智能小区无线传感器网络路由协议研究【文献综述】.doc

1、毕业设计（论文）文献综述题目智能小区无线传感器网络路由协议研究专业电子信息工程一、前言随着微机电技术和无线通信技术的迅速发展，使得开发低功耗、低能量、多功能的传感器节点成为可能。这些传感器节点由能量十分有限的电池供电，具有感知、数据处理的能力，以及无线通信功能。大量布撒在监测区域中的传感器节点通过自组织就构成了无线传感器网络（WIRELESSSENSORNETWORKS，WSN）1。无线传感器网络（WIRELESSSENSORNETWORK，WSN）是融合了传感器技术、网络通信技术以及嵌入式技术等多种高新技术的新兴研究领域。WSN由最早的军事应用领域发展而来，如今已经可以应用于多个领域，如空间

2、探测、洪灾预警、生物群落观测、目标跟踪、环境气象监测、辐射监测、农田管理、智能交通和智能家居等。无线传感器网络技术已经被国务院国家中长期科学和技术发展规划纲要（20062020年）纳入其发展规划中，将来WSN会越来越多的被应用于各项研究及应用领域。WSN的应用前景非常广阔，在军事国防、环境监测、生物医疗、智能家居、危险区域的远程监控等领域都具有潜在的使用价值1,2。WSN与传统有线网络具有很大的差别。尽管它和移动自组织网络（MOBILEADHOCNETWORKS，MANET）都是无线自组织网络，但二者存在着很大的差异13。这使得传统网络的路由协议和MANET的路由协议均不适用于WSN，必须依据

3、WSN的特点设计新的路由协议，使之有效地保证WSN功能的正常实施。二、主题21研究背景及意义无线传感器网络（WIRELESSSENSORNETWORK，WSN）是随着无线通讯技术、传感器技术、移动计算技术和嵌入式信息处理技术的发展而新兴的研究课题。WSN通过部署在待监控区域附近的大量传感器节点所组成的无线网络，协作地实时监测、感知、采集和处理节点分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并将处理后的数据传送到网络中的特定位置。美国商业周刊和麻省理工大学的技术评论在预测未来技术发展报告中，分别将无线传感器网络技术列为21世纪最有影响力的21项技术和改变世界的10大新技术之一1。WSN在国际上被视为互

4、联网之后的第二大“泛在网”，著名的美国橡树岭国家实验室（OAK）断言IT时代正从“计算机即网络”转变为“传感器网络”。WSN技术作为现在国际最前沿的新技术被誉为IT技术的第四次产业革命，是未来IT产业创新发展的重要方向。2007年11月，国内首次无线传感网产业发展高峰论坛在杭州举行，会议承办方之一的杭州家和智能控制有限公司的董事长方正平博士介绍说“目前，无线传感网络正在长三角地区发展，并成功应用于电力监控、公共安全、智能交通、环保监控、平安家居等领域。无线传感网络已在今年召开的上海合作组织峰会的交通指挥中发挥了重要作用，并正在浦东机场进行了一次重要的实际应用测试。”2尽管无线传感器网络的应用前

5、景非常广阔，但由于无线传感器网络是与应用相关的网络，不同的应用背景对传感器网络的要求不同，其硬件平台、软件系统和网络协议必然有很大差别。而且无线传感器网络与传统的无线网络（如WLAN和蜂窝移动电话网络）有着不同的设计目标3，传统无线网络的设计目标是在高度移动的环境中通过优化路由和资源管理策略最大化带宽的利用率，同时为用户提供一定的服务质量保证，其次才考虑节约能源；而由于传感器节点体积微小，通常携带能量十分有限的电池，所以无线传感器网络的首要设计目标是能源的高效利用。在无线传感器网络中，数目庞大的传感器节点大多数是固定不动的而且部署区域环境复杂，所以设计有效的策略延长网络的生命周期成为无线传感器

6、网络的核心问题。通常情况下，自然环境的影响和节点故障容易造成无线传感器网络拓扑结构的变化。这些独特的要求和制约因素为无线传感器网络的研究提出了新的技术问题。国内的一些科研单位和大学，如清华大学、中国科学院沈阳自动化所、中国科学院宁波计算所、哈尔滨工业大学等已经初步开展了在传感器及传感器网络方面的研究工作。从总体来讲，国内关于传感器网络的研究还处于刚刚起步的阶段，但是由于传感器网络是一门新兴技术，国内与国际水平的差距并不很大，及时开展这项对人类未来生活影响深远的前沿科技的研究，对整个国家的社会、经济将有重大的战略意义。目前对WSN的研究都集中在通用的范围内，针对某个领域具体应用中碰到的问题，所做

7、的研究工作还是比较少。智能小区是无线传感器网络的一个重要应用领域，将传感器网络部署于智能小区中，可实现安全预警、事故定位、实时监测、环境污染检测和进出车辆监控等功能。WSN的数据传输离不开路由协议。传统的ADHOC网络路由协议又不适用于WSN4。因此必须设计出适合于WSN特定的路由协议，特别是适合于智能小区应用环境的WSN路由协议。目前，美国的康奈尔大学、麻省理工学院等很多大学展开了WSN路由协议的研究，先后提出FLOODING5、SPIN6、SAR7、定向扩散8等一系列平面路由协议和LEACH9、TEEN10、PEGASIS11等一系列层次路由协议。虽然有很多的协议，但是到底哪一种是最适合智

8、能小区WSN的还没有一个定论。因此研究这些路由协议并且比较分析哪一种路由协议是相对合适的显得尤为重要，也是本课题的意义之一。如果现有的这些协议都不适合应用于智能小区WSN，那么如何改进或者提出新的适应智能小区应用环境的路由协议将是本课题的主要目的。由于智能小区需要采集的数据比较复杂，节点需要长期工作，节点的能量消耗较大且无法得到及时补充，所以节能和高效是智能小区WSN路由算法设计的首要要求。本文将重点研究无线传感器网络在智能小区中的节能路由协议技术。通过借鉴国外学者提出的路由协议的优秀思想，在定向扩散路由协议（DIRECTEDDIFFUSION，DD）的基础上，对其进行了改进，把改进后的协议称

9、为EPCDD（ENERGYANDPASSIVECLUSTERINGBASEDDIRECTEDDIFFUSION），并应用到智能小区中。22国内外研究现状因特网改变了人与人的交互方式,传感器网络将改变未来人与自然的交互方式传感器网络是计算机科学技术的一个新的研究领域,具有十分广阔的应用前景,引起了学术界和工业界的高度重视12集成三大高新技术的无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术13,在基础理论和工程技术两个层面向科技工作者提出了大量的挑战性研究课题。发达国家如美国,非常重视无线传感器网络的发展,IEEE正在努力推进无线传感器网络的应用和发展,它的出现将会给人类社会带来极大的变革无线传感器

10、网络被美国商业周刊列为21世纪最有影响的改变世界的十大技术之一,被麻省理工学院MIT技术评论列为全球未来的三大高科技产业之一美国所有著名的院校几乎都有研究小组从事传感器网络相关技术的研究,如加州大学洛杉矶分校、康奈尔大学、麻省理工学院和加州大学伯克利分校等也先后开展了传感器网络方面的研究工作CROSSBOW,MOTEIV等一批以传感器网络节点为产业的公司已为大家所熟知,他们的产品MICA2、MI2CAZ、TELOS等为很多研究机构搭建起了硬件平台,方便的开发平台使得大部分研究机构开始转而研究大规模无线组网、传感信息融合、时间同步与定位、低功耗设计技术等关键技术尽管无线传感器网络的仿真工具有SE

11、NSOR14,NS215,TOSSIM16,OPNET17等,由于其使用的一些局限性,许多学者投入大量精力研究传感器网络的仿真工具,在世界范围内掀起了理论研究和应用研究的高潮相对来说,国内传感器网络系统方面的研究起步较晚,近两年才受到广泛关注“传感器网络系统的基础软件及数据管理关键技术的研究”已被列为国家自然科学基金委员会、信息科学部与微软亚洲研究院正式签署的第二期联合资助项目之一,国家“十五”科技攻关项目把传感器网络列为重大研究项目中科院计算技术研究所、中科院自动化所、中科院软件所、清华大学,北京交通大学等研究单位及高校在无线传感器网络方面也进行了大量的工作,主要从事通信协议的分层和网络节点

12、的设计18、无线通信协议栈、同步和定位中间件、数据融合、低功耗与高安全性设计、网络管理、质量保证技术以及特定行业的应用研究,相信会有更多的院校及研究所参加到传感器网络的研究中来国内也有越来越多的企事业开始关注传感器网络技术的发展,宁波中科、北京鑫诺金传感与控制技术有限公司、成都无线龙科技等公司也开始推出针对无线传感器网络及ZIGBEE的解决方案,以及面向一定产业应用的系统方案三、总结无线传感器网络作为“普适计算”思想衍生的产物,通过近几年的研究,人们对传感器网络特点的认识已经逐渐明确,但是许多基础性问题和关键技术需要解决,如能量有限性,计算存储能力,传输层和服务质量,覆盖率与部署,可靠数据传输

13、,网络协议的统一标准等尽管传感器网络当前仍存在若干技术难题,暂时还不能广泛应用,但无线传感器网络的应用前景会十分广阔,传感器网络将是信息感知和采集的一场革命,实现MARKWESIER提出的“普适计算”思想将不再遥远四、参考文献1AKYILDIZIF，SUW,SANKARASUBRAMANIAMY,ETALASURVEYONSENSORNETWORKSJIEEECOMMUNICATIONSMAGAZINE,2002,40（8）1021142崔莉,鞠海玲无线传感器网络研究进展J计算机研究与发展,2005,42（1）1631743李建中,李金宝,石胜飞传感器网络及其数据管理的问题与进展J软件学报,2

14、003101717217274任丰原,黄海宁,林闯无线传感器网络J北京软件学报,2003141282212915SZYMANSKIBOLESLAWKSENSESENSORNETWORKSIMULATORANDEMULATOREB/OL2004209201HTTPWWWCSRPIEDU/2CHENG3/SENSE/6THEUNIVERSITYOFSOUTHERNCALIFORNIATHENETWORKSIMULATOREB/OL2002210208HTTPWWWISIEDU/NSNAM/NS/7宋文,王兵,周应宾等无线传感器网络技术与应用M北京电子工业出版社,2007,39杜晓明，陈岩无线传感器

15、网络研究现状与应用北京工商大学学报J2008，12610罗杰，林亚平TINYOS调度机制研究与改进J科学技术与工程，2007，1974935493811苗渤钰,熊庆国无线传感器网络新技术进展研究J中国仪器仪表,2006,11313412孙利民,李建中,陈渝,朱红松无线传感器网络M清华大学出版社2005513许毅平,周曼丽无线网络技术在智能楼宇中的应用研究J计算机工程与应用,2006,14刘晓胜智能小区与通信技术M北京电子工业出版社,2004,115张小庆,李腊元基于蚁群算法的定向扩散算法研究J传感技术学报2008,716黄宇航,黄芬等关于无线传感器网络节能问题的研究基于定向扩散路由协议的改进的探讨计算机工程与应用J200620