无线传感器网络拓扑控制
无线传感器网络实验报告
一、实验背景随着物联网技术的飞速发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）作为一种重要的信息获取和传输手段，在军事、环境监测、智能交通、智能家居等领域得到了广泛应用。
为了深入了解无线传感器网络的工作原理和关键技术，我们进行了本次实验。
二、实验目的1. 熟悉无线传感器网络的基本概念和组成；2. 掌握无线传感器网络的通信协议和拓扑结构；3. 熟悉无线传感器网络的编程与调试方法；4. 通过实验，提高动手能力和实践能力。
三、实验内容1. 无线传感器网络概述无线传感器网络由传感器节点、汇聚节点和终端节点组成。
传感器节点负责感知环境信息，汇聚节点负责收集和转发数据，终端节点负责处理和显示数据。
传感器节点通常由微控制器、传感器、无线通信模块和电源模块组成。
2. 无线传感器网络通信协议无线传感器网络的通信协议主要包括物理层、数据链路层和网络层。
物理层负责无线信号的传输，数据链路层负责数据的可靠传输，网络层负责数据路由和传输。
3. 无线传感器网络拓扑结构无线传感器网络的拓扑结构主要有星形、树形、网状和混合形等。
星形拓扑结构简单，但易受中心节点故障影响；树形拓扑结构具有较高的路由效率，但节点间距离较长；网状拓扑结构具有较高的可靠性和路由效率，但节点间距离较远。
4. 无线传感器网络编程与调试本实验采用ZigBee模块作为无线通信模块，利用IAR Embedded WorkBench开发环境进行编程。
实验内容如下：（1）编写传感器节点程序，实现数据的采集和发送；（2）编写汇聚节点程序，实现数据的收集、处理和转发；（3）编写终端节点程序，实现数据的接收和显示。
5. 实验步骤（1）搭建实验平台，包括传感器节点、汇聚节点和终端节点；（2）编写传感器节点程序，实现数据的采集和发送；（3）编写汇聚节点程序，实现数据的收集、处理和转发；（4）编写终端节点程序，实现数据的接收和显示；（5）调试程序，确保各节点间通信正常；（6）观察实验结果，分析实验现象。
无线传感器
摘要无线传感器网络融合了片上科技、传感器科技与小功耗通讯这几个如今快速改进的优秀科技。
此类网络一般通过很多多点布置的传感器单元经过一定的形式组成，如今已大面积推广到国防、科技和环境监控等范围中。
伴随科技的逐步改进，无线传感器网络科技也会在物联网中发挥自身的特点。
因为传感器单个单元的运算量都有约束，怎样增加其有效活动周期是此研究的关键点。
文章对于无线传感器网络有关程序进行分析，把遗传算法使用到其系统当中，使用遗传算法处理繁复的平台改进算法的特殊特点，对其进行优化，寻求最佳途径来减少单个单元的运算量。
作者具体的研究内容如下：首先，针对无线传感器网络的开展状况和有关定义做出归纳；介绍了几类典型的路由协议，并提出了一种新的路由协议分类方法，按照节点数据的传播方式将路由协议分为广播式、坐标式和分簇式三种。
其次，针对各层级的单元来分析，对LEACH还有对应改善的、拓展的路由协约实现进程做出研究，某些协约也做出了模拟，评测了此类协约的优劣势。
再次，给出了一个根据遗传算法的无线传感器网络程序，把剩下的能量加入考虑的范围内，并且对提出的办法做了模拟，把其和非动态的算法比较，证实了新程序的先进性。
第四，在结合LEACH优点的基础上对其簇头选择、成簇过程以及簇间通信做了改进，并且把遗传算法作用在寻求功耗最小的信息传递途径。
最终对改良的程序做了模拟，和LEACH与某些相关的程序进行比较，证明了此程序的先进性。
关键词：无线传感器网络，拓扑控制，节能，遗传算法，LEACH第一章绪论1.1 研究背景及意义计算机技术、微电子技术以及网络技术的不断成熟促进着信息社会的不断发展，人类社会对于各种场合下信息采集和处理的需求也日趋强烈，为此促进了低功率传感器技术的发展，这种传感器相对廉价，具备体积小、能通过射频的方式相互连接的特性，它们能被大量投放于特定区域，以获取环境数据，进行环可靠性监控（包括生化检测、机械状态检测等），获得高精确度的传感信息并且经过一定的无线通讯形式传递信息。
无线传感器网络技术与应用
无线传感器网络技术与应用无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是近年来兴起的一种新型网络技术，它通过大规模分布在监测区域内的传感器节点，实时采集、处理并传输监测数据。
随着物联网技术的不断发展，无线传感器网络在各个领域的应用也越来越广泛。
本文将围绕无线传感器网络技术的基本原理和典型应用进行论述。
一、无线传感器网络技术的基本原理无线传感器网络由庞大数量的分布在监测区域内的传感器节点组成。
每个传感器节点都具备自主采集环境信息、处理数据并通过无线通信进行传输的能力。
传感器节点之间可以通过无线连接建立起通信网络，将采集到的数据实时传输给基站或其他节点。
无线传感器网络的技术原理主要包括传感器节点的自组织、数据采集与传输以及能源管理。
首先，传感器节点可以通过自组织和自适应的方式建立网络连接，实现动态部署和组网，灵活适应网络拓扑结构的变化。
其次，传感器节点通过感知环境并进行数据采集，将采集到的数据进行处理，并选择合适的传输方式将数据传输给其他节点或基站。
最后，考虑到传感器节点的能源有限，能源管理是无线传感器网络技术的重要方面，包括节点休眠、能量收集与节能优化等。
二、无线传感器网络的典型应用领域1. 环境监测无线传感器网络在环境监测领域的应用得到了广泛关注。
通过部署大量的传感器节点，可以实时监测空气质量、水质、温度、湿度等环境参数，以便及时发现和应对环境污染、灾害等情况。
2. 智能交通利用无线传感器网络技术可以实现智能交通系统的建设与优化。
传感器节点可以实时感知车流量、交通拥堵情况，并将这些信息传输给中心控制系统，该系统可以根据实时数据进行调度，优化交通流量，提高道路利用率，减少交通事故等。
3. 农业监测无线传感器网络可以应用于农业领域，实现对土地、作物、水资源等的实时监测和精确管理。
通过传感器节点采集农田土壤、作物生长环境以及气象等数据，农民和相关管理人员可以及时了解农业生产状况，进行科学决策，提高农业生产效益。
无线传感器网络在物联网中的使用教程
无线传感器网络在物联网中的使用教程随着物联网的快速发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）逐渐成为实现智能化、自动化的重要组成部分。
无线传感器网络通过将大量的传感器节点分布在被监测区域内，通过无线通信方式进行数据的采集、传输和处理，为物联网提供了广泛的应用场景。
本文将详细介绍无线传感器网络在物联网中的使用教程，帮助读者快速上手并有效利用该技术。
一、无线传感器网络简介无线传感器网络由大量的传感器节点组成，每个传感器节点都具有自身的处理能力和通信功能。
传感器节点通常包括传感器、处理器、无线模块和电源等组件。
这些传感器节点通过无线通信协议（如Wi-Fi、Bluetooth、ZigBee等）相互连接，构成一个网络，用于实时、远程地采集和传输环境中的各种数据。
无线传感器网络在物联网中的使用广泛，例如环境监测、智能家居、农业灌溉、智能交通等领域。
通过无线传感器网络，我们可以实时监测环境的温度、湿度、光照等参数，从而实现对环境的精细化管理和控制。
二、无线传感器网络的组成与工作原理无线传感器网络由若干个传感器节点组成，每个节点通常由传感器、处理器和无线模块等组件构成。
传感器负责采集环境中的各种数据，处理器将采集到的数据进行处理和分析，无线模块实现传输功能。
传感器节点之间通过无线通信方式相互连接，构成一个网络。
每个节点通过自身的无线模块实现数据的传输和接收。
这些传感器节点可以通过星型、网状等不同的拓扑结构组成，实现数据的汇聚和传输。
在工作过程中，有几个关键步骤需要注意：1. 部署传感器节点：根据实际的监测需求，合理地部署传感器节点。
传感器节点之间的距离和布局对数据的采集和传输影响较大，需要根据不同的应用场景进行合理规划。
2. 网络连接与配置：通过无线通信协议将传感器节点连接成一个网络。
在进行网络连接之前，需要对每个传感器节点进行配置，包括网络地址、传感器类型、采样频率等信息。
无线传感网络概述
无线传感网络概述学号031241119姓名魏巧班级0312411一、无线传感器网络（WSN）的定义：无线传感器网络（WSN）是指将大量的具有通信与计算能力的微小传感器节点，通过人工布设、空投、火炮投射等方法设置在预定的监控区域，构成的“智能”自治监控网络系统，能够检测、感知和采集各种环境信息或检测对象的信息。
二、传感器的节点分布及通信方式：由于传感器节点数量众多，布设时智能采用随机投放的方式，传感器节点的位置不能预先确定。
节点之间可以通过无线信道连接，并具有很强的协同能力，通过局部的数据采集、预处理以及节点间的数据交互来完成全局任务，同时节点之间采用自组织网络拓扑结构。
由于传感器节点是密集布设的，因此节点之间的距离很短，在传输信息方面多跳（multi—hop）、对等（peer to peer）通信方式比传统的单跳、主从通信方式更适合在无线传感器网络中使用，例如：使用多跳的通信方式可以有效地避免在长距离无线信号传播过程中遇到的信号衰落和干扰等各种问题。
三、WSN运行的环境：1、WSN可以在独立封闭的环境下（如局域网中）运行。
2、WSN也可以通过网关连接到网络基础设施上（如Internet）。
在这种情况中，远程用户可以通过Internet 浏览无线传感器网络采集的信息。
四、无线数据网络的定义及无线自组网络的特点：主流的无线网络技术，如IEEE 802.11、Bluetooth都是为了数据传输而设计的，我们称之为无线数据网络。
目前，无线数据网络研究的热点问题就是无线自组网络技术，这项技术可以实现不依赖于任何基础设施的移动节点在短时间内的互联。
特点有如下几点：（1）无中心和自组性（优点）：无线自组网络没有绝对的控制中心，网络中节点通知分布式的算法来协调彼此的行为，这种算法无需人工干预和其他预置网络设施就可以在任何时刻任何地方快速展开并自动组网。
（2）动态变化的网络拓扑（缺点）：移动终端能够以任意速度和方式在网中移动，在通过无线信道形成的网络拓扑随时可能发生变化。
无线传感器网络(WSN)综述
之所以国内外都投入巨资研究机构纷纷开展无线传感器网络的研究，很大程度归功于其广阔的应用前景和对社会生活的巨大影响。
WSN的体系结构
传感器网络结构
数据采集、处理、通信能力
WSN的体系结构（续）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ传感器节点结构
MAC主要负责控制与连接物理层的物理介质
传感器网络由物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层、能量管理平面、移动性管理平面和任务管理平面八个部分组成。
清除发送阶段
WSN的协议（续）
路由协议 和传统的路由协议相比，无线传感器的路由协议有以下特点： 能量优先 基于局部拓扑信息 以数据为中心 应用相关
WSN的协议（续）
基于查询的路由协议。
路由协议分类
能量感知路由协议。
地理位置的路由协议。
可靠的路由协议。
关键技术
网络拓扑控制
01
网络协议
02
网络安全
无线传感器网络（WSN）综述
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2010/5/6
主要内容：
CONTENTS
WSN概述
历史以及发展现状
WSN的体系结构
01
WSN的特征
WSN的应用
WSN的协议
02
03
04
05
06
WSN概述
无线传感器网络（wireless sensor network, WSN）系统是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。它综合了传感器技术、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。
WSN的应用（续）
WSN的应用（续）
智能家居
家电和家具中嵌入传感器节点，通过无线网络与Internet连在一起。为人提供人性化的家居环境。 例：Avaak 提供一个只有1立方英寸大小的自治产品。这个微型的无线视频平台包含有一节电池、无线电、摄像相机、(彩色成像器加镜头)、控制器、天线和温度传感器。（如图 ）
无线传感器网络WSN主要应用技术
• 一是为执行法律的规定需要制定行政法规的事项 • 二是《宪法》第八十九条规定的国务院行政管理职权的事项 • 应当由全国人民代表大会及其常务委员会制定法律的事项，国务院根
据全国人民代表大会及其常务委员会的授权决定先制定的行政法规， 经过实践检验，制定法律的条件成熟时，国务院应当及时提请全国人 民代表大会及其常务委员会制定法律
分补充和修改，但是不得同该法律的基本原则相抵触，并有权撤销国 务院制定的同宪法、法律相抵触的行政法规决定和命令，撤销省、自 治区、直辖市国家权力机关制定的同宪法、法律和行政法规相抵触的 地方性法规和决议
一、我国的立法体制
• （三）我国的立法主体 • 2．国务院
– 即中央人民政府，根据宪法和法律制定行政法规，发布决定 和命令
一、我国的立法体制
• （三）我国的立法主体 • 4．经济特区所在地，是立法权的行 使者
一、我国的立法体制
• （一）立法主体
– 立法机关
• 是指在国家机构体系中有权制定修改补充和废 止宪法和法律的国家机关
– 国家立法权
• 是以国家名义制定法律的权力，是独立、完整 和最高的国家权力，它集中体现了全体人民的 共同意志和整体利益，是维护国家法制统一的 关键所在
节点定位问题是传感器网络诸多应用的前提，也是传感器网 络研究中的基础性问题和热点问题之一。
3
在WSN的许多应用中，跟踪运动目标是一项基本功能。由于 传感器节点体积小，价格低廉，采用无线通信方式，具有自组织 性、鲁棒性和隐蔽性等特点，使得无线传感器网络非常适合对特 定目标进行定位和跟踪。
如在军事领域实时跟踪敌方车辆的行进路线和兵力的调动情 况，将获取的战场信息及时发送到指挥中心。
基于小世界的无线传感器网络拓扑结构
关参 数 设定 是Ｎ ２ ，ｐＯ ２ ＝ 。层次 型拓 扑 结构 实验 参 数 ：节 点均匀 分 ＝０ ＝ ． ，ｋ４ 布在 ｌｍ ｍ Ｏ Ｘｌ 的区域 中 ，节点 个数 为７个 ；采 用ＬＡ Ｈ Ｏ ０ Ｅ Ｃ 算法分 为２ 个簇 ；节 ０
点初 始能 量为 １；仿 真总 时间 为８０ ｉ Ｊ ４ ｍｎ
２ １基 本概 念 。定义 １每 一个 簇仅 有一 个超 级节 点 ，使用 固 定能源 提 ．
实验 表 明基于 小世 界 的拓扑 结构 比层 次式 的拓 扑结 构的 生存 时间长 ， 层 次式 拓扑 结构 不 断 的变 换 簇头 ，导 致拓 扑 结构 不稳 定 ，而基 于 小世界 的 拓 扑结构 超 节点 相对 固定 ，且添 加 的长链 接使 其 具备 了小 世界 的特 性 ，具
中图分 类号：Ｔ ３ ３ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ７ － ７ ９ ２ １ ）０ ２ ０ ４ ０ Ｐ９ ５ １ ５ ７（ ０ ０ ４ ０ ７ － １
０引 言
每个 普通 节 点 。Ｓｅ ６ ｔｐ ：普 通节 点将 本簇 超 级节 点序 号ｘ 存在 自己的缓 存 保
中用 于发送 信 息。
即可 实 现 。 １９年 ，为 了 描述 从 规 则 网 络 到 随 机 网 络 的 过 渡 ， Ｗ ｔｓ ９８ ａ ｔ和 Ｓｒ ｇｔ （ｓ ｔｏａ ｚ ｗ ）提 出了 小世 界 （ ｍ ｌ ｏ ｌ ） ［］ 观 点 ，并介 绍 了一 种 Ｓａ ｌＷ ｒｄ １的 小 世 界模 型 ，￣ｗ ｄ世 界模 型 。研 究发 现 ，小 世界 网络 普遍 存在 于 实 际网 ｐｓ， 络之 中 。
有较 短 的平 均路 径长 度和 较 大 的聚集 系数 ，提 高 了传 输效 率 ，降低 能耗 ，
从 而延长 了 网络生存 时 间。 ４结柬 语