一种WSN的传感器管理结构及仿真分析
一种改进的室内wsn仿真模型
文章编号 ：０ ６ ９ ４ （０ ２ ０ — １６ ０ １０ — ３ ８ ２ １ ） ５ ０ ３ — ４
计
算
机
仿
真
２２ 月 ０ 年５ １
一
种 改 进 的 室 内 ｗ ｎ仿 真 模 型 ｓ
李 晓卉 ， 方康玲 ， 何 坚
（ 武汉科技大学信息科学与工程学院 ． 湖北 武汉 ４ ０ ８ ） ３０ １
摘要 ： 针对室 内无线传播模型具有多径传播效应的特性 和无线传感器 网络协议栈 的特 点 ， 出了一种 改进 的室 内无线传 感 提 器网络仿 真方法。方法使 用阴影模 型模 拟室 内无线传播模 型的多径传播效应 ， 结合常用 的无线传感器网络节点 芯片 的性 能 参数预测出无线信号在室 内的实际传 输距离 ， 在 Ｎ ２中以该 无线信 道模 型为基础 ， 并 Ｓ 以无线传感器 网络协议栈为标准 ， 立 建 了一个改进 的室 内无线传感器网络仿 真模型。仿真模 型的测试结果表 明该 模型在数据 包投递率及 网络剩余能量 的 比率 上
与实际室 内无线传感器网络的性能相似。证明建立的模型能为室内无线传 感器 网络的实际布 网和应用提供可靠 的依据 。
关键词 ： 网络仿真 ； 无线传感器网络 ； 模型 阴影
中图 分 类 号 ：Ｐ ９ ． Ｔ ３ １９ 文献 标 识 码 ： Ａ
Ｉ ｐ ｏ ｅ ｎ ｏ ｉ ｅｅ ｓＳｅ ｓ ｒ Ｎｅ ｗｏ ｋ ｉ ｕｌｔｏ Ｍ ｏ ｅ ｍ ｒ ｖ ｄ Ｉ ｄｏ ｒ Ｗ ｒ ｌｓ ｎ ｏ ｔ ｒ ｓ Ｓ ｍ ａ ｉｎ ｄ ｌ
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WSNs路由协议分析与仿真
凭借在性能方面良好的路由协议，今后无线传感器网络可以应用的领域也十分的宽广。如果将其应用在环境检测方面，利用具有生物化学特性的传感器网络就可以解决对河道的水文水质的情况、水灾预警的检测、野生动植物栖息地生态环境的检测以及森林火情的监控；如果将其应用在军事领域，使用具有声音和压力等特性的传感器就可以探测出敌军的动向，人员以及车辆行动等各方面信息，从而可以获得最新的军情，还可以对战场进行实时的监督和对战场做出损失的评估等；如果将其应用在医学领域方面，我们可以利用无线传感器实施对病人和老人的身体情况的监控，例如可以通过检测获得病人和老人的脉搏、血糖、血压等数据，在发现异常情况时，医生对患者也可以进行及时的抢救。
本文阐述了无线传感器网络的概念、体系结构、节点结构、协议栈以及关键技术等相关内容；将一些典型的路由协议进行了分析和比较；在此基础上深入分析了LEACH协议，通过分析发现，在随机选择簇头的方案上，LEACH 协议存在以下问题：（1）簇头节点分布不均匀；（2）簇的大小相差较大；（3）能量低的节点可能被选作簇头；（4）簇数目不能保证为最优值。这些问题都会影响网络寿命。
无线传感器网络(WSN)的技术与应用
无线传感器网络（WSN）的技术与应用无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是一种由若干个无线传感器节点构成的网络。
每个传感器节点都具有感知、处理和通信功能，能够通过无线信号进行数据的传输和交流。
WSN技术在近年来得到了广泛的应用和研究，其在环境监测、智能家居、农业、工业控制等领域具有重要的意义。
一、WSN技术的基本原理和特点WSN技术的核心是无线传感器节点，它是由微处理器、传感器、无线通信模块和能量供应装置等组成。
传感器节点可以感知周围环境的不同参数，例如温度、湿度、光照强度等，并将这些数据进行处理和存储。
节点之间通过无线通信进行数据的传输，形成一个自组织的网络结构。
WSN具有以下几个主要特点：1. 无线通信：WSN采用无线通信方式，节点之间可以通过无线信号传输数据，不受布线限制，能够灵活部署在不同的环境中。
2. 自组织性：WSN的节点具有自组织能力，可以根据网络拓扑结构和节点的状态进行自动组网，形成一个动态的网络结构。
3. 分布式处理：WSN中的每个节点都具有数据处理和存储的能力，可以进行分布式的数据处理，实现网络的协同工作。
4. 能量有限：WSN中的节点能量有限，需要通过能量管理或是能量收集技术来延长节点的寿命。
二、WSN的应用领域与案例分析1. 环境监测：WSN可以用于环境参数的实时监测和采集。
例如，在自然灾害预警系统中，通过部署大量的传感器节点，可以实时监测地震、洪水等灾害情况，为应急救援提供及时的信息。
2. 智能家居：WSN可以实现智能家居的自动化控制。
通过部署传感器节点，可以实时感知室内温度、湿度等信息，并进行智能控制，实现温度调节、灯光控制等功能。
3. 农业领域：WSN可以用于农业生产的智能化管理。
通过在农田、温室等地部署传感器节点，可以实时监测土壤湿度、温度等参数，并为农民提供农作物的生长状态和病虫害预警等信息。
4. 工业控制：WSN可以应用于工业生产过程的实时监测和控制。
无线传感器网络(WSN)的特点与应用
无线传感器网络（WSN）的特点与应用无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是一种由大量的分布式无线传感器节点组成的网络系统。
每个节点都具备感知、处理、存储和通信等能力，用于采集、传输和处理环境中的各种信息。
WSN的特点及其广泛应用使其成为了当代信息技术领域的研究热点。
一、特点1. 分布式自组织：WSN中的节点可以自组织地构建网络，无需人工干预。
节点通过相互通信和协调来共同完成任务，具备较强的自适应性和冗余容错能力。
2. 节点资源受限：WSN中的节点通常具备较小的计算、存储和能量资源。
为了降低成本和延长网络寿命，节点的硬件资源通常被设计为低功耗、低成本的微型设备。
3. 多传感器融合：WSN中的节点通常配备多种类型的传感器，如温度、湿度、光线、声音等。
通过对不同传感器数据的融合分析，可以提供更全面和准确的环境监测和信息获取。
4. 无线通信：WSN中的节点通过无线通信方式进行数据传输和网络连接。
无线通信不受地理位置限制，节点之间可以自由通信，提供了较大范围的网络覆盖。
二、应用1. 环境监测与物联网：WSN可以应用于环境监测领域，如气象、水质、土壤等。
通过部署大量节点，能够实时、精确地获取环境参数，为环境保护和资源管理提供科学依据。
2. 智能交通系统：WSN可用于智能交通系统中，通过节点部署在道路、交叉口等位置，实现车流量、车速等交通信息的实时监测和分析，并通过数据传输实现交通信号的智能控制。
3. 农业生产与精准农业：WSN可以用于农业领域，通过节点在田地中的布置，实时监测农田土壤湿度、温度以及农作物的生长情况，提供数据支持，实现农业生产的科学化和精细化管理。
4. 工业自动化与智能制造：WSN在工业自动化中的应用十分广泛，例如在工厂生产线上布置节点进行生产过程监控、设备状态检测和故障预警等，提高生产效率和质量。
5. 灾害监测与救援：WSN可以用于灾害监测和救援领域，如地震、火灾、洪水等。
无线传感器网络(WSN)在各个领域的应用分析
无线传感器网络(WSN)在各个领域的应用分析科技发展的脚步越来越快，人类已经置身于信息时代。
而作为信息获取最重要和最基本的技术——传感器技术，也得到了极大的发展。
传感器信息获取技术已经从过去的单一化渐渐向集成化、微型化和网络化方向发展，并将会带来一场信息革命。
传感器节点可以连续不断地进行数据采集、事件检测、事件标识、位置监测和节点控制，传感器节点的这些特性和无线连接方式使得无线传感器网络的应用前景非常广阔，几乎涉及到社会经济活动中的各个领域。
(1)军事领域的应用在军事领域，由于WSN具有密集型、随机分布的特点，使其非常适合应用于恶劣的战场环境。
利用WSN 能够实现监测敌军区域内的兵力和装备、实时监视战场状况、定位目标、监测核攻击或者生物化学攻击等。
(2)辅助农业生产WSN特别适用于以下方面的生产和科学研究。
例如，大棚种植室内及土壤的温度、湿度、光照监测、珍贵经济作物生长规律分析与测量、葡萄优质育种和生产等，可为农村发展与农民增收带来极大的帮助。
采用WSN 建设农业环境自动监测系统，用一套网络设备完成风、光、水、电、热和农药等的数据采集和环境控制，可有效提高农业集约化生产程度，提高农业生产种植的科学性。
(3)在生态环境监测和预报中的应用在环境监测和预报方面，无线传感器网络可用于监视农作物灌溉情况、土壤空气情况、家畜和家禽的环境和迁移状况、无线土壤生态学、大面积的地表监测等，可用于行星探测、气象和地理研究、洪水监测等。
基于无线传感器网络，可以通过数种传感器来监测降雨量、河水水位和土壤水分，并依此预测山洪爆发描述生态多样性，从而进行动物栖息地生态监测。
还可以通过跟踪鸟类、小型动物和昆虫进行种群复杂度的研究等。
随着人们对环境的日益关注，环境科学所涉及的范围越来越广泛。
通过传统方式采集原始数据是一件困难的工作。
无线传感器网络为野外随机性的研究数据获取提供了方便，特别是如下几方面：将几百万个传感器散布于森林中，能够为森林火灾地点的判定提供最快的信息;传感器网络能提供遭受化学污染的位置及测定化学污染源，不需要人工冒险进入受污染区;判定降雨情况，为防洪抗旱提供准确信息;实时监测空气污染、水污染以及土壤污染;监测海洋、大气和土壤的成分。
无线传感器网络的自组织与分簇控制方法
无线传感器网络的自组织与分簇控制方法无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是一种由大量分布在空间中的无线传感器节点组成的网络系统。
它具有自组织、自适应和自修复等特点，广泛应用于环境监测、智能交通、农业控制等领域。
在WSN中，节点之间的通信和协调是实现网络功能的关键。
自组织是WSN中的一个重要特性，指的是节点之间通过无线通信自动形成网络拓扑结构。
自组织能够提高网络的可靠性和适应性，降低网络部署和维护的成本。
在WSN中，自组织通常通过分簇控制方法实现。
分簇控制是WSN中的一种重要机制，它将节点分为若干个簇（Cluster），每个簇由一个簇头节点（Cluster Head）负责管理。
分簇控制可以提高网络的能效和可扩展性，减少网络中的冲突和能量消耗。
下面将介绍几种常见的分簇控制方法。
一种常用的分簇控制方法是基于距离的分簇（Distance-based Clustering）。
该方法根据节点之间的距离将节点划分为不同的簇。
具体来说，节点选择离自己最近的簇头节点作为自己所属的簇。
该方法简单有效，但容易导致簇头节点负载不均衡的问题。
为了解决负载不均衡的问题，一种改进的方法是基于能量的分簇（Energy-based Clustering）。
该方法根据节点的能量水平将节点划分为不同的簇。
具体来说，能量较高的节点更有可能成为簇头节点。
该方法能够均衡地分配节点的能量负载，延长网络的寿命。
除了距离和能量，节点的位置信息也可以用于分簇控制。
一种基于位置的分簇方法是基于虚拟网格的分簇（Grid-based Clustering）。
该方法将网络空间划分为若干个虚拟网格，每个网格由一个簇头节点负责管理。
节点选择离自己所在网格中心最近的簇头节点作为自己所属的簇。
该方法能够减少节点之间的通信开销，提高网络的效率。
另一种基于位置的分簇方法是基于分布的分簇（Distribution-based Clustering）。
掌握无线传感器网络的组网和数据处理
掌握无线传感器网络的组网和数据处理无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种由大量分布在空间中的传感器节点组成的网络系统，广泛应用于环境监测、农业、物流、智能交通等领域。
要想充分发挥无线传感器网络的作用，掌握组网和数据处理是至关重要的。
本文将详细介绍无线传感器网络的组网和数据处理的步骤和技术。
一、无线传感器网络的组网步骤：1. 确定网络拓扑结构：根据实际应用需求和场景特点，确定无线传感器网络的拓扑结构，如星型、网状、树状等。
其中，星型结构适用于中心控制的应用，网状结构适用于分散式控制的应用，而树状结构适用于级联传输的应用。
2. 节点选择与部署：根据实际应用需求，选择合适的传感器节点，并合理地部署在监测区域内。
节点的部署需要考虑到节点之间的通信距离、覆盖范围、电源供应等因素，以保证整个网络的覆盖效果和可靠性。
3. 网络连接与设置：通过适当的网络连接方式（如无线、有线等），将传感器节点连接到网络主节点或网关节点上。
在网络设置方面，需要为传感器节点分配合适的网络地址，并配置节点之间的通信协议，确保数据的可靠传输。
4. 网络通信协议的选择与配置：根据实际应用需求和拓扑结构，选择适用的网络通信协议，如IEEE 802.15.4、ZigBee等。
然后，根据协议的要求进行节点的配置，包括节点的数据传输速率、射频功率、射频通道等参数的设置。
5. 网络性能测试与调优：在完成网络搭建后，需要进行性能测试与调优，包括信号强度测试、传输距离测试、网络拓扑可靠性测试等。
通过测试结果，及时调整节点的位置、参数设置等，以提高网络的性能和可靠性。
二、无线传感器网络的数据处理步骤：1. 传感器数据采集：无线传感器网络通过传感器节点实时采集环境中的各种数据，如温度、湿度、光照等。
传感器节点将采集到的数据转化为数字信号，并通过网络传输到数据处理节点。
2. 数据预处理：在接收到传感器数据后，首先进行数据预处理，包括数据去噪、数据插补、数据滤波等操作。
WSN无线传感网络工作组架构设计分析
WSN无线传感网络工作组架构设计分析无线传感网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是由大量分散部署的无线传感器节点组成的网络。
这些传感器节点能够感知环境中的各种信息，如温度、湿度、压力等，并将这些信息通过无线方式传输到目标位置。
WSN广泛应用于农业、环境监测、智能交通等领域，其工作组架构设计分析至关重要。
一、WSN架构概述WSN的工作组架构设计分析主要包括两个方面：传感器节点的组织结构和通信网络结构。
传感器节点的组织结构包括节点类型和节点拓扑结构，通信网络结构包括网络拓扑结构和路由协议设计。
1. 传感器节点组织结构传感器节点可以分为三种类型：传感器节点、中继节点和基站节点。
传感器节点是WSN中的主要组成部分，负责感知环境信息并将其传输给中继节点或基站节点。
中继节点用于接收来自传感器节点的数据，并将其转发给其他中继节点或基站节点。
基站节点是整个WSN的中心控制节点，负责接收来自传感器节点或中继节点的数据，并进行处理和分析。
在传感器节点的拓扑结构方面，根据需求可以采用星型、树形、网状等不同结构。
星型结构简单明了，适用于数据传输量小的场景。
树形结构适用于分散式数据采集，能够有效减少数据传输量。
网状结构适用于大规模WSN，能够提供更高的网络容错性和可扩展性。
2. 通信网络结构WSN通信网络的拓扑结构是决定其性能和可靠性的关键因素之一。
常见的通信网络拓扑结构包括星型结构、网状结构、混合结构等。
星型结构中的传感器节点直接与基站节点相连，数据传输简单高效，但对传感器节点间的通信延迟较大。
网状结构各个节点之间相互连接，数据传输路径多样化，能够提供更好的网络容错性和可扩展性。
混合结构综合了星型结构和网状结构的优点，可根据需求动态选择拓扑结构。
在路由协议设计方面，WSN通常采用分层路由协议。
分层路由协议将整个网络划分为多个层次，每个层次负责不同的功能。
常用的分层路由协议包括LEACH、TEEN、APTEEN等。
无线传感器网络(WSN) 研究与开发
沈建华Jhshen@华东师范大学计算机系2006-07-01无线传感器网络(WSN)研究与开发无为科技——无为科技——一、无线技术及其特征二、无线传感器网络三、ZIGBEE与WSN四、nesC和TinyOS五、WSN研究与开发无为科技——几种无线技术的特征¾Wireless Sensor NetworksWSN （802.15.4）¾Bluetooth （802.15.1）¾WiFi （802.11）¾GPRS/GSM/CDMA¾简单RF无为科技——无为科技——无为科技—— GPRSGPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的简称，是一种以全球手机系统（GSM）为基础的数据传输技术。
然而，它突破了GSM网只能提供电路交换的思维方式，实现了分组交换，从而得到了相当可观的用户数据率。
图1 GPRS 网络无为科技——蓝牙蓝牙（Bluetooth）技术，实际上是一种短程(2.4GHz)无线技术，用于简化网络设备之间以及设备与互联网之间的通信及数据同步。
由于蓝牙不是为传输大流量负载而设计的，因此并不适于替代LAN或WAN。
蓝牙技术的标准为IEEE 802.15。
无为科技——WiFi全称Wireless Fidelity，即无线保真，与蓝牙技术一样，同短距离无线技术。
它使用开放的2.4GHZ直接序列扩频，优点在于数据传输速率高，无线电波的覆盖范围广。
其技术标准为IEEE802. 11b。
无为科技——WiMax全称为Worldwide Interoperability for Microwave Access,即全球微波互联接入。
是一项新兴的宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速连接，数据传输距离最远可达几十公里。
WiMax技术起点较高，采用了代表未来通信技术发展方向OFDM/OFDMA、AAS、MIMO等先进技术。
无线传感器网络(WSN)
无线传感器网络（WSN）摘要：无限传感器是一种以通信为中心无线网络。
通过使用无线传感器网络人们可以实现信息的快递、大范围、自动化的采集和传输。
它可以广泛的应用于国防军事、环境监测、物流领域、高效农业、智能交通、医疗保健、制造业等领域。
关键词：1.无线传感器网络的简介随着传感器技术、嵌入式计算技术、通信技术和半导体与微机电系统制造技术的飞速发展，具有感知、计算存储和通信能力的微型传感器应用于军事、工业、农业和宇航各领域。
无线网络传感器是集传感器执行器、控制器和通信装置于一体，集传感与驱动控制能力、计算能力、通信能力于一身的资源（计算、存储和能源）受限的嵌入式设备。
由这些微型传感器构成的无线传感器网络能够实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种监测对象信息，并对这些信息进行处理，传送给需要这些信息的用户。
无线传感器网络（WSN）是由大量的具有通信和计算能力的微笑传感器节点，以无线的方式连接构成的自治测控网络。
一种普遍被接受的无线传感器网络的定义为：大规模、无线、自组织、多跳、无分区、无基础设施支持的网络，其中节点是同构的，成本较低、体积较小，大部分节点不移动，被随意散布在工作区域，要求网络系统有尽可能长的工作时间。
一个典型的无线传感器网络的系统架构包括分布式无线传感器节点（群）、接受发送器汇聚节点、互联网或通信卫星和任务管理节点等。
无线传感器具有价格低廉、体积小、组网方便、灵活等特点。
从21世纪开始，无线传感器网络成为多学科交叉前沿研究热点，引起了世界各国的极大关注。
WSN由具有传感器模块、数据处理模块、交换路由模块和无线通信模块等大量传感器节点，通过交换传输组成多跳的自组织、自学习无线通信网络系统，把感知对象的信息发送给控制着。
WSN已成为一种全新的信息获取、处理、传输和控制系统，并在军事、工业、商业、医疗、灾害预报等领域有着广阔应用前景。
WSN经历了从智能传感器、无线智能传感器到无线传感器网络的3个发展阶段。
无线传感器网络的网络拓扑结构分析
无线传感器网络的网络拓扑结构分析无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量分布在空间中的无线传感器节点组成的一种自组织、自适应的网络系统。
这些节点通过无线通信技术进行信息的采集、传输和处理，广泛应用于环境监测、智能交通、农业、医疗等领域。
而网络的拓扑结构对于无线传感器网络的性能和可靠性具有重要影响，因此对其进行分析和研究具有重要意义。
一、平面拓扑结构平面拓扑结构是指无线传感器网络中节点在二维平面上的分布方式。
常见的平面拓扑结构有：规则网络、随机网络和混合网络。
规则网络是指节点按照规则的方式在平面上分布，节点之间的距离相等或者相差较小。
这种结构具有良好的对称性和均匀性，易于维护和管理，但是对于节点密度变化较大的场景不适用。
随机网络是指节点在平面上随机分布，节点之间的距离没有规律可循。
这种结构具有较好的灵活性和扩展性，适用于节点密度变化较大的场景，但是由于节点之间的距离没有规律，容易导致网络中存在大量冗余和死区。
混合网络是指规则网络和随机网络的结合，通过合理的规划和设计，使得网络在保持规则性的同时具备一定的随机性。
这种结构综合了规则网络和随机网络的优点，能够在保证网络性能的同时满足节点密度变化的需求。
二、层次拓扑结构层次拓扑结构是指无线传感器网络中节点按照层次结构进行组织和管理的方式。
常见的层次拓扑结构有：星型网络、树型网络和网状网络。
星型网络是指所有的节点都直接连接到一个中心节点，中心节点负责协调和管理整个网络。
这种结构具有简单、易于实现的特点，但是中心节点成为了网络的单点故障，一旦中心节点发生故障，整个网络将无法正常工作。
树型网络是指节点按照树形结构进行组织，每个节点都有一个父节点和若干个子节点。
这种结构具有较好的可靠性和扩展性，节点之间的通信通过父子节点之间的传输实现，但是节点之间的通信距离较远，会导致能量消耗较大。
网状网络是指节点之间相互连接，没有中心节点的限制。
无线传感器网络的原理及其应用
无线传感器网络的原理及其应用随着信息化技术的不断发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）逐渐成为人们关注的热点技术，其在农业、环境监测等领域的应用越来越广泛。
本文将从基本原理、节点构成、网络通信、能量管理以及应用场景等方面，对无线传感器网络的原理及其应用进行探讨。
一、基本原理无线传感器网络是由多个传感器节点组成的自组织分布式网络，其目的是通过对物理世界的感知和数据处理，实现对环境的监测、控制和管理。
传感器节点是指具有传感、处理、存储、通信和能量供应等功能的微型计算机系统，它通过无线信道与周围环境交互。
基本的无线传感器网络结构图如下：由图可知，传感器节点由传感器、处理器、存储器、收发器、电源和封装等部分组成，具有自组织、自适应、自愈等特性，形成一个无中心化的虚拟网络。
整个网络由多个节点分布组成，节点之间通过无线电波进行通信，实现数据传输。
二、节点构成一个完整的传感器节点一般包括以下几个部分：1. 传感器：负责采集环境数据，如温度、湿度、气压、光强度、声音等信号，并将信号转换成数字信号。
2. 处理器：负责对采集的数据进行处理，如压缩、加密、解密、计算等操作。
3. 存储器：负责储存传感器采集到的数据和相关程序。
4. 收发器：负责与其他节点进行通信，实现数据的传输和接收。
5. 电源：负责为节点提供能量，常见的有锂电池、太阳能电池等。
6. 封装：将以上部分进行整合，形成一个具备完整功能的传感器节点。
三、网络通信无线传感器节点的通信方式一般采用无线电波，通信距离一般在几十米到几百米之间。
通信协议采用以下几种：1. IEEE802.15.4：该协议定义了低速率无线个人局域网络（Low-Rate Wireless Personal Area Networks，简称LR-WPANs）。
2. ZigBee：是一个基于IEEE 802.15.4标准的低功耗、低速率、近距离无线个人网络（Wireless Personal Area Network，简称WPAN）。
无线传感器网络(WSN)的设计与部署
无线传感器网络（WSN）的设计与部署无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是指由大量分布在监测区域的低功耗无线传感器节点组成的网络系统，用于感知、采集、处理并传输环境中的各种信息。
WSN被广泛应用于环境监测、智能农业、工业控制、智能交通等领域。
本文将探讨WSN的设计与部署的关键要点。
一、网络拓扑结构的选择在设计WSN时，选择适合的网络拓扑结构是至关重要的。
常见的拓扑结构包括星型、树型、网状和混合型。
星型拓扑结构简单明了，适用于小范围监测；树型拓扑结构适用于具有层次结构的监测区域；网状拓扑结构适用于大范围监测需求；而混合型拓扑结构则是以上结构的组合。
根据具体需求和监测区域的特点，选择合适的拓扑结构是设计WSN的首要任务。
二、能量管理与优化WSN中的传感器节点通常由电池供电，能量管理与优化是延长网络寿命的关键。
首先，对传感器节点的能耗进行评估，了解节点在不同操作模式下的能耗情况，从而制定合理的能量管理策略。
其次，选择低功耗的传感器节点和无线通信模块，降低每个节点的能耗。
此外，优化数据传输协议，减少无效数据传输和通信冲突，以提高能源利用效率。
综合考虑这些因素，能量管理与优化是设计与部署WSN的重要考虑因素。
三、传感器节点的部署策略传感器节点的部署策略直接影响到整个网络的性能和覆盖范围。
在进行节点部署时，需要考虑以下几个因素。
首先，根据监测区域的大小和形状，确定节点的空间布局方式。
其次，考虑传感器节点的部署密度，以满足监测要求。
此外，节点的布置应避免障碍物和信号干扰，以保证数据的准确传输。
通过科学合理的部署策略，可以充分利用有限的资源，提高网络的监测效果和覆盖范围。
四、数据传输与处理WSN的数据传输与处理是实现监测目标的关键环节。
首先，需要确定数据传输的方式，根据实际需求选择无线传输或有线传输。
其次，设计合理的数据采集与处理算法，确保数据的准确性和实时性。
对于大规模的监测数据，可以采用数据压缩与聚合技术，减少数据传输量，降低网络负载。
无线传感器网络WSN(1)
传感器发展历程
第一阶段:最早可以追溯至越战时期使用的传统的 传感器系统。当年美越双方在密林覆盖的“胡志 明小道”进行了一场血腥较量，“胡志明小道” 是胡志明部队向南方游击队输送物资的秘密通道， 美军对其进行了狂轰滥炸，但效果不大。后来， 美军投放了2万多个“热带树”传感器。“热带树” 实际上是由震动和声响传感器组成的系统，它由 飞机投放，落地后插入泥土中，只露出伪装成树 枝的无线电天线，因而被称为“热带树”。只要 对方车队经过，传感器探测出目标产生的震动和 声响信息，自动发送到指挥中心，美机立即展开 追杀，总共炸毁或炸坏4.6万辆卡车。
3、数据新鲜性 数据新鲜性问题是强调每次接收的数据都是发送 方最新发送的数据，以此杜绝接收重复的信息。 保证数据新鲜性的主要目的是防止重放(Replay) 攻击。 4、可用性 可用性要求传感器网络能够随时按预先设定的工 作方式向系统的合法用户提供信息访问服务，但 攻击者可以通过伪造和信号干扰等方式使传感器 网络处于部分或全部瘫痪状态，破坏系统的可用 性，如拒绝服务(Denial of Service, DoS)攻击。
5.鲁棒性 无线传感器网络具有很强的动态性和不确定性， 包括网络拓扑的变化、节点的消失或加入、面临 各种威胁等。 6.访问控制 访问控制要求能够对访问无线传感器网络的用户 身份进行确认，确保其合法性。
二、无线传感器网络的定义
无线传感器网络（Wireless Sensor Network）， 简称“WSN”,是一种新兴的科学网络技术。它是 由大量的具有特定功能的传感器节点通过自组织 的无线通信方式，相互传递信息，协同地完成特 定功能的智能专用网络!它综合了微机电系统、传 感器技术、嵌入式计算机技术、现代网络及无线 通信技术、分布式处理技术等，能够通过各类集 成化的微型传感器协作地实时监测感知和采集各 种环境或检测对象的信息。这些信息通过无线方 式被发送出去，并以自组织多跳的网络传送到用 户终端。从而实现物理世界、计算机世界和人类 社会三元世界的连通！
无线传感器网络(WSN)的体系结构及应用前景PPT课件
7
国内WSN的应用前景
众多类型的传感器探测:
地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力 （大桥承重）、土壤成分（作物培养）、移动物 体的大小、速度和方向等
潜在应用领域：
航空、防爆、救灾、环境、医疗、保健、家居、 工业、商业等
2020/3/23
8
WSN+医疗
2012-2050年中国老龄化情况预测(单位：%)
2020/3/23
10
Sproutling幼儿脚环
适用：0-4岁的幼儿
外形：类似一个小红心
功能：内置四个传感器，随 时监控幼儿的体温、脉搏 （心跳）、动作，还能监控 室内的温度、光线等环境因 素。
适合在家庭或幼儿园等场合 使用，监控还不能很好地表 达身体情况的孩子的健康状 况。
2020/3/23
能量供应模块：提供电源，一般都是用电池来提供电源。
2020/3/23
3
WSN的网络体系结构
定义：协议分层以及网络协议的集合, 是对网络 及其部件所应完成功能的定义和描述。
无线传感器网络的结构不同于传统的计算机网络 和通信网络。
无线传感器网络的协议模型，既参考了现有的计 算机网络的TCP / IP和OSI模型的架构，又包含了 传感网络特有的电源管理、移动管理及任务管理。
中国目前有失能老人1036万、半失能老人2123 万，不同程度地需要提供护理照料服务。
2020/3/23
9
背景与前景
背景： 人口老龄化趋势增强，生育率下降，空巢老人增加，老人的数量 增加。上班族无法亲自照顾老人小孩。
前景： 技术成熟 随着经济增长，中产阶级增多，人们的消费观念产生了变化，愿 意为健康投资，市场需求大。
2020/3/23
无线传感器网络的基本组成与工作原理
无线传感器网络的基本组成与工作原理无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是由大量分布在空间中的无线传感器节点组成的网络系统。
每个传感器节点都具备感知、处理、通信和能量供应等功能，能够实时收集、处理和传输环境中的各种信息。
本文将介绍无线传感器网络的基本组成与工作原理。
一、无线传感器网络的基本组成1. 传感器节点：传感器节点是无线传感器网络的基本单元，通常由感知模块、处理模块、通信模块和能量供应模块组成。
感知模块负责收集环境中的各种信息，如温度、湿度、压力等；处理模块对收集到的信息进行处理和分析；通信模块负责与其他节点进行通信；能量供应模块为节点提供能量。
2. 网络拓扑结构：无线传感器网络通常采用分布式的拓扑结构，常见的拓扑结构有星型、网状和混合型。
星型拓扑结构中，所有的传感器节点都与一个中心节点相连；网状拓扑结构中，传感器节点之间可以直接通信；混合型拓扑结构则是星型和网状拓扑的结合。
3. 网络协议：无线传感器网络需要一套有效的协议来管理和控制节点之间的通信。
常见的网络协议有路由协议、传感器数据聚集协议和能量管理协议等。
路由协议用于确定数据传输的路径；传感器数据聚集协议用于将传感器节点收集到的数据进行聚集和压缩；能量管理协议用于管理和优化节点的能量消耗。
二、无线传感器网络的工作原理1. 节点部署与初始化：首先，需要根据实际需求和应用场景，合理地部署传感器节点。
节点部署完成后，需要对节点进行初始化配置，包括网络参数、感知参数和通信参数等。
2. 数据采集与处理：传感器节点根据预设的感知参数，实时采集环境中的各种信息。
采集到的数据经过处理模块进行处理和分析，提取有用的信息。
3. 数据传输与通信：节点通过通信模块与其他节点进行通信。
节点之间可以通过直接通信或多跳通信的方式进行数据传输。
通过路由协议，节点可以确定数据传输的路径，将采集到的数据传输到指定的目的地。
4. 数据聚集与压缩：传感器节点采集到的数据可以通过传感器数据聚集协议进行聚集和压缩。
基于市场理论的WSN目标跟踪的传感器管理
基于市场理论的WSN目标跟踪的传感器管理马艳丽牛彪（长安大学信息工程学院陕西·西安710061）摘要近年来，无线传感器网络逐渐受到广大学者的关注，传感器节点的管理是WSN下目标跟踪的一个重要组成部分。
对一个目标跟踪的效果直接取决于在WSN中每一时刻所选用的传感器节点。
无线传感器网络中传感器量测节点的管理依据的是WSN下节点的信息融合，如何能够在不损失跟踪精度的情况下选择的传感器节点最少成为现在研究的重点，本文提出基于市场理论的管理算法来对传感器进行有效的管理。
关键词WSN市场理论目标跟踪传感器管理中图分类号：TIB01.6文献标识码：A本文主要研究基于市场理论的传感器管理，将该问题模拟为一个经济市场，对第i个消费者来说，对k个商品的需求向量表示为X i=[X i1,X i2,……X ik]T，当X ik>0，表示消费者i购买了商品k；当X ik<0,表示消费者i售出了商品k。
给出价格向量p=[p1，……，p k]，消费者i的目标就是在支出（购买商品）小于收入（出售商品）的前提下，找出对每件商品的最优需求量。
该问题可表示为：X i*=argminu i(x i)s.t.p T x i<=p T e i,i=1,……，N对于第j个生产者来说，其生产向量表示为y i=[y i1,y i2,……，y ik]T，当y ik>0,表示第k件商品作为生产者的输出；当yik<0，表示第k件商品作为生产者的输入。
同样，给出价格向量p，生产者j的目标是在可以生产最大数量商品的前提下，最大化其利益。
该问题可以表示为：Y j*=argminp T y i,s.t.y jk+<=v jk(y j-)and(p j-)T y j-<=w j,j=1,……，M在这个经济市场中，为使双方利益均达到最优，存在一个瓦尔拉斯平衡:（1）给定P，从约束优化问题中求出x i；（2）给定P，从约束优化问题中求出y j；（3）给定P，需求量等于供应量时，该市场达到平衡。
无线传感器网络中的网络拓扑结构分析与仿真
无线传感器网络中的网络拓扑结构分析与仿真无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，简称WSN）是由大量分布式无线传感器节点组成的自组织网络。
这些传感器节点可以感知环境中的各种物理量，并将采集到的数据通过网络传输到基站节点。
在WSN中，网络拓扑结构的设计和优化对于网络的性能具有重要影响。
本文将对WSN中的网络拓扑结构进行分析与仿真，并探讨其在不同应用场景下的优劣势。
一、星型拓扑结构星型拓扑结构是最简单直观的一种网络结构，所有传感器节点都直接连接到一个中心节点。
这种结构具有较低的延迟和能耗，易于部署和维护。
然而，由于所有数据都需要通过中心节点传输，当网络规模较大时，中心节点可能成为瓶颈，导致网络拥塞和性能下降。
为了解决星型拓扑结构的缺点，研究人员提出了一种改进的星型拓扑结构，称为多中心星型拓扑结构。
在多中心星型拓扑结构中，网络被划分为多个区域，每个区域都有一个中心节点。
传感器节点只与所在区域的中心节点直接通信，而中心节点之间通过无线链路进行通信。
这种结构能够提高网络的可扩展性和容错性，但会增加网络的能耗和部署复杂度。
二、树型拓扑结构树型拓扑结构是一种层次化的结构，其中一个节点作为根节点，其他节点通过无线链路连接到根节点或其他节点。
树型拓扑结构具有较低的能耗和延迟，能够有效减少数据传输的冗余。
此外，树型结构还具有较好的容错性，当某个节点故障时，只会影响到其子节点，而不会对整个网络产生影响。
然而，树型拓扑结构也存在一些问题。
首先，当根节点故障时，整个网络将无法正常工作。
其次，树型结构对网络规模有一定限制，当网络规模较大时，树的深度会增加，导致延迟增加和能耗增加。
此外，树型结构中的某些节点可能会成为瓶颈，限制了数据的传输速率。
三、网状拓扑结构网状拓扑结构是一种多跳通信的结构，其中每个节点都可以与其他节点直接通信。
这种结构具有较好的容错性和可扩展性，能够适应复杂环境和大规模网络的需求。
wsn传感器应用中的应用原理
WSN传感器应用中的应用原理1. 介绍在无线传感器网络(WSN)中，传感器节点通过收集环境数据并进行处理和传输，实现了对环境的监测和控制。
本文将介绍WSN传感器应用中的应用原理。
2. WSN传感器的工作原理WSN传感器主要包括传感器节点、传感器网络和数据处理系统。
传感器节点是网络中的基本组成单元，它具有感知环境的能力并能够将采集到的数据通过网络传输到数据处理系统。
传感器节点通常由传感器、微处理器、存储器、通信模块和能量供应元件组成。
传感器负责采集环境数据，如温度、湿度、压力等。
微处理器负责处理采集到的数据并执行一定的逻辑功能。
存储器用于存储数据和程序。
通信模块负责与其他节点进行通信，实现数据的传输和网络的组网。
能量供应元件为传感器节点提供能量，可以是可充电电池或者能量收集器。
传感器节点间通过无线通信构成传感器网络。
传感器节点可以通过组网算法自组织形成网络拓扑结构。
传感器节点通过与相邻节点进行通信，将采集到的数据传输到数据处理系统。
数据处理系统接收传感器节点传输的数据并进行分析和处理。
数据处理系统可以是远程服务器、云平台或者本地计算机。
数据处理系统可以根据应用需求进行数据分析、决策和控制。
3. WSN传感器应用原理WSN传感器应用涵盖了许多领域，如环境监测、农业、城市规划等。
下面以环境监测应用为例，介绍WSN传感器应用的原理。
3.1 环境监测应用原理在环境监测应用中，WSN传感器主要用于收集环境数据，如空气质量、噪音、温度、湿度等。
传感器节点通过感知环境并采集数据，然后通过无线通信将数据传输到数据处理系统。
数据处理系统可以对传感器节点传输的数据进行分析和处理。
例如，可以利用环境监测数据判断空气质量是否达标，从而采取相应的措施进行环境改善。
数据处理系统还可以根据环境监测数据生成统计报告，并向相关部门或个人发送报警信息。
3.2 应用原理总结WSN传感器应用的原理可以总结如下： - 传感器节点感知环境并采集数据； -传感器节点通过无线通信将采集到的数据传输到数据处理系统； - 数据处理系统对传输的数据进行分析和处理； - 数据处理系统根据分析结果进行数据决策或控制。
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文章编号：０ ２ ８ ３ （ ０ ７ ３ — １ １０ 文献 标识码 ： 中图分类号： Ｐ ９ １０ — ３ １２ ０ ）２４ ｌ． ３来自） Ａ Ｔ ３３ｌ 引言
无 线 传 感 器 网络 提 出 了一 个 分层 的传 感 器管 理 结 构 ， 网络 的 传 感 器 管理 分 为 最 高层 一 间 传 感 器 管理 、 间层 一 内传 感 器 管理 将 簇 中 簇
和最低层一 个传感器管理， 单 并在最低层 对传感 器节点 实现 了采样 间隔的 自适应 ， 仿真结果表 明在保证 一定跟踪精度的条件下 ， 大
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无线传感器网络 （ ｒｌ ｓＳｎｏ ｅ ｏｋ， Ｎ） Ｗｉ ｅ ｅ ｓｒＮ ｔ ｒｓＷＳ 是随着 ｅｓ ｗ 微电子技术 、 计算技术和无线通信等技术的进步而 出现的＿ 它 ｌ ｌ ，
Ｄ Ｔ Ｄ ｓｉｕｅ ｒｄ ｔｎ Ｔａｋｎ ） Ｐ （ ｉｒ ｔｄ Ｐｅｉ ｉ ｒｃ ｉ 算法 ， ｔｂ ｃｏ ｇ 该算 法事先将传感 器 网络 节点 划分成簇 并指定簇首 ，簇首根据 当前时刻 目标位 置， 唤醒该簇 内一定数量传感 器节点进行探测 ， 同时通过一种 目标位置预测机制来决定下一时刻的要唤醒的簇首。此外 ， 无 线传感 器网络的覆盖控制 、 拓扑管理 、 能量管理 、 配置管理等也 能延长 网络寿命 ， 高网络资源的有效 利用率 。但是上述方法 提
ｐ ｅ ｉｉｎ． ｒ ｃ ｓｏ
Ｋｅｙ ｗ ｏ ｄｓ： Ｗ ｉｅ ｅ ｓ ｅｎ ｏ Ｎｅ ｗｏ ｋｓ ｓ ｎ ｏ ｍａ ｇ ｍｅ ｔ ａ ｐ ｉｅ ａ ｒ ｒ ｌ ｓ Ｓ ｓ ｒ ｔ ｒ ；ｅ ｓｒ ｎａ ｅ ｎ ； ｄａ ｔｖ ｓ ｍｐｌｎ ｉｇ
摘
要： 无线传感器网络的传感器节点能量十分有 限， 且数量 巨大 ， 因而传统的传感器管理方法不再适用于无线传感器网络。 针对