無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課件

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

WirelessSensorNetworks（WSNs）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

WirelessSensorNetwo1.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常由大量具有感知、計算及無線通信能力的微小節(jié)點組成，其目的是監(jiān)視環(huán)境而非通信。傳感器節(jié)點部署在要監(jiān)視的區(qū)域中，采集指定的環(huán)境參數(shù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到匯聚節(jié)點供分析。1.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常由大量具有感知、計傳感器節(jié)點的組成傳感器節(jié)點一般由傳感模塊、處理模塊、無線通信模塊和能量供應(yīng)模塊組成。傳感器節(jié)點已經(jīng)可以做得非常小，稱為智能塵埃（smartdust）。傳感器節(jié)點的組成傳感器節(jié)點一般由傳感模塊、處理模塊、無線通信傳感器節(jié)點的特點廉價：每個節(jié)點的期望價格在一美元左右體積?。夯鸩窈谢蛴矌虐愦笮≈亓枯p：小于100克能量有限：兩節(jié)五號電池或紐扣電池供電無線通信能力：能夠用無線電、紅外線、藍(lán)牙、超聲波等通信，帶寬低，干擾大計算能力：幾百兆赫茲的處理器存儲能力：幾兆或幾百兆的存儲空間感知能力：具有一個或幾個傳感器傳感器節(jié)點的特點廉價：每個節(jié)點的期望價格在一美元左右傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點節(jié)點固定或只有較小的活動性數(shù)量大，密度高拓?fù)鋭討B(tài)變化節(jié)點同構(gòu)，或只有少量特殊節(jié)點；分布式：沒有預(yù)先指定的中心，所有節(jié)點通過分布式算法相互協(xié)調(diào)；自組織：傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署和初始化等不需要外界干預(yù)；節(jié)點資源受限，特別是能量非常有限；以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點具有數(shù)據(jù)處理的能力；與應(yīng)用緊密耦合的網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點節(jié)點固定或只有較小的活動性傳感器網(wǎng)絡(luò)與移動自組網(wǎng)的不同節(jié)點規(guī)模：移動自組網(wǎng)：節(jié)點數(shù)量通常在幾十或上百傳感器網(wǎng)絡(luò)：節(jié)點數(shù)目往往高出好幾個數(shù)量級節(jié)點密度：移動自組網(wǎng)：小傳感器網(wǎng)絡(luò)：大（冗余部署的結(jié)果）拓?fù)渥兓脑颍阂苿幼越M網(wǎng)：節(jié)點運動傳感器網(wǎng)絡(luò)：節(jié)點休眠調(diào)度、環(huán)境干擾或節(jié)點故障引起節(jié)點處理能力：移動自組網(wǎng)：較強(qiáng)傳感器網(wǎng)絡(luò)：十分有限傳感器網(wǎng)絡(luò)與移動自組網(wǎng)的不同節(jié)點規(guī)模：傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)視方面的優(yōu)勢：通過在物理環(huán)境中部署大量廉價的智能傳感器節(jié)點，可以獲得長時間、近距離、高分辨率的環(huán)境數(shù)據(jù)，這是傳統(tǒng)監(jiān)視設(shè)備無法得到的。傳感器節(jié)點的計算和存儲能力允許節(jié)點執(zhí)行數(shù)據(jù)過濾、數(shù)據(jù)壓縮等操作，也可以執(zhí)行一些應(yīng)用特定的處理任務(wù)。節(jié)點之間的通信能力允許節(jié)點之間協(xié)同完成更復(fù)雜的任務(wù)，如目標(biāo)跟蹤。通過任務(wù)的重新分配可以改變傳感器網(wǎng)絡(luò)的用途。傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)視方面的優(yōu)勢：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)要解決的問題 網(wǎng)絡(luò)的自組織、自配置（節(jié)點定位、時間同步、自動校準(zhǔn)、拓?fù)淇刂频龋┩ㄐ艆f(xié)議（MAC、路由協(xié)議）分布式數(shù)據(jù)管理（數(shù)據(jù)采集、存儲、查詢、獲取等）各種應(yīng)用特定的數(shù)據(jù)融合處理節(jié)省能耗應(yīng)貫穿到所有的設(shè)計中。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)要解決的問題 網(wǎng)絡(luò)的自組織、自配置（節(jié)點定位、2.傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)路由技術(shù)拓?fù)涔芾聿渴鹋c覆蓋數(shù)據(jù)管理安全技術(shù)2.傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)路由技術(shù)路由技術(shù)面臨的問題和挑戰(zhàn)：（1）傳感器網(wǎng)絡(luò)的低能量特點使節(jié)能成為路由協(xié)議最重要的優(yōu)化目標(biāo)。（2）傳感器網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模更大，要求其路由協(xié)議必須具有更高的可擴(kuò)展性。（3）傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓詮?qiáng)，通常的Internet路由協(xié)議不能適應(yīng)這種快速的拓?fù)渥兓?。?）數(shù)據(jù)融合的特點使傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由不同于一般網(wǎng)絡(luò)。（5）傳感器網(wǎng)絡(luò)中通信不對稱，流量分布不均勻。路由技術(shù)面臨的問題和挑戰(zhàn)：路由技術(shù)研究現(xiàn)狀：平面路由協(xié)議對候選路徑的能耗做出估計，并根據(jù)一定的策略選擇最佳路由從網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用模式出發(fā)，進(jìn)行以數(shù)據(jù)為中心的路由定向擴(kuò)散(directeddiffusion)SPIN（SensorProtocolforInformationviaNegotiation）分級路由協(xié)議LEACH、DCHS、PEGAGIS、DAEA、HEED、CEFL、ACMW、ACE、EECS、LSCP、TEEN、APTEEN、ECMR等路由技術(shù)研究現(xiàn)狀：拓?fù)涔芾硗負(fù)涔芾恚喊ㄍ負(fù)涞陌l(fā)現(xiàn)和控制，使生成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錆M足一定的性質(zhì)，以延長網(wǎng)絡(luò)生命周期，降低網(wǎng)絡(luò)干擾，提高吞吐率。研究進(jìn)展功率控制：COMPOW、LINT/LILT、LMN/LMA、CBTC、LMST、RNG、DRNG和DLSS等；層次拓?fù)淇刂疲篢opDisc、GAF、LEACH、HEED等現(xiàn)有研究存在的問題用于建模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的模型過于理想化。節(jié)點的分布假設(shè)過于理想化。安放無線傳感器的區(qū)域假設(shè)過于理想化。拓?fù)涔芾硗負(fù)涔芾恚喊ㄍ負(fù)涞陌l(fā)現(xiàn)和控制，使生成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錆M足部署與覆蓋根據(jù)被監(jiān)測的區(qū)域或目標(biāo)的分布情況，對節(jié)點部署進(jìn)行規(guī)劃，保證網(wǎng)絡(luò)完全覆蓋或以較大概率覆蓋被監(jiān)測區(qū)域。部署方式確定部署：需要對網(wǎng)絡(luò)的物理環(huán)境有預(yù)先的了解，而且每個部署位置都必須可達(dá)，通常適用于工業(yè)控制、智能家居等應(yīng)用中；隨機(jī)部署：通常用于戰(zhàn)場等危險或惡劣的環(huán)境。覆蓋對象（a）區(qū)域覆蓋、（b）點覆蓋、（c）柵欄覆蓋部署與覆蓋根據(jù)被監(jiān)測的區(qū)域或目標(biāo)的分布情況，對節(jié)點部署進(jìn)行規(guī)數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)管理是確定傳感器網(wǎng)絡(luò)可用性和有效性的關(guān)鍵技術(shù)。研究進(jìn)展數(shù)據(jù)存儲和索引：基于地理散列表的方法、DIMENSIONS、DIFS、DIM等數(shù)據(jù)融合：目前研究集中在聚集算法，包括網(wǎng)絡(luò)層聚集算法和應(yīng)用層聚集算法等，這些一般與路由技術(shù)（定向擴(kuò)散、LEACH、TEEN等）緊密結(jié)合；數(shù)據(jù)查詢處理與優(yōu)化：目前研究集中在連續(xù)查詢和近似查詢的優(yōu)化處理技術(shù)。典型系統(tǒng)加州大學(xué)伯克利分校TinyDB康奈爾大學(xué)COUGAR系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)管理是確定傳感器網(wǎng)絡(luò)可用性和有效性的關(guān)鍵技術(shù)。安全技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用，尤其在軍事和商業(yè)等領(lǐng)域，需要解決安全問題。安全問題主要存在選擇轉(zhuǎn)發(fā)、Hello洪泛、女巫攻擊、告知收到欺騙、DoS、污水池、蠕蟲洞、篡改或重發(fā)路由信息等研究進(jìn)展密鑰管理、身份認(rèn)證和數(shù)據(jù)加密安全路由協(xié)議：對網(wǎng)絡(luò)入侵具有抵抗力的路由協(xié)議INSENS安全聚集對抗攻擊入侵檢測安全技術(shù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用，尤其在軍事和商業(yè)等領(lǐng)域，3.最近的所做研究分簇算法基于移動Agent的數(shù)據(jù)管理3.最近的所做研究分簇算法分簇算法LEACHEECSEEUC分簇算法LEACHLEACH算法

每個節(jié)點產(chǎn)生一個0~1之間的隨機(jī)數(shù),如果這個數(shù)小于閾值T(n),則該節(jié)點向周圍節(jié)點廣播它是簇頭的消息。在每一輪循環(huán)中，如果節(jié)點已經(jīng)當(dāng)選過簇頭，則將T(n)設(shè)置為0，這樣節(jié)點就不會再次當(dāng)選為簇首。對于未當(dāng)選為簇首的節(jié)點，則以T(n)的概率當(dāng)選；隨著當(dāng)選過簇首的數(shù)目增加，剩余節(jié)點當(dāng)選簇首的閾值T(n)隨之增大，節(jié)點當(dāng)選簇首的概率增大。當(dāng)只剩下一個節(jié)點未當(dāng)選時，T(n)=1。非簇頭節(jié)點選擇與自己距離最近的簇頭加入。

LEACH算法每個節(jié)點產(chǎn)生一個0~1之間的隨機(jī)

其中，P是網(wǎng)絡(luò)中簇頭節(jié)點所占總節(jié)點數(shù)目的百分比(例如P=0.05)。r為當(dāng)前的輪數(shù)，比如當(dāng)前是第20輪，則r=20。rmod(1/p)代表這一輪循環(huán)中當(dāng)選過簇頭的節(jié)點數(shù)。G是這一輪循環(huán)中沒有充當(dāng)過簇頭節(jié)點的節(jié)點集合。其中，P是網(wǎng)絡(luò)中簇頭節(jié)點所占總節(jié)點數(shù)目的百分比(例P值決定了每輪產(chǎn)生的簇頭數(shù)量,在實際應(yīng)用中,最佳P值的確定是十分困難的,這與網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和節(jié)點密度有關(guān).另外,T(n)沒有考慮能量因素,這種算法必須基于兩個前提假設(shè)才能達(dá)到每個節(jié)點平均耗費能量的預(yù)期目標(biāo):(1)每個節(jié)點初始能量均等;(2)每個節(jié)點擔(dān)任簇頭期間耗費的能量均等.然而,由于每個簇的大小以及簇頭到基站的距離不一樣,前提假設(shè)(2)不符合現(xiàn)實.P值決定了每輪產(chǎn)生的簇頭數(shù)量,在實際應(yīng)用中,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課件EECS分簇算法

如前所述,LEACH算法中節(jié)點根據(jù)自身通信代價最小原則選擇加入哪個簇,不能保證簇的負(fù)載平衡,沒有考慮距基站較遠(yuǎn)的簇頭能量耗費過快等問題.針對這一點EECS(energyefficientclusteringscheme)提出一個新的通信代價公式來決定節(jié)點加入哪個簇EECS分簇算法

cost(j,i)=w*f+(1-w)*g

df_max=EX(max{d(Pj,CHi)});dg_max=max{d(CHi,BS)};dg_min=min{d(CHi,BS)}.

cost(j,i)是節(jié)點Pj加入簇頭CHi的代價d(Pj,CHi)是節(jié)點到簇頭的距離,式中f子函數(shù)保證最小化節(jié)點與簇頭之間的通信代價;d(CHi,BS)是簇頭i到基站的距離,式中g(shù)子函數(shù)保證最小化簇頭i到基站的通信代價;權(quán)值w的設(shè)置則是根據(jù)具體應(yīng)用,在成員節(jié)點能量與簇頭能量耗費之間的折衷,目標(biāo)是最大化網(wǎng)絡(luò)生命周期.節(jié)點Pj選擇最小cost(j,i)的簇頭i加入,從而保證每個簇頭負(fù)載均衡.

EECU分簇算法

它的核心是一個用于組織網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞哪芰扛咝У姆蔷鶆蚍执厮惴?，其中候選簇首通過使用非均勻的競爭范圍來構(gòu)造大小不等的簇．靠近匯聚點的簇的規(guī)模小于遠(yuǎn)離匯聚點的簇，因此靠近匯聚點的簇首可以為簇間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)預(yù)留能量EECU分簇算法簇產(chǎn)生過程依概率在網(wǎng)絡(luò)中選出部分節(jié)點成為候選簇首，參與競選．普通節(jié)點成為候選簇首的概率為T，它是一個預(yù)先設(shè)置的閾值．未參與競選的節(jié)點進(jìn)入睡眠狀態(tài)，直到簇首競選過程結(jié)束．令Si為任意的一個候選簇首．Si根據(jù)自身到匯聚點的距離信息計算它的競爭區(qū)域，區(qū)域的半徑記作Rc。

在競選過程中，若候選簇首Si宣布其競選獲勝，則在Si的競爭半徑Rc內(nèi)的所有候選簇首均不能成為最終簇首，需要退出競選過程．簇產(chǎn)生過程依概率在網(wǎng)絡(luò)中選出部分節(jié)點成為候選其中dmax和dmin分別代表網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點到匯聚點的距離的最大值和最小值，d(si,BS)代表節(jié)點si到匯聚點的距離。其中dmax和dmin分別代表網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點到匯聚點的距離無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課件基于移動Agent的數(shù)據(jù)管理集中式數(shù)據(jù)管理方式并不適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其主要原因是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)種類差異大，且隨時隨地都可能產(chǎn)生無限連續(xù)的數(shù)據(jù)流，因此讓大量的傳感器節(jié)點持續(xù)地向基站傳送原始數(shù)據(jù)再進(jìn)行處理，即“數(shù)據(jù)移動到計算”的方式，不僅消耗了大量節(jié)點的傳輸能量，增加了無線傳輸?shù)呐鲎惭舆t，而且將使基站成為數(shù)據(jù)處理的瓶頸。移動Agent技術(shù)的WSN數(shù)據(jù)管理模型采用數(shù)據(jù)本地存儲的方式，讓每個傳感器節(jié)點把自身的特征數(shù)據(jù)和感知數(shù)據(jù)存儲在自身節(jié)點上，使數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_銷降低到最小，再使用移動數(shù)據(jù)查詢代理在合理的節(jié)點上采集數(shù)據(jù)，便可以靈活有效地滿足查詢的需要。該模型使用移動數(shù)據(jù)查詢代理（MDQA）來處理用戶的數(shù)據(jù)查詢請求?；谝苿覣gent的數(shù)據(jù)管理集中式數(shù)據(jù)管理方式并不適用于無查詢請求描述包括查詢數(shù)據(jù)類型的定義、查詢的區(qū)域信息、查詢始末時間和數(shù)據(jù)返回周期或條件。MDQA移動到某傳感器節(jié)點后，如果決定采集本地數(shù)據(jù)，就把數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)棧中。數(shù)據(jù)處理模塊將根據(jù)數(shù)據(jù)棧中的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)分析和處理。代理行為決策模塊將根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果、時間觸發(fā)或條件觸發(fā)來決定下一步的行為，移動模塊和控制模塊提供了行為的執(zhí)行方式。圖17MDQA的結(jié)構(gòu)

基于移動Agent的數(shù)據(jù)管理查詢請求描述包括查詢數(shù)據(jù)類型的定義、查詢的區(qū)域信息、查詢始末在該架構(gòu)中，基站和傳感器節(jié)點都加載MDQA的運行環(huán)境。數(shù)據(jù)管理中心模塊駐留在基站上，它通過解析用戶提交的邏輯請求，生成相應(yīng)的MDQA并將其發(fā)送到傳感器網(wǎng)絡(luò)中。MDQA在網(wǎng)絡(luò)中使用前述的方法采集和處理存儲在傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)，并根據(jù)查詢請求和當(dāng)前狀態(tài)決定遷移的路線。一旦采集的數(shù)據(jù)滿足請求條件，MDQA就返回到基站，最后由中心模塊將數(shù)據(jù)提供給用戶并記錄入數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)管理中心模塊提供了良好的用戶交互接口，并根據(jù)不同的服務(wù)請求類型生成適合該服務(wù)的MDQA。圖18基于移動Agent的數(shù)據(jù)管理模型體系架構(gòu)基于移動Agent的數(shù)據(jù)管理在該架構(gòu)中，基站和傳感器節(jié)點都加載MDQA的運行環(huán)境。數(shù)據(jù)4、我自己所做的研究基于非均勻分簇的不等級環(huán)模型遺傳算法與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)4、我自己所做的研究基于非均勻分簇的不等級環(huán)模型基于非均勻分簇的不等級環(huán)模型基于非均勻分簇的不等級環(huán)模型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課件無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課件無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課件遺傳算法與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)遺傳算法與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)Thankyou！Thankyou！無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

WirelessSensorNetworks（WSNs）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

WirelessSensorNetwo1.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常由大量具有感知、計算及無線通信能力的微小節(jié)點組成，其目的是監(jiān)視環(huán)境而非通信。傳感器節(jié)點部署在要監(jiān)視的區(qū)域中，采集指定的環(huán)境參數(shù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到匯聚節(jié)點供分析。1.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常由大量具有感知、計傳感器節(jié)點的組成傳感器節(jié)點一般由傳感模塊、處理模塊、無線通信模塊和能量供應(yīng)模塊組成。傳感器節(jié)點已經(jīng)可以做得非常小，稱為智能塵埃（smartdust）。傳感器節(jié)點的組成傳感器節(jié)點一般由傳感模塊、處理模塊、無線通信傳感器節(jié)點的特點廉價：每個節(jié)點的期望價格在一美元左右體積?。夯鸩窈谢蛴矌虐愦笮≈亓枯p：小于100克能量有限：兩節(jié)五號電池或紐扣電池供電無線通信能力：能夠用無線電、紅外線、藍(lán)牙、超聲波等通信，帶寬低，干擾大計算能力：幾百兆赫茲的處理器存儲能力：幾兆或幾百兆的存儲空間感知能力：具有一個或幾個傳感器傳感器節(jié)點的特點廉價：每個節(jié)點的期望價格在一美元左右傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點節(jié)點固定或只有較小的活動性數(shù)量大，密度高拓?fù)鋭討B(tài)變化節(jié)點同構(gòu)，或只有少量特殊節(jié)點；分布式：沒有預(yù)先指定的中心，所有節(jié)點通過分布式算法相互協(xié)調(diào)；自組織：傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署和初始化等不需要外界干預(yù)；節(jié)點資源受限，特別是能量非常有限；以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點具有數(shù)據(jù)處理的能力；與應(yīng)用緊密耦合的網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點節(jié)點固定或只有較小的活動性傳感器網(wǎng)絡(luò)與移動自組網(wǎng)的不同節(jié)點規(guī)模：移動自組網(wǎng)：節(jié)點數(shù)量通常在幾十或上百傳感器網(wǎng)絡(luò)：節(jié)點數(shù)目往往高出好幾個數(shù)量級節(jié)點密度：移動自組網(wǎng)：小傳感器網(wǎng)絡(luò)：大（冗余部署的結(jié)果）拓?fù)渥兓脑颍阂苿幼越M網(wǎng)：節(jié)點運動傳感器網(wǎng)絡(luò)：節(jié)點休眠調(diào)度、環(huán)境干擾或節(jié)點故障引起節(jié)點處理能力：移動自組網(wǎng)：較強(qiáng)傳感器網(wǎng)絡(luò)：十分有限傳感器網(wǎng)絡(luò)與移動自組網(wǎng)的不同節(jié)點規(guī)模：傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)視方面的優(yōu)勢：通過在物理環(huán)境中部署大量廉價的智能傳感器節(jié)點，可以獲得長時間、近距離、高分辨率的環(huán)境數(shù)據(jù)，這是傳統(tǒng)監(jiān)視設(shè)備無法得到的。傳感器節(jié)點的計算和存儲能力允許節(jié)點執(zhí)行數(shù)據(jù)過濾、數(shù)據(jù)壓縮等操作，也可以執(zhí)行一些應(yīng)用特定的處理任務(wù)。節(jié)點之間的通信能力允許節(jié)點之間協(xié)同完成更復(fù)雜的任務(wù)，如目標(biāo)跟蹤。通過任務(wù)的重新分配可以改變傳感器網(wǎng)絡(luò)的用途。傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)視方面的優(yōu)勢：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)要解決的問題 網(wǎng)絡(luò)的自組織、自配置（節(jié)點定位、時間同步、自動校準(zhǔn)、拓?fù)淇刂频龋┩ㄐ艆f(xié)議（MAC、路由協(xié)議）分布式數(shù)據(jù)管理（數(shù)據(jù)采集、存儲、查詢、獲取等）各種應(yīng)用特定的數(shù)據(jù)融合處理節(jié)省能耗應(yīng)貫穿到所有的設(shè)計中。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)要解決的問題 網(wǎng)絡(luò)的自組織、自配置（節(jié)點定位、2.傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)路由技術(shù)拓?fù)涔芾聿渴鹋c覆蓋數(shù)據(jù)管理安全技術(shù)2.傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)路由技術(shù)路由技術(shù)面臨的問題和挑戰(zhàn)：（1）傳感器網(wǎng)絡(luò)的低能量特點使節(jié)能成為路由協(xié)議最重要的優(yōu)化目標(biāo)。（2）傳感器網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模更大，要求其路由協(xié)議必須具有更高的可擴(kuò)展性。（3）傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓詮?qiáng)，通常的Internet路由協(xié)議不能適應(yīng)這種快速的拓?fù)渥兓?。?）數(shù)據(jù)融合的特點使傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由不同于一般網(wǎng)絡(luò)。（5）傳感器網(wǎng)絡(luò)中通信不對稱，流量分布不均勻。路由技術(shù)面臨的問題和挑戰(zhàn)：路由技術(shù)研究現(xiàn)狀：平面路由協(xié)議對候選路徑的能耗做出估計，并根據(jù)一定的策略選擇最佳路由從網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用模式出發(fā)，進(jìn)行以數(shù)據(jù)為中心的路由定向擴(kuò)散(directeddiffusion)SPIN（SensorProtocolforInformationviaNegotiation）分級路由協(xié)議LEACH、DCHS、PEGAGIS、DAEA、HEED、CEFL、ACMW、ACE、EECS、LSCP、TEEN、APTEEN、ECMR等路由技術(shù)研究現(xiàn)狀：拓?fù)涔芾硗負(fù)涔芾恚喊ㄍ負(fù)涞陌l(fā)現(xiàn)和控制，使生成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錆M足一定的性質(zhì)，以延長網(wǎng)絡(luò)生命周期，降低網(wǎng)絡(luò)干擾，提高吞吐率。研究進(jìn)展功率控制：COMPOW、LINT/LILT、LMN/LMA、CBTC、LMST、RNG、DRNG和DLSS等；層次拓?fù)淇刂疲篢opDisc、GAF、LEACH、HEED等現(xiàn)有研究存在的問題用于建模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的模型過于理想化。節(jié)點的分布假設(shè)過于理想化。安放無線傳感器的區(qū)域假設(shè)過于理想化。拓?fù)涔芾硗負(fù)涔芾恚喊ㄍ負(fù)涞陌l(fā)現(xiàn)和控制，使生成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錆M足部署與覆蓋根據(jù)被監(jiān)測的區(qū)域或目標(biāo)的分布情況，對節(jié)點部署進(jìn)行規(guī)劃，保證網(wǎng)絡(luò)完全覆蓋或以較大概率覆蓋被監(jiān)測區(qū)域。部署方式確定部署：需要對網(wǎng)絡(luò)的物理環(huán)境有預(yù)先的了解，而且每個部署位置都必須可達(dá)，通常適用于工業(yè)控制、智能家居等應(yīng)用中；隨機(jī)部署：通常用于戰(zhàn)場等危險或惡劣的環(huán)境。覆蓋對象（a）區(qū)域覆蓋、（b）點覆蓋、（c）柵欄覆蓋部署與覆蓋根據(jù)被監(jiān)測的區(qū)域或目標(biāo)的分布情況，對節(jié)點部署進(jìn)行規(guī)數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)管理是確定傳感器網(wǎng)絡(luò)可用性和有效性的關(guān)鍵技術(shù)。研究進(jìn)展數(shù)據(jù)存儲和索引：基于地理散列表的方法、DIMENSIONS、DIFS、DIM等數(shù)據(jù)融合：目前研究集中在聚集算法，包括網(wǎng)絡(luò)層聚集算法和應(yīng)用層聚集算法等，這些一般與路由技術(shù)（定向擴(kuò)散、LEACH、TEEN等）緊密結(jié)合；數(shù)據(jù)查詢處理與優(yōu)化：目前研究集中在連續(xù)查詢和近似查詢的優(yōu)化處理技術(shù)。典型系統(tǒng)加州大學(xué)伯克利分校TinyDB康奈爾大學(xué)COUGAR系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)管理是確定傳感器網(wǎng)絡(luò)可用性和有效性的關(guān)鍵技術(shù)。安全技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用，尤其在軍事和商業(yè)等領(lǐng)域，需要解決安全問題。安全問題主要存在選擇轉(zhuǎn)發(fā)、Hello洪泛、女巫攻擊、告知收到欺騙、DoS、污水池、蠕蟲洞、篡改或重發(fā)路由信息等研究進(jìn)展密鑰管理、身份認(rèn)證和數(shù)據(jù)加密安全路由協(xié)議：對網(wǎng)絡(luò)入侵具有抵抗力的路由協(xié)議INSENS安全聚集對抗攻擊入侵檢測安全技術(shù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用，尤其在軍事和商業(yè)等領(lǐng)域，3.最近的所做研究分簇算法基于移動Agent的數(shù)據(jù)管理3.最近的所做研究分簇算法分簇算法LEACHEECSEEUC分簇算法LEACHLEACH算法

每個節(jié)點產(chǎn)生一個0~1之間的隨機(jī)數(shù),如果這個數(shù)小于閾值T(n),則該節(jié)點向周圍節(jié)點廣播它是簇頭的消息。在每一輪循環(huán)中，如果節(jié)點已經(jīng)當(dāng)選過簇頭，則將T(n)設(shè)置為0，這樣節(jié)點就不會再次當(dāng)選為簇首。對于未當(dāng)選為簇首的節(jié)點，則以T(n)的概率當(dāng)選；隨著當(dāng)選過簇首的數(shù)目增加，剩余節(jié)點當(dāng)選簇首的閾值T(n)隨之增大，節(jié)點當(dāng)選簇首的概率增大。當(dāng)只剩下一個節(jié)點未當(dāng)選時，T(n)=1。非簇頭節(jié)點選擇與自己距離最近的簇頭加入。

LEACH算法每個節(jié)點產(chǎn)生一個0~1之間的隨機(jī)

其中，P是網(wǎng)絡(luò)中簇頭節(jié)點所占總節(jié)點數(shù)目的百分比(例如P=0.05)。r為當(dāng)前的輪數(shù)，比如當(dāng)前是第20輪，則r=20。rmod(1/p)代表這一輪循環(huán)中當(dāng)選過簇頭的節(jié)點數(shù)。G是這一輪循環(huán)中沒有充當(dāng)過簇頭節(jié)點的節(jié)點集合。其中，P是網(wǎng)絡(luò)中簇頭節(jié)點所占總節(jié)點數(shù)目的百分比(例P值決定了每輪產(chǎn)生的簇頭數(shù)量,在實際應(yīng)用中,最佳P值的確定是十分困難的,這與網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和節(jié)點密度有關(guān).另外,T(n)沒有考慮能量因素,這種算法必須基于兩個前提假設(shè)才能達(dá)到每個節(jié)點平均耗費能量的預(yù)期目標(biāo):(1)每個節(jié)點初始能量均等;(2)每個節(jié)點擔(dān)任簇頭期間耗費的能量均等.然而,由于每個簇的大小以及簇頭到基站的距離不一樣,前提假設(shè)(2)不符合現(xiàn)實.P值決定了每輪產(chǎn)生的簇頭數(shù)量,在實際應(yīng)用中,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課件EECS分簇算法

如前所述,LEACH算法中節(jié)點根據(jù)自身通信代價最小原則選擇加入哪個簇,不能保證簇的負(fù)載平衡,沒有考慮距基站較遠(yuǎn)的簇頭能量耗費過快等問題.針對這一點EECS(energyefficientclusteringscheme)提出一個新的通信代價公式來決定節(jié)點加入哪個簇EECS分簇算法

cost(j,i)=w*f+(1-w)*g

df_max=EX(max{d(Pj,CHi)});dg_max=max{d(CHi,BS)};dg_min=min{d(CHi,BS)}.

cost(j,i)是節(jié)點Pj加入簇頭CHi的代價d(Pj,CHi)是節(jié)點到簇頭的距離,式中f子函數(shù)保證最小化節(jié)點與簇頭之間的通信代價;d(CHi,BS)是簇頭i到基站的距離,式中g(shù)子函數(shù)保證最小化簇頭i到基站的通信代價;權(quán)值w的設(shè)置則是根據(jù)具體應(yīng)用,在成員節(jié)點能量與簇頭能量耗費之間的折衷,目標(biāo)是最大化網(wǎng)絡(luò)生命周期.節(jié)點Pj選擇最小cost(j,i)的簇頭i加入,從而保證每個簇頭負(fù)載均衡.

EECU分簇算法

它的核心是一個用于組織網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞哪芰扛咝У姆蔷鶆蚍执厮惴ǎ渲泻蜻x簇首通過使用非均勻的競爭范圍來構(gòu)造大小不等的簇．靠近匯聚點的簇的規(guī)模小于遠(yuǎn)離匯聚點的簇，因此靠近匯聚點的簇首可以為簇間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)預(yù)留能量EECU分簇算法簇產(chǎn)生過程依概率在網(wǎng)絡(luò)中選出部分節(jié)點成為候選簇首，參與競選．普通節(jié)點成為候選簇首的概率為T，它是一個預(yù)先設(shè)置的閾值．未參與競選的節(jié)點進(jìn)入睡眠狀態(tài)，直到簇首競選過程結(jié)束．令Si為任意的一個候選簇首．Si根據(jù)自身到匯聚點的距離信息計算它的競爭區(qū)域，區(qū)域的半徑記作Rc。

在競選過程中，若候選簇首Si宣布其競選獲勝，則在Si的競爭半徑Rc內(nèi)的所有候選簇首均不能成為最終簇首，需要退出競選過程．簇產(chǎn)生過程依概率在網(wǎng)絡(luò)中選出部分節(jié)點成為候選其中dmax和dmin分別代表網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點到匯聚點的距離的最大值和最小值，d(si,B