基于复合定位的无线传感器网络层次路由协议设计与实现论文.doc

/NUMPAGES57第一章绪论微电子技术、计算技术和无线通信等技术的进步，推动了低功耗多功能传感器的快速发展，使其在微小体积能够集成信息采集、数据处理和无线通信等多种功能。无线传感器网络(WirelessSensorNetwork,WSN)就是在这种情况下应运而生，它是由部署在监测区域大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式组成的一个多跳的自组织网络系统。目前以Internet为代表的信息网改变的是人与人之间的沟通方式，而无线传感器网络则是将逻辑上的信息世界与客观上的物理世界融合在一起，改变的是人与自然的交互方式，它将是信息社会不可或缺的重要组成部分。具有现代意义的无线传感器网络的研究起步于20世纪90年代末期。从21世纪开始，传感器网络引起了学术界、军界和工业界的极大关注，美国和欧洲相继启动了许多关于无线传感器网络的研究计划。特别是美国通过国家自然基金委员会、国防部等多种渠道投入巨资支持传感器网络技术的研究。无线传感器网络的应用前景十分广阔，能够广泛应用军事、环境监测和预报、健康护理、智能家居、建筑物状态监控、城市交通、空间探索以与安全监测等领域。随着传感器网络的深入研究和广泛应用，它必将深入到人们生活的各个领域。1．1无线传感器网络的定义[1][2]目前已有很多文献给出了无线传感器网络的定义，说法各有不同，但实质上小异。比较通用的定义为：无线传感器网络是指由一组按需随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信模块的传感器以自组织方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖围感知对象的信息，并传送到信息用户。1．2无线传感器网络的特点[3][4]无线传感器网络与无线自组网有许多相似之处，如：无中心和自组织性、动态变化的网络拓扑、受限的无线传输带宽、移动终端的能力有限、多跳路由、安全性差等。在此基础之上，无线传感器网络还有下列特点：（1）传感器节点的通信能力有限。传感器网络的传输速率低，通信距离近，一般只有几十到几百米。大部分工作环境恶劣地区，更多地受到地形、地貌、风雨雷电、潮湿、水浸等自然环境的影响，一方面造成传感器之间的通信不可行，另一方面可能使传感器出现长时间故障、甚至损坏。（2）能量有限。网络中的传感器一般都由电池供电且需长时间工作，而节点的电池更换往往又不可行，这样就造成了能源方面突出的矛盾。（3）计算能力有限。传感器网中的传感器一般采用嵌入式处理器和存储器。这些传感器都具有计算能力，可以完成一些信息处理工作。但是，由于嵌入式处理器和存储器的能力和容量有限，故传感器的处理能力十分有限。（4）网络规模大，拓扑结构复杂。传感器网中传感器节点密集，数量巨大，可能达到几百甚至几千上万个。此外，传感器网可以分布在很广泛的地理区域。而且，传感器网络中的传感器、感知对象和观察者这三要素都可能移动，并且经常有新节点加入或已有节点失效。因此，网络的拓扑结构不断变化。（5）数据传输方向性强。在传感器网中数据传输具有很强的方向性。通常，查询信息是通过广播或多播的方式从观察者向网络传感器传输，而探测结果信息则是由分布在各处的传感器节点向查询节点汇聚。1．3无线传感器网络的应用·军事应用：在军事领域，无线传感器网络将会逐渐成为C4ISRT系统的重要组成部分。C4ISRT系统的目标是利用先进的高科技技术，为未来的现代化战争设计一个集命令、控制、通信、计算、智能、监视、侦察和定位于一体的战场指挥系统，受到了军事发达国家的普遍重视。因为无线传感器网络是由密集型、低成本、随机分布的节点组成的，自组织性和容错能力使其不会因为某些节点在恶意攻击中的损坏而导致整个系统的崩溃，这一点是传统的传感器技术所无法比拟的，也正是这一点，使无线传感器网络非常适合应用于恶劣的战场环境，包括监控己方兵力、装备和物资，监视冲突区，侦察敌方地形和布防，定位攻击目标，评估损失，侦察和探测核、生物和化学武器攻击。在战场，指挥员往往需要与时准确地了解部队、武器装备和军用物资供给的情况，铺设的传感器将采集相应的信息，并通过汇聚节点将数据送至信息处理站，再转发到指挥部，最后融合来自战场各个环节的数据形成完备的战区态势图。在战争中，对冲突区和军事要地的监视也是至关重要的，通过铺设传感器网络，以更隐蔽的方式近距离地观察敌方的布防；也可以直接将传感器节点撤向敌方阵地，在敌方还未来得与反应时迅速收集利于作战的信息。无线传感器网络还可以为火控和制导系统提供准确的目标定位信息。在生物和化学战中，利用无线传感器网络与时、准确地探测爆炸中心，将会为己方提供宝贵的反应时间，从而最大可能地减小伤亡。无线传感器网络也可避免核反应部队直接暴露在核辐射的环境中。在军事应用中，与独立的卫星和地面雷达系统相比，无线传感器网络的潜在优势表现在以下几个方面：(1)分布节点中多