（计算机应用技术专业论文）异构无线传感器网络覆盖问题研究.pdf

铀1 _ “ t 原创性声明和关于论文使用授权的说明 原创性声明 l i i i ll ii i i l l li t l lt tl l u l y 17 9 3 0 5 6 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：j 拿虻# 日期：暨! ! ：! f ! 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人 授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：驰导师签名： 日期：翌尘：! ! f 口 j 参 t 弧 ， 0 山东大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第l 章绪论1 1 1 研究背景 l 1 2 国内外研究现状2 1 2 1 应用研究3 1 2 2 系统研究5 1 2 3 网络研究7 1 3 本文的研究内容和组织9 1 3 1 主要研究工作一9 1 3 2 论文的组织结构1 0 第2 章无线传感器概率覆盖模型概述1 l 2 1 无线传感器网络简介1 1 2 1 1 无线传感器网络的组成结构1 1 2 1 2 无线传感器网络特点1 2 2 1 3 无线传感器网络应用1 3 2 1 4 无线传感器网络所面临的挑战1 4 2 2 异构无线传感器网络概述1 5 2 2 1 异榭 生的几种表现形式1 6 2 2 2 异构无线传感器网络的层次网络体系结构1 8 2 2 3 适用于异构无线传感器网络的相关标准1 9 2 3 无线传感器覆盖控制策略研究1 9 2 3 1 覆盖控制策略2 0 2 3 2 覆盖类型2 1 2 3 3 感知模型2 5 2 3 4 覆盖优化方式2 6 2 4 本章小结2 8 第3 章异构无线传感器网络参与度模型的设计与计算2 9 山东大学硕士学位论文 3 1 概率覆盖模型基本思想2 9 3 2 参与度模型设计原则3 l 3 3 异构无线传感器网络参与度模型的设计与计算3 2 3 3 1 相关参数说明3 3 3 3 2 参与度模型基本思想3 3 3 3 3 模拟实验及性能分析3 5 3 4 本章小结3 8 第4 章异构无线传感网络覆盖算法h s p c 3 9 4 1 异构无线传感器网络研究目标3 9 4 2 异构无线传感器网络研究思路4 0 4 2 1 分区域4 0 4 2 2 时间分片4 0 4 2 3 动态自适应分组4 1 4 2 4 集中式算法4 l 4 3 异构无线传感器网络覆盖算法e a c c p 4 l 4 4 改进后的异构无线传感器网络覆盖算法h s p c 4 3 4 4 1 相关参数说明4 3 4 4 2 冗余节点判断算法的主要思想4 4 4 4 3 算法描述4 5 4 5 算法仿真与性能分析4 7 4 5 1 仿真工具4 8 4 5 2 实验环境与实例4 9 4 5 3 实验结果与分析5 3 4 6 本章小结5 6 第5 章结论5 8 5 1 总结5 8 5 2 展望：5 8 参考文献，6 0 致谢6 3 l i 占 _ 心 囊 山东大学硕士学位论文 攻读硕士期间发表的学术论文目录6 4 i l l 山东大学硕士学位论文 t a b l eo fc o n t e n t s a b s t r a c ti nc h i n e s e 】 a b s t r a c ti ne n g l i s h i i c h a p t e r1 p r e l i m i n a r yr e m a r k s 1 1 1r e s e a r c ho f t h e b a c k g r o u n d 1 1 2s i t u a t i o no f s d u d yi nc h i n aa n da b r o a d 2 1 2 1r e s e a r c ho na p p l i c a t i o n 3 1 2 2r e s e a r c ho ns y s t e m 5 1 2 3r e s e a r c ho nn e t w o r k 7 1 3s t r u c t u r eo f t h e s i s 9 1 3 1m a i nw o r k i n go f s t u d y 9 1 3 2s t r u c t u r eo f t h e s i s 1 0 c h a p t e r2s u m m a r yo f p r o b a b i l i t yc o v e r a g ew i r e l e s ss e n s o r sm o d e l 11 2 1i n t r o d u c t i o no f w i r e l e s ss e n s o r n e t w o r k 1 l 2 1 1s t r u c t u r e o f w i r e l e s ss e n s o r n e t w o r k 1 l 2 1 2m a i nf e a t u r e so f w i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k 1 2 2 1 3r e l e a t e da p p l i c a t i o no f w i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k 1 3 2 1 4c h a l l e n g e so f w i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k 1 4 2 2s u m m a r yo f h e t e r o g e n e o u sw i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k 1 5 2 2 1s o m ef o r m so f 1 6 2 2 2h i e r a r c h i c a la r c h i t e c t u r eo f h e t e r o g e n e o u sw s n 1 8 2 2 3r e l a t e dr e c o m m e n d a t i o n sr e f e r i n gt oh e t e r o g e n e o u sw s n 1 9 2 3h i e r a r c h i c a lm o d e lo f w i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k 1 9 2 3 1c o n t r o ls t r a t e g yo f c o v e r a g e 2 0 2 ，3 2t y p e so f c o v e r a g e 2 1 2 3 3s e n o r i n gm o d e l 2 5 2 3 4o p t i m i z em e t h o do f c o v e r a g e 2 6 2 4s u m m a r y 2 8 i v 山东大学硕士学位论文 c h a p t e r 3 d e s i g na n da l g o r i t h m i co fh e t e r o g e n e o u sw s n p a r t i c i pm o d e l 2 9 3 1m a i ni d e a so f p r o b a b i l i t yc o v e r a g em o d e l 2 9 3 2d e s i g np r i n c i p l eo np a r t i c i pm o d e l 3 1 3 3d e s i g na n da l g o r i t h m i co f h e t e r o g e n e o u sw s np a r t i c i pm o d e l 3 2 3 3 1i l l u s t r a t i o n so fa l g o r i t h m s p a r a m e t e r 3 3 3 3 2m a i ni d e a so f p a r t i c i pm o d e l 3 3 3 3 3s i m u l a t i o na n de x p e r i m e n t aa n a l y s i s 3 5 3 4s u m m a r y 3 8 c h a p t e r4c o v e r a g ea l g o r i t h m i co f h e t e r o g e n e o u sw s n - h s p c 3 9 4 1s t u d yo b j e c t i v e so f h e t e r o g e n e o u sw s n 3 9 4 2s t u d yt h o u g h to f h e t e r o g e n e o u sw s n 4 0 4 2 1s u b r e g i o n a lw a y 4 0 4 2 2p i e c e w i s et i m e 、4 0 4 2 3d y n a m i c a d a p t a b l ep a c k e t ，4 1 4 2 4c o n c e n t r a t i n ga l g o r i t h m 4 1 4 3c o v e r a g ea l g o r i t h mo f h e t e r o g e n e o u sw s n - e a c c p 4 1 4 4t h e i m p r o v e dc o v e r a g ea l g o r i t h mo f h e t e r o g e n e o u sw s n h s p c 4 3 4 4 1i l l u s t r a t i o n so f a l g o r i t h m s p a r a m e t e r 4 3 4 4 2m a i ni d e a so f r e d u n d a n ts e n s o r sd e c i s i o na l g o r i t h m 4 4 4 4 3a l o g r i t h md e s c r i p t i o n 4 5 4 5a l g o r i t h ms i m u l a t i o na n de x p e r i m e n t a la n a l y s i s 4 7 4 5 1i n t r o d u c t i o no fs i m u l a t i o nt o o l ，4 8 4 5 2t e s te n v i r o n m e n ta n dc a s ed e s c r i p t i o n 4 9 4 5 3e x p e r i m e n t a lr e s u l t sa n da n a l y s i s 5 3 4 6s u m m a r y5 6 c h a p t e r5 c o n c l u s i o n 5 8 5 1s u m m a r y 5 8 5 2e x p e c t a t i o n 5 8 r e f e r e n c e s 6 0 a c k n o w l e d g e m e n t s 6 3 lip。 山东大学硕士学位论文 p u b l i s h e da c a d e m i cp a p e r s 6 4 v i j 氏 无线传感器网 网络中任意两个节 一个充分条件。覆 效地覆盖，实现信 正常有效地工作， 感器网络的一个基本问题。 在无线传感器网络中，节点布置方式在很大程度上影响了无线传感器网络的 性能和效率。由于无线传感器网络通过部署大量的冗余节点实现网络的全覆盖， 为了节约能量，采用动态轮换节点工作状态的方式是一种行之有效的方法。无线 传感器网络的覆盖问题研究大多是针对同构的网络，而对于异构网络关注甚少， 到目前为止仍缺少高效的解决办法。采用概率覆盖模型是一种比较贴近实际的方 法，能够得到比较准确的数据。本文在分析以往研究的一种能量消耗比模型的基 础上，结合节点概率覆盖模型，设计了参与度覆盖控制模型，较好地解决了异构 传感器网络覆盖问题。接下来，在参与度覆盖模型的基础上又提出h s p c 算法， 对e a c c p 算法进行了有效的改进，分析了算法的设计原则，研究目标和研究方法， 并给出了具体的算法描述以及算法流程图。之后利用o 姗t + + 实验工具对算法进 行了实验仿真。 通过实验结果看出，h s p c 算法相对e a c c p 算法具有更好的性能和效率，具 体体现在平均能耗、覆盖率、节点使用率以及网络寿命等方面。本文所建立的参 与度模型更加适合异构传感器网络，模型中不仅考虑了节点即时能量和初始能量 的能量消耗比，而且还考虑了异构节点本身的物理特性以及节点覆盖概率，实验 数据显示，参与度模型对能量消耗比模型进行了有效的改进。同样，采用了覆盖 度模型的h s p c 算法在各项实验指标上都较e a c c p 更有效，充分体现了本文所做 工作的理论价值。 关键字：参与度；概率覆盖模型；异构网络；能量消耗比；层次调度 譬 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t c o v e r a g ea n dc o n n e c t i v i t ya r et w of u n d a m e n t a la s p e c ti nt h ec o v e r a g ei s s u eo f w i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k ( w s n ) ，c o n n e c t i v i t yi n d i c a t e se v e r yn o d ec a nc o m m u n i c a t e 、) l ，i t ha n yo t h e rn o d e si nw s n d i r e c t l yo ri n d i r e c t l y i t sas u f f i c i e n tc o n d i t i o nt oc r e a t ea m u l t i h o o pn e t w o r kb ys e l f - o r g a n i z e dn o d e s c o v e r a g em e a n st h a to v e r a l ls u p e r v i s i o n a r e as h o u l db ec o v e r e db yd e p l o y i n ga l ln o d e sw i t h i nt h en e t w o r k ，i no r d e rt oc o l l e c ta l l i n f o r m a t i o n c o v e r a g ei s s u en o to n l yd e c i d e sw h e t h e raw s n c a nw o r ke f f e c t i v e l yo r n o t ，b u ta l s oc o m e st oad e c i s i o no nf u n c t i o n ，e x i s t e n c et i m eo ft h en e t w o r kt oal a r g e e x t e n t ，w h i c hi sab a s i c i s s u ei nt h ew s n i nt h ew s n ，t h en o d ed e p l o ym o d ei n f l u e n c e dt h ef u n c t i o na n dt h ee f f i c i e n c yo f w s nt oal a r g ee x t e n t a sw s n d e p l o y sag r e a td e a lo fr e d u n d a n c yn o d et oc a r r yo u t t h ec o m p r e h e n s i v ec o v e r a g eo ft h en e t w o r k ，f o rt h es a k eo f e n e r g ys a v i n g ，i t sak i n do f e f f e c t i v em o d eb ya d o p t i n gd y n a m i cr e s t i t u t i o no fn o d ew o r k i n gs t a t u s m o s tr e s e a r c h o nc o v e r a g ei s s u eo fw s na i m sa t i s o m o r p h i cn o d e s ，h o w e v e r ，w h i c hg i v e sl i t t l e a t t e n t i o no nh e t e r o g e n e o u sn o d e s t h e r eh a v e n tb e e ne f f e c t i v es o l u t i o n su pt on o w i t s ar e l e v a n te f f i c i e n ta n dp r a c t i c a lm o d eb ya d o p t i n gp r o b a b i l i t yc o v e r a g em o d e li nt h e r e s e a r c ho nc o v e r a g ei s s u eo fw s n ，w h i c hc a no b t a i nm o r ea c c u r a t ed a t a b a s e do n a n a l y s i so fe n e r g yc o n s u m p t i o nr a t i om o d e l ，t h i st h e s i sd e s i g n s p a r t i c i p a t i o nd e g r e ec o v e r a g ec o n t r o lm o d e la n ds e t t l e st h ec o v e r a g ei s s u eo f h e t e r o g e n e o u ss e n s o rn e t w o r ki nab e t t e rw a y , w i t ht h ec o m b i n a t i o no fn o d ep r o b a b i l i t y c o v e r a g em o d e l h s p ca l g o r i t h mh a sb e e np r o p o s e do nt h eb a s i so fp a r t i c i p a t i o nd e g r e e c o v e r a g em o d e l ，w h i c hi sa ne f f e c t i v ei m p r o v e m e n tc o m p a r e dw i t he a c c pa l g o r i t h m w i t ha n a l y s i so fa l g o r i t h md e s i g np r i n c i p l e ，r e s e a r c hp u r p o s ea n dm e t h o d ，t h es p e c i f i c a l g o r i t h md e s c r i p t i o na n da l g o r i t h mf l o wc h a r th a v eb e e ng i v e ni nt h i st h e s i s e x p e r i m e n t a le m u l a t i o no ft h ea l g o r i t h m h a sb e e nc a m e do u t b yo m n e t + + e x p e r i m e n t a li n s t r u m e n t 1 i f e t i m e p a r t i c i p a t i o nd e g r e em o d e li sm o r es u i t a b l ef o rt h e s t u d yo nh e t e r o g e n e o u ss e n s o rn e t w o r k ，a si tn o to n l yc o n s i d e r se n e r g yc o n s u m p t i o n r a t eb e t w e e nn o d ei n s t a n te n e r g ya n di n i t i a le n e r g y ，b u ta l s oc o n s i d e r st h ep h y s i c a l c h a r a c t e ro fh e t e r o g e n e o u sn o d e sa n dn o d ec o v e r a g ep r o b a b i l i t y p a r t i c i p a t i o nd e g r e e m o d e li sm o r ee f f i c i e n tt h a ne n e r g yc o n s u m p t i o nr a t em o d e la c c o r d i n gt oe x p e r i m e n t a l d a t a t h et h e o r e t i cv a l u eo ft h i st h e s i si sf u l l yo b s e r v e da sh s p ca l g o r i t h mi sm o r e i i 一时 “ 氐 早在上世纪7 0 年代，就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制 器而构成传感器网络雏形，我们称之为第一代传感器网络。随着相关学科的不断 发展和进步，传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力，并通 过与传感控制器的相联，组成了有信息综合和处理能力的传感器网络，我们称之 为第二代传感器网络。而从上世纪末开始，现场总线技术开始应用于传感器网络， 人们用其组建智能化传感器网络，大量多功能传感器被运用，并使用无线技术连 接，无线传感器网络逐渐形成【2 】。作为新一代传感器网络的无线传感器网络可实现 数据的采集量化、处理、融合和传输应用，其发展和应用将会给人类的生活和生 产的各个领域带来深远影响。它不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领 域具有巨大的应用价值，而且在未来还将在许多新兴领域体现其优越性，如家用、 保健、交通等领域。 无线传感器网络因其巨大的应用价值，已经引起了世界许多国家军事部门、 商业界和学术界的极大关注。美国自然科学基金委员会在2 0 0 3 年制定了无线传感 器网络研究计划，投资3 千4 0 0 万美元，支持相关基础理论和项目的研究；美国国 防部和各军事部门都对无线传感器网络给予了高度重视，把无线传感器网络作为 一个重要研究领域，提出了c 4 i s r t ( c o m m a n d ，c o n t r o l ，c o m m u n i c a t i o n ，c o m p u t i n g ， i n t e l l i g e n c e ，s u r v e i l l a n c e ，r e c o n n a i s s a n c ea n dt a r g e t i n g ) 计划，强调战场情报的感知 能力、信息的综合能力和信息的利用能力。英特尔、微软等信息工业界巨头也开 始了无线传感器网络方面的研究，纷纷设立了相应的研究计划和项目。日本、英 国、意大利、巴西等国家也对无线传感器网络表现出了极大的兴趣，纷纷展开了 对该领域的研究工作。虽然，国外从2 0 0 0 年以前就开始对无线传感器网络展开研 究，但这些研究还与实际应用相差甚远。国内近几年才出现一些相关报道。总体 怕l 艉 山东大学硕士学位论文 而言，我国在无线传感器网络方面的研究工作还很少，但国内与国际水平的差距 并不大，及时开展这项对人类未来生活影响深远的前沿技术的研究，对整个国家 的政治、经济和国防战略将有重大的意义。 无线传感器网络涉及的技术较多，需要研究的问题也很多，能量消耗问题便 。 是其中主要的问题之一。由于在无线传感器网络中，通常要求网络的生存时间长 达数月甚至数年，而传感器节点通常采用微型电池供电，电池提供的能量十分有 限；加之，传感器节点通常被部署在无人值守的环境【2 】下而不能持续充电，且对于 拥有成千上万的这种传感器节点【3 】的无线传感器网络来说，对电池的替换更是任务 艰巨甚至是不可能；另外，电池技术在近些年来也没有大的突破 4 1 。因此，为了延 长无线传感器网络的生存时间，研究开发降低传感器节点的能量消耗的技术是无 线传感器网络中的核心问题【5 】，也是当前国内外研究机构关注的焦点。过去的研究 大多集中在硬件级别上的节能，如在c p u 、内存和硬盘设计上考虑节能【6 】。近年 来人们渐渐意识到借助通信协议或者算法来实现节能的必要性。研究能量高效 ( e n e r g ye f f i c i e n t ) 的通信协议或者算法，以达到延长网络生存时间的目的，已经 成为无线传感器网络研究中的热点。本课题就是围绕着设计能量高效的协议或者 算法这一主题展开研究和探讨的。 1 2 国内外研究现状 无线传感器网络的研究起始于2 0 世纪9 0 年代末期。由于无线传感器网络的巨 大应用价值，它已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的极大关 注。从2 0 0 0 年起，国际上开始出现一些有一关传感器网络研究结果的报道，美国 自然科学基金委员会在2 0 0 3 年制定了传感器网络研究计划，支持相关基础理论的 研究。美国国防部和各军事部门都对传感器网络给予了高度重视，把传感器网络 作为一个重要研究领域，设立了一系列的军事传感器网络研究项日。美国i n t e l 公司、 m i c r o s o f t 公司等信息业巨头也开始了传感器网络方面的研究工作。日本j 德国、 英国、意大利等科技发达国家也对无线传感器网络表现出了极大的兴趣，纷纷展 开了该领域的研究工作。但是， 目前大部分的研究尚处于起步阶段，少数投入实 用的商业产品距离实际需求还相差甚远。我国在传感器网络方面的研究工作还很 少，目前，国内一些高等院校与研究机构己积极开展无线传感器网络的相关研究 2 -心 “ 吼 ，一 l 俄 山东大学硕士学位论文 工作阴，主要有清华大学、中科院软件所、浙江大学、哈尔滨工业大学、中科院 自动化所等。 在传感器网络研究的初期阶段，主要是研究多路通信技术，最近几年研究开 始细化，发表了大量最能体现传感器和网络技术特色的研究论文。现在的研究领 域，主要包括：应用、系统、网络，其中应用领域包括：医疗、地理气象、军事、 生态观测、办公自动化、家居管理：系统领域包括：节点位置确定、节点功能训练、 同步、电源管理、参数校正、节点最佳配置、自动构成、曝光；网络领域包括：路径 选择、数据传输、数据收集压缩、传输速率控制、通信方式及协议、网络安全。 1 2 1 应用研究 在应用领域，关键是军事应用、环境应用和医疗应用。 1 军事应用 传感器网络的相关研究最早起源于军事领域。在军事应用领域中，传感器网 络将会成为c a i s r t ( c o m m a n d ，c o n t r o l ，c o m m u n i c a t i o n ，c o m p u t i n g ，i n t e l l i g e n c e ， s u r v e i l l a n c ，r e c o n n a i s s a n c ea n dt a r g e t i n g ) 系统的一个不可或缺的组成部分。c 4 i s r t 系统的主要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，该系统受 到了军事发达国家的普遍重视【8 1 。由于传感器网络是r h l 氐成本、密集型、随机分布 的传感器节点组成的，该网络的自组织性和强容错能力使其不会因为某些节点的 瘫痪而导致整个系统的崩溃。在现代传感器网络应用中，通过飞机撒播、特种炮 弹发射等手段，可以将大量传感器密集地撒布于人员所不便到达的观察区域( 如敌 方阵地内) ，收集有价值的数据；在部分传感器失效时，传感器网络作为整体仍能 完成观察任务。这使传感器网络非常适合于恶劣的战场环境中。传感器网络在该 领域的应用包括监控我军兵力，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，侦察和探测核，生物和化学的攻击等等。美国研究了用于潜艇的 传感器网络o d a s 系统，它是世界上最大的使用a t m - - s o n e t 技术的分布式传感 器网络，安装了包括加速度计和水听器等5 0 0 多个传感器。该系统最多可在艇体上 安装4 3 0 0 个传感器。 2 环境应用 3 山东大学硕士学位论文 随着当今国际社会对于环境的日益关注，传感器网络应用于环境科学研究过 程中的优点必将会吸引人们的研究兴趣，比如部署简单、布置密集、低成本、长 期不需要更换电池、不需要现场维护等。这为环境监测与研究提供了一种崭新的 途径。传感器网络在环境监测与研究领域中的应用实例有：观测气象、海洋、大 气、土壤成分和森林火警等；观测候鸟和昆虫的生活规律，研究环境变化和农作 物生长的关系。比如：通过在农田部署一定密度的用于观测空气温度、土壤湿度、 土壤肥料含量、土壤的酸碱度、光照强度、风速等各类传感器，实现农田管理微 观调控，促进农作物生长。a l e r t 系统包含多种传感器，监测降雨量、河水水位 和土壤水分，进行山洪爆发的可能性预测。传感器用于生态环境检测的例子有位 于美国缅因州大鸭岛( g r e a td u c ki s l a n d ) 的观测海鸟巢系统该系统中用了3 2 个 m i a 节点组成传感器网络，其中9 个位于地下。 3 医疗应用 生物医学是传感器网络的重要应用领域，例如，可以将微型传感器植人人体 内部，用于人工视网膜、血糖检测、内脏功能监测、癌症检测等。与其他应用领 域相比，对医用传感器网络还有一些特殊要求，包括低功耗、连续工作、无害、 安全、无生物体排斥等。还要考虑的一个问题是微波对人体的影响，传感器发出 的微波信号会被人体组织吸收，引起发热。为了减小吸收，可以采用较低的频率， 但是这样又增加了天线的尺寸。医用传感器网络为了降低功耗，不使用容易发生 冲突的c s m a c a 协议，普遍使用t d m a 协议。总之，在医用领域传感器网络前 景良好，但是要实现临床应用还有一定的距离 9 1 。 传感器网络所具备的自组织、微型化和对周围区域的感知能力等特点决定了 它在医疗领域有着广阔的应用前景，形成各种医疗传感器网络。比如：s s i m ( s m a r t s e n s o r sa n di n t e g r a t e dm i c r o s y s t e m s ) 项目中，1 0 0 个微型传感器被植入病人眼中，从 而帮助盲人获得了一定程度的视觉。如果在住院病人身上安装特殊用途的传感器 节点，如血压、脉搏、体温等微型无线传感器，利用传感器网络，远端医生就可 以随时了解被监护病人的病情，进行及时处理。在药物管理、实现智能家居等诸 多方面，它也有新颖而独特的应用总之，传感器网络为未来的远程医疗提供了更 加方便、快捷的技术实现手段。 4 心 i 小 “ 、，一 t 氏 1 2 2 系统研究 在系统级的研 主位置测定方案， 传感器测试结果的 态的机理、及时发 1 位置测定 加州大学的a s a v v i d e s 等人介绍了一个位置测定系统的方案，误差数十厘米， 可在室内外通用，对环境及设施没有什么特殊要求。系统指定几个传感器节点作 为位置基准，通过测量某被测量的传感器与周围位置基准传感器的距离，经过计 算，就可以得到该传感器的位置。确定了位置的传感器可以作为新的位置标准， 这样就可以得到传感器网络中所有传感器的位置。该作者在另外的文章中提出了 以完全分散型计算a d h o c 构成的传感器网络位置的算法。首先做一个共有化 ( c o l a b o r a t i v e ) 子树，在这个子树中，任何一个传感器都必须和3 个以上的位置参 考节点相邻。位于位置参考节点的传感器必须具有位置坐标的唯一解，所有位置 参考点不允许在一条直线上，任何传感器必须拥有一个以上的不与其它传感器共 有的参考点。在满足上述条件的子树中，测定某节点与位置参考点之间的距离， 推定节点本身的位置，再用最小二乘法改进计算精确结果，就获得了各个传感器 的位置。 2 同步 同步在由许多节点构成的传感器网络中很重要，是网络可靠准确工作的基本 条件，不仅通信协议和应用要求各节点间保持同步，节点的休眠、激活也要求时 钟同步以保证传感器节点相互协调配合在传感器网络中常用的n t p ( n e t w o r kt i m e p r o t o c 0 1 ) 等同步机构具有一定的局限性。因为n t p 机构需要足够的c p u 资源与较高 的网络连通性，可是在通常的传感器网络中为了追求低功耗，往往不具备这个条 件。传感器网络多数阵t a d n o c 构成，不是静态工作而是动态链接，这些情况导致现 在的传感器网络的同步机构运行不可靠。对此一些研究者提出了若干个适合于传 感器网络的同步机构，由于要在成本和精度等方面需要折中，所以很难找到万全 的机构，只能根据应用的要求，选择满足优先考虑的特性。有的方案是不用全系 统通用的时间表，而是只考虑局部的临近节点的时钟比较；有的方案不采用事先 山东大学硕士学位论文 的同步，而是随时同步的机构；有的方案牺牲n t p 同步方式通用性，针对应用只求 满足特殊性。还有一种同步方案是利用在r b s ( r e f e r e n c e - - b r o a d c a s ts y n c h r o n i z a t i o n ) 物理层的数据广播传输方法。它比通常的n t p 精度高，并且也不必修正与物理层邻 近的m a c 层数据，适合各种通信设备。r b s 向参考点发送数据，参考点接收到数 据的时刻作为时标，发给接收数据的所有节点以获得同步。在安装b e n e l e ym o t e ， i e e e 8 0 2 1 规格无线接口的c o m p a q ip a q 的系统上实际运行结果表明，同步精度高 于n t p 。 3 校正 传感器网络中包含数量巨大的传感器，逐个校正的微校正( m i c r oc a l i b r a t i o n l 方法实行起来非常困难，为解决这个困难，提出t 宏校t ( m a c r oc a l i b r a t i o n ) 的方案， 它不逐个校正个别传感器而是综合评