｉｎ＿ｔｅｒｎｅｔ提供基础。另外，作者正在研究ＩＰｖ６协议，通过裁剪和移植，将实现ＳＩＮＫ节点与下一代互联网的互连通信。结束语这样的三种节点组成的分簇型无线传感器网络层次清楚，结构简单，易于管理和维护。用户可以通过ＳＩＮＫ节点方便地对整个网络系统进行统一的管理；簇头可以对簇内的成员节点进行实时的监控，以确保服务的质量，并且可以上传簇的健康信息和下达ＳＩＮＫ节点传来的命令等；单个的成员节点失效并不影响该簇及系统的功能；若有某个节点出现故障或失效，ＳＩＮＫ节点或簇头可以方便地感知到，从而通知用户作出相应的处理。参考文献
［１］孙利民，李建中，陈渝，等．无线传感器网络［Ｍ］．北京：清华大
图４
ＳＩＮＫ节点硬件框图
我们在ＳＩＮＫ节点上集成了简单的弘ｃ／０§Ⅱ 操作系统。ｐｃ／Ｏ孓Ⅱ的软件体系结构ｎｏ］如图５所示，它包括应用程序软件、与应用相关的代码、与处理器无关的代码和与处理器相关的代码。应用程序软件是用户根据需求来编写的代码。用户根据自己的应用系统通过编写与应用相关的代码来定制合适的内核服务功能，通过这部分代码可以实现对肛ｃ／０§Ⅱ的裁剪。与处理器无关的代码就是通常所说的操作系统的内核，弘ｃ／Ｏ§Ⅱ所有系统服务均由内核提供。内核将应用系统和底层硬件有机地结合成一个实时系统。要使同一个内核能适用于不同硬件体系，就需要在内核和硬件之间有一个中间层，这就是与处理器相关的代码。