第一篇：礦井無線傳感網(wǎng)絡基于LEACH路由協(xié)議的改進方案

礦井無線傳感網(wǎng)絡基于LEACH路由協(xié)議的改進方案

摘要：

針對我國煤礦井下特殊的環(huán)境，基于LEACH路由協(xié)議提出新的高效，能量均衡的分簇 路由協(xié)議。簇首節(jié)點選取將以鄰居節(jié)點的平均剩余能量與節(jié)點本身的剩余能量的比值，與鄰 居節(jié)點的距離作為節(jié)點競爭簇頭的參數(shù)，簇內(nèi)節(jié)點均加入距離自己最近的簇頭節(jié)點；經(jīng)數(shù)據(jù) 融合后的簇首節(jié)點之間通過多跳方式通信，最終將融合后的信息通過網(wǎng)關節(jié)點，由有線網(wǎng)絡 發(fā)送到地面的監(jiān)控系統(tǒng)。利用NS2進行仿真，實驗結果證明，改進后的協(xié)議能夠均衡網(wǎng)絡節(jié)點能耗，延長網(wǎng)絡生命時間，適應煤礦井下特殊環(huán)境。1 前言

目前，我國煤礦采用的檢測系統(tǒng)都以工業(yè)總線作為基礎，井下檢測系統(tǒng)與地面信息中心一般通過電纜或者光纖連接，構成有線的檢測系統(tǒng)。但有線系統(tǒng)對線路依賴性強，受布線局 限，且需要專業(yè)人員維護，一旦設備出現(xiàn)故障，會使局部區(qū)域失去監(jiān)測能力。因此，有線通 信其擴展性，網(wǎng)絡覆蓋率，靈活性存在不足，成本較高。但無線傳感網(wǎng)絡的出現(xiàn)給煤礦監(jiān)控帶來前所未有的希望，無線傳感器網(wǎng)絡具有放置靈活、擴展簡便、移動性強、具有自組織性等特點，因此建立基于無線傳感網(wǎng)絡的煤礦無線監(jiān)測系統(tǒng)可以對有線監(jiān)控系統(tǒng)起到強大的補充功能，無線與有線的結合，將極大的提高全煤礦的安全監(jiān)控水平。

但是，通常傳感器節(jié)點的通信距離有限，在10~100 m范圍內(nèi),節(jié)點只能與其射頻覆蓋范圍內(nèi)的鄰居直接通信，因此限制了無線傳感器網(wǎng)絡在大規(guī)模范圍的應用。現(xiàn)有的路由協(xié)議具有良好的自組織性，在一定程度上提高了網(wǎng)絡的自組織性能，延長了網(wǎng)絡壽命，但大多數(shù)適合小規(guī)模網(wǎng)絡，節(jié)點的能耗分布不均衡，不適用于工作面有限異質(zhì)可變空間，并且工作面的不斷向前推進，信息流量不均衡，對網(wǎng)絡的自組織性也提出了更高的要求。2 LEACH路由協(xié)議

路由協(xié)議按網(wǎng)絡的拓撲結構可分為2類：平面路由協(xié)議和分簇路由協(xié)議。在平面路由協(xié)議中，各節(jié)點地位平等，通過局部操作和反饋信息來生成路由。平面路由缺乏對通信資源的優(yōu)化管理，對網(wǎng)絡動態(tài)變化的反應速度較慢。在分簇路由協(xié)議中，通常對網(wǎng)絡中的節(jié)點進行層次劃分，若干地理位置相鄰的節(jié)點構成一個簇，每個簇內(nèi)選舉一個簇首。簇首節(jié)點負責簇內(nèi)信息的收集、融合及簇間數(shù)據(jù)的轉發(fā)。

分簇路由便于管理，能對系統(tǒng)變化做出快速反應，為網(wǎng)絡提供高質(zhì)量的通信服務。

典型的分簇路由協(xié)議LEACH(low energy adaptive clustering hierarchy)協(xié)議是Heinzelman 等人2002年提出的基于分簇的層次性路由協(xié)議，它采用分簇的網(wǎng)絡結構，各節(jié)點獨立地按照一定概率決定自己是否做簇首，周期性地進行簇首選舉和網(wǎng)絡重組，避免簇首節(jié)點能耗過 多，影響網(wǎng)絡壽命。相比一般的平面協(xié)議或靜態(tài)分簇協(xié)議，LEACH可以減少網(wǎng)絡能量損耗，延長網(wǎng)絡生命周期。在此基礎上，很多人基于不同應用提出了改進方案，如Stephanie Lindsey等人提出的PEGASIS（power-efficient gathering in sensor information systems）協(xié)議，就是對LEACH協(xié)議的改進，其基本思想是使節(jié)點僅和它們最近的鄰節(jié)點進行通信，增加網(wǎng)絡生命時間。

研究發(fā)現(xiàn)，這些分簇路由協(xié)議具有很好的自組織特性，一定程度上提高了網(wǎng)絡性能，延 長了網(wǎng)絡壽命。但在工作面上無線傳感網(wǎng)絡是由信息采集端向外單向傳輸，組成的網(wǎng)絡節(jié)點是一種帶狀分布、信息流量不均衡的網(wǎng)絡，會造成節(jié)點的功耗分布不均，接近出口的匯聚節(jié) 點數(shù)據(jù)流量大，負載重，壽命短等現(xiàn)象。另外，隨工作面的不斷向前推進，網(wǎng)絡結構將隨之變化。現(xiàn)有的路由協(xié)議無法滿足礦井下這種特殊環(huán)境。因此在LEACH路由協(xié)議的基礎上，本文提出了一種能量平衡的大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡分簇路由協(xié)議，以實現(xiàn)節(jié)能和均衡能耗相結合。3 網(wǎng)絡模型

3.1 假設

為增加模擬工作面的真實性，我們將仿真場景大小設置為長帶狀區(qū)域，N個節(jié)點隨機的布置在該區(qū)域。節(jié)點需滿足以下條件： 所有的節(jié)點具有相同的且與無線電信號在各個方向上能耗相同，各節(jié)點的初始能量相等且能量有限，能感知自己的剩余能量，且具有功率控制能力可以改變發(fā)射功率，從而控制發(fā)送的距離，每個節(jié)點都具有足夠的計算能力支持不同的MAC協(xié)議和數(shù)據(jù)處理。2 所有節(jié)點的通信距離不超過節(jié)點的有效通信距離 sink節(jié)點是固定放置在巷道的末端，且有持續(xù)的電源供給 4 相鄰節(jié)點采集的數(shù)據(jù)具有較高的相關性，可進行數(shù)據(jù)融合 5 所有節(jié)點時間同步 3.2具體的能量公式

該模型考慮了發(fā)射電路的發(fā)射能量、接收電路接收能量, 且能量損耗與傳輸距離有關。發(fā)射機發(fā)射m比特消息消耗的能量為：

2??mEelec?mEfsd,d?d0ETx(m,d)??

（1）4??mEelec?mEmpd,d?d0接收機接收m比特消息消耗的能量為：

ERx(m)?mEelec

(2)ETx(m,d)為發(fā)射m比特數(shù)據(jù)所消耗的能量，ERx(m)為收到m比特數(shù)據(jù)所消耗的能量，d為傳輸距離，Eelec為每發(fā)送或接收1比特數(shù)據(jù)傳輸所消耗的能量，Efs為自由空間常數(shù)，Emp為多路徑衰落傳輸常數(shù)，Efs和Emp與所采用的輸信道模型有關。d0為傳輸距離的門限值d0?Efs，當傳輸距離大于d0時數(shù)據(jù)傳輸?shù)南南喈敶蟆mp4分簇路由協(xié)議改進方案 4.1 簇形成過程

在LEACH協(xié)議中，簇首的產(chǎn)生具有很大的隨機性，不能均衡能耗。礦井工作面的特殊 地形，各個簇都是相鄰的，LEACH協(xié)議沒有考慮節(jié)點的剩余能量，地理位置等因素。因此，我們根據(jù)工作面的特殊環(huán)境，設計改進的LEACH協(xié)議LEACH—IM 協(xié)議。在LEACH的基礎上，簇頭節(jié)點的個數(shù)為N，我們假設理想的成簇概率為P，最終成簇的數(shù)目為K=NP。簇 首節(jié)點選取將以鄰居節(jié)點的平均剩余能量與節(jié)點本身的剩余能量的比值，擔任簇首節(jié)點的總個數(shù)及鄰居節(jié)點個數(shù)作為節(jié)點競爭簇頭的參數(shù)。將能量的比值轉化成時延，比值越小，時延越小，反之時延越大。網(wǎng)絡所有節(jié)點在成為簇頭之前，均等待一個時延，時延先到達的節(jié)點優(yōu)先成為簇首節(jié)點。

在描述算法之前，先規(guī)定每個節(jié)點保存各自信息（節(jié)點ID，初始能量，節(jié)點剩余能量）及鄰居節(jié)點信息（節(jié)點ID，剩余能量）。每輪分簇開始時，規(guī)定獲取鄰居節(jié)點信息時段為 TD。每個節(jié)點將以通信半徑r,廣播自身信息（節(jié)點ID,節(jié)點剩余能量Er）然后接收鄰居節(jié)點信息，并更新本節(jié)點信息中鄰居節(jié)點的平均剩余能量Ea和鄰居節(jié)點的個數(shù)d。任取某節(jié)點Vi，鄰居節(jié)點Vj，則Vi節(jié)點的平均剩余能量為：

1dEa??Er

dj?1當Vi節(jié)點的剩余能量Er>Ea時：

(3)t1?Ea1??TD??

Erd?(4)當Vi節(jié)點的剩余能量Er?Ea時：

t2?TDET?(1?r)?D??

2E

2(5)在上式中的E是節(jié)點的初始能量，ρ是一個均勻分布在[0.9,1]之間的一個隨機實數(shù)，其作用是減小兩個節(jié)點可能取相同t值的概率。

在LEACH協(xié)議中簇首的選擇還考慮到該節(jié)點在過去的操作中擔當簇首節(jié)點的次數(shù)，在LEACH—IM協(xié)議中，我們將節(jié)點擔當簇首節(jié)點的總時間作為衡量參數(shù)。我們將采用基于加權的分簇算法。

節(jié)點i的權值計算公式表示為：

Wi?wt1?w2T(to)

(6)其中，w1、w2是加權因子且滿足w1?w2?1。t表示由上式鄰居節(jié)點的平均剩余能量與節(jié)點本身的剩余能量的比值轉化成的時延；T(to)表示該節(jié)點從網(wǎng)絡運行開始當過簇首的總時間。若節(jié)點的剩余能量較多，擔任簇首節(jié)點的時間較短，則時延先到達的節(jié)點將優(yōu)先成為簇頭節(jié)點。

簇首確定后，其他節(jié)點從睡眠中醒來，接收簇首節(jié)點廣播的信息，依據(jù)距離遠近選擇要加入的簇，并向簇首發(fā)送個人信息。簇首在接到節(jié)點加入信息后，將根據(jù)加入節(jié)點的數(shù)目，為簇內(nèi)每個節(jié)點分配一個通信時隙，告知節(jié)點何時發(fā)送數(shù)據(jù),至此就形成整個網(wǎng)絡。簇形成之后就不再改變，當簇首節(jié)點低于預設的門限值后，將在簇內(nèi)重新選擇簇首節(jié)點，選擇依據(jù)依然參照公式（6）。4.2 數(shù)據(jù)傳輸

形成簇之后，簇首節(jié)點將對采集到的數(shù)據(jù)進行必要處理和融合，隨后進入數(shù)據(jù)傳輸階段。數(shù)據(jù)傳輸包括簇內(nèi)傳輸和簇間傳輸。簇內(nèi)傳輸采用TDMA模式，可有效的防止信道沖突，節(jié)約能量；而簇間傳輸，傳輸數(shù)據(jù)量大，能耗大，考慮到工作面的特殊環(huán)境和采集檢測數(shù)據(jù)的冗余性，我們采用最小生成樹算法的多跳路由，實現(xiàn)簇頭節(jié)點與sink節(jié)點的通信。5仿真結果

為了比較LEACH及其改進協(xié)議LEACH-IM的性能，將這兩個算法在NS2中仿真。假 設仿真環(huán)境為400m * 10m,節(jié)點總數(shù)N=200個，節(jié)點的初始能量為2J,sink節(jié)點位于原點（0,0），理想的成簇概率為P=8%，能量模型參數(shù)參照文獻[y]：Eelec?50nJ/bit，Efs?10nJ/bit/m2，Emp?0.013nJ/bit/m2，代入公式可以得到有效通信距離

d0?87.7m，但參照文獻[y]，依照具體的應用環(huán)境，有效通信距離為d0?50m。最優(yōu)簇首節(jié)點個數(shù)K?p*N?16。簇內(nèi)簇間數(shù)據(jù)融合率設置為0.7。

0.80.70.60.50.40.30.20.10——LEACH+-+-LEACH-IM節(jié)點死亡概率050010001500工作周期輪數(shù)200025003000

圖1

圖1顯示了網(wǎng)絡中節(jié)點死亡率隨工作周期數(shù)的變化情況。從圖中結果可以看出，LEACH-IM在延長網(wǎng)絡生存時間方面性能突出。此外,從第一個節(jié)點開始死亡的時間點來看, LEACH-IM也具有明顯的優(yōu)勢。結果還表明，LEACH-IM死亡速率變化相當緩慢。表明CEUC使整個網(wǎng)絡的能耗分布趨于平均,使各節(jié)點的能量幾乎同時耗盡,避免了某些節(jié)點被過度使用。

——LEACH+-+-LEACH-IM21.5節(jié)點平均能耗10.50050010001500工作周期輪數(shù)200025003000

圖2 圖2在能耗指標上對LEACH和LEACH-IM進行了比較。可以看到，LEAC-IM方法

使得簇內(nèi)節(jié)點能耗均衡，每輪的能耗都比LEACH協(xié)議少很多；而LEACH簇內(nèi)節(jié)點能耗與簇首位置分布及數(shù)目相關，當簇首分布均勻時簇內(nèi)節(jié)點能耗均衡，反之不均衡，因此每輪的性能十分不穩(wěn)定。新的算法比LEACH有了顯著改進。4結束語

本文通過對LEACH協(xié)議的分析，并針對礦井下的實際環(huán)境對協(xié)議進行改進。仿真結果顯示,改進后的協(xié)議能更好地平衡網(wǎng)絡負載、節(jié)約能量消耗且具有更高的能量使用效率,實現(xiàn)了多方面的優(yōu)化。參考文獻

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第二篇：無線傳感網(wǎng)絡學習心得

無線傳感器網(wǎng)絡學習心得

初次接觸這個課程時，我無意地在課本中看到了對于無線傳感器網(wǎng)絡的基本概述：無線傳感器網(wǎng)絡是一種全新的信息獲取平臺，能夠實時監(jiān)測和采集網(wǎng)絡分布區(qū)域內(nèi)各種檢測對象的信息，并將這些信息發(fā)送到網(wǎng)關節(jié)點，以實現(xiàn)復雜的指定范圍內(nèi)目標檢測與跟蹤。這讓我聯(lián)想到物聯(lián)網(wǎng)體系的感知層與網(wǎng)絡層，乍一想，這不就是物聯(lián)網(wǎng)感知層與網(wǎng)絡層的整體解決方案么？美國《商業(yè)周刊》與MIT技術評論分別將無線傳感器網(wǎng)絡列為改變世界的10大技術之一。作為一名物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的大學生，了解于此，內(nèi)心燃起了一團火焰，因為覺得這個將成為我們將以時代推動者的身份參與到人類21世紀的建設中。

學習無線傳感器網(wǎng)絡這個課程，分3個階段，第一個階段是分別講解無線傳感器網(wǎng)絡里面的各個組成部分，包括物理層，信道接入技術，路由協(xié)議，拓撲技術，網(wǎng)絡定位與時間同步技術等等。第二個階段是整合零碎的知識，總結出無線傳感器網(wǎng)絡的工作原理。第三階段是利用現(xiàn)有知識理解無線傳感器網(wǎng)絡在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的應用并且能夠根據(jù)現(xiàn)實需求設計出符合要求的一個整體的無線傳感器網(wǎng)絡。

第一階段知識總結，（1）無線傳感器網(wǎng)絡物理層是數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畹讓樱枰紤]編碼調(diào)制技術，通信速率，通信頻段等問題。信道接入技術中有IEEE 802.11MAC協(xié)議，S-MAC協(xié)議，Sift協(xié)議，TDMA技術，DMAC技術，CDMA技術。在物理層和信道接入技術主要有2個標準，一個是IEEE 802.15.4標準，一個是ZigBee標準，它們各有優(yōu)劣，可根據(jù)現(xiàn)實情況采用不同標準。（2）無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議的作用是尋找一條或或多條滿足一定條件的，從源節(jié)點到目的節(jié)點的路徑，將數(shù)據(jù)分組沿著所尋找的路徑進行轉發(fā)。路由協(xié)議中有Flooding協(xié)議，Gossiping協(xié)議，SPIN協(xié)議，DD協(xié)議，Rumor協(xié)議，SAR協(xié)議，LEACH協(xié)議，PEGASIS協(xié)議等協(xié)議。（3）動態(tài)變化的拓撲結構是無線傳感器網(wǎng)絡最大特點之一，拓撲控制策略為路由協(xié)議、MAC協(xié)議、數(shù)據(jù)融合、時間同步和目標定位等多方面都奠定了基礎。在無線傳感器網(wǎng)絡中，拓撲控制將影響整個網(wǎng)絡的生存時間，減小節(jié)點間通信干擾，提高網(wǎng)絡通信效率，為路由協(xié)議與時間同步提供基礎，影響數(shù)據(jù)融合與彌補節(jié)點失效的影響。（4）無線傳感器網(wǎng)絡主要有兩種基本感知模型，而這又跟覆蓋問題直接相關。根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡不同的應用，覆蓋需求通常不同。根據(jù)覆蓋目標不同，目前覆蓋算法可以分為面覆蓋，點覆蓋及柵欄覆蓋。（5）無線傳感器網(wǎng)絡的定位是指自組織的網(wǎng)絡通過特定方法提供節(jié)點位置信息。這種自組織網(wǎng)絡定位分為節(jié)點自身定位和目標定位。節(jié)點自身定位是確定網(wǎng)絡中節(jié)點的坐標位置的過程。目標定位是確定網(wǎng)絡覆蓋范圍內(nèi)目標的坐標位置。定位過程中把定位算法分為基于測距和無需測距的定位算法。基于測距的定位算法需要測量相鄰節(jié)點之間的絕對距離或者訪方位，并利用節(jié)點間的實際距離或者方位來計算位置節(jié)點的位置，常用的測距技術用RSS（到達信號強度）測量法，TOA（到達時間）測量法，TDOA（到達時間差）測量法，RSSI（到達信號強度）測量法等。（6）無線傳感器網(wǎng)絡上的目標跟蹤與其定位不同，主要目的不是追求定位的精度，而是需要對移動的目標或者時間進行動態(tài)的監(jiān)測。基于無線傳感器網(wǎng)絡的目標跟蹤過程大致包括3個階段：檢測、定位和通告。檢測階段：無線傳感器網(wǎng)絡中的節(jié)點周期性地通過傳感器模塊檢測是否有目標出現(xiàn)。定位階段：為了節(jié)省能量，只有距離跟蹤目標比較近的節(jié)點才會對目標進行定位，如果節(jié)點接受到另外兩個或者兩個以上的節(jié)點到跟蹤目標的距離，則可選用三邊定位法或者多邊極大似然估計法計算跟蹤目標的位置。通告階段：計算出跟蹤跟蹤目標的運動軌跡后，傳感器網(wǎng)絡要通知跟蹤目標周圍的節(jié)點啟動進入跟蹤狀態(tài)。（7）無線傳感器網(wǎng)絡中的時間同步技術有兩大時間同步模型，時鐘模型與通信模型。時間同步協(xié)議中有經(jīng)典的LTS協(xié)議，RBS協(xié)議，TPSN協(xié)議，DMTS協(xié)議和FTSP協(xié)議等協(xié)議。（8）在無線傳感器網(wǎng)絡中間件應用中，無線傳感器網(wǎng)絡中間件體系結構是無線傳感器網(wǎng)絡中間件的核心，它決定著無線傳感器網(wǎng)絡的運行及組織方式。（9）傳感器網(wǎng)絡以數(shù)據(jù)中心的特點使得其設計方法不不同于其他計算機網(wǎng)絡，傳感器網(wǎng)絡應用系統(tǒng)的設計以感知數(shù)據(jù)管理和處理為中心，把數(shù)據(jù)庫技術和網(wǎng)絡技術緊密結合，從邏輯概念和軟、硬件技術兩個方面實現(xiàn)一個高性能的以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡系統(tǒng)。（10）無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)不能局限于網(wǎng)絡內(nèi)部傳輸，這樣不利于無線傳感器網(wǎng)絡的普及應用，必須讓終端用戶能夠通過外部網(wǎng)絡（如Internet）便捷地訪問無線傳感器網(wǎng)絡采集的環(huán)境數(shù)據(jù)。這就需要物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的無線傳感器網(wǎng)絡接入技術了。多網(wǎng)融合的無線傳感器網(wǎng)絡是在傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡的基礎上，利用網(wǎng)關接入技術，實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡與以太網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、移動通信網(wǎng)等多種網(wǎng)絡的融合。處于特定應用場景中的、高效組織組織的節(jié)點，在一定的網(wǎng)絡調(diào)度與控制策略驅動下，對其所部屬的區(qū)域開展監(jiān)控與傳感；網(wǎng)關節(jié)點設備將實現(xiàn)對其所在的無線傳感器網(wǎng)絡的區(qū)域管理、任務調(diào)度、數(shù)據(jù)聚合、狀態(tài)監(jiān)控與維護等一系列功能。經(jīng)網(wǎng)關節(jié)點融合、處理并經(jīng)過相應的標準化協(xié)議處理和數(shù)據(jù)轉換之后的無線傳感器網(wǎng)絡信息數(shù)據(jù)，將有網(wǎng)關節(jié)點設備聚合，根據(jù)其不同的業(yè)務需求及所接入的不同網(wǎng)絡環(huán)境，經(jīng)由TD-SCDMA和GSM系統(tǒng)下的地面無線接入網(wǎng)、Internet環(huán)境下的網(wǎng)絡通路及無線局域網(wǎng)網(wǎng)絡下的無線鏈路接入點等，分別接入TD-SCDMA與GSM核心網(wǎng)、Internet主干網(wǎng)及無線局域網(wǎng)等多類型異構網(wǎng)絡，并通過各網(wǎng)絡下的基站或主控設備，將傳感信息分發(fā)至各終端，以實現(xiàn)針對無線傳感器網(wǎng)絡的多網(wǎng)遠程監(jiān)控與調(diào)度。（11）無線傳感器網(wǎng)絡具有很強的應用相關性，起硬件需要滿足輕量化、擴展性、靈活性、穩(wěn)定性、安全性與低成本等要求。

學習的第二個階段，對零碎的知識點進行整合，總結出對無線傳感的工作原理的自我理解。

上圖就是一個典型的無線傳感器網(wǎng)絡應用系統(tǒng)的簡易示意圖，它擁有著無線傳感器網(wǎng)絡所應該擁有的最基本的三種類型的節(jié)點，即傳感器節(jié)點（sensor node），匯聚節(jié)點（sink），用戶的管理節(jié)點（User）以及互聯(lián)網(wǎng)或通信衛(wèi)星。傳感器節(jié)點（sensor node）分布于監(jiān)測區(qū)域的各個部分（sensor field），用于收集數(shù)據(jù)，并且將數(shù)據(jù)路由至信息收集節(jié)點（sink），信息收集節(jié)點（sink）與信息處理中心（User）通過廣域網(wǎng)絡進行通信，從而對收集到的數(shù)據(jù)進行處理。

學習的第三階段：利用現(xiàn)有的知識體系，理解無線傳感器網(wǎng)絡在現(xiàn)實中的應用，并且可以根據(jù)現(xiàn)實的需求設計出合理的應用體系。結合無線傳感器網(wǎng)絡在農(nóng)業(yè)中的應用進行探究：（1）在體系結構選擇方面，其體系結構選擇通性化的網(wǎng)絡體系結構，跟上圖體系相符。（2）節(jié)點選擇方面，由于農(nóng)業(yè)監(jiān)測的復雜性及監(jiān)測環(huán)境對于外來設備的敏感性，要求傳感器節(jié)點體積盡可能小，為了獲取到確切的監(jiān)測信息，要求傳感器節(jié)點裝備多種高精度傳感器。為了延長傳感網(wǎng)的使用壽命，需要傳感器節(jié)點具有盡可能長的生命周期。（3）能量管理：實際情況下的傳感器網(wǎng)絡應用可能需要長達多個月的環(huán)境監(jiān)控，而單個節(jié)點的能量非常有限。為了節(jié)省能量，在發(fā)生傳感任務時，只有相鄰區(qū)域的節(jié)點處于傳感通信狀態(tài)，其余節(jié)點不需要傳感和轉發(fā)數(shù)據(jù)包，應當關閉無線通信系統(tǒng)，使其休眠節(jié)省能量。（4）數(shù)據(jù)采集方面，在無線傳感器網(wǎng)絡中，靠近基站的節(jié)點要為其他節(jié)點轉發(fā)數(shù)據(jù)，能量消耗較大，邊緣節(jié)點只要進行數(shù)據(jù)收集，能耗較少，所以邊緣節(jié)點應當采取一定的算法對數(shù)據(jù)進行融合，降低通信量，校正采樣數(shù)據(jù)之后再進行發(fā)送。（5）通信機制方面，包括路由協(xié)議、MAC協(xié)議及通信部件的控制訪問機制等，路由協(xié)議負責將數(shù)據(jù)分組從源節(jié)點通過網(wǎng)絡發(fā)送到目的節(jié)點，尋找源節(jié)點和優(yōu)化節(jié)點間的路徑，將數(shù)據(jù)分組沿優(yōu)化的路徑正確轉發(fā)。MAC協(xié)議決定無線信道的使用方式，在節(jié)點間分配有限的通信資源，無線通信模塊在發(fā)送狀態(tài)消耗能量最多，睡眠狀態(tài)消耗最少，接受和偵聽狀態(tài)下消耗稍小于發(fā)送狀態(tài)（6）遠程任務控制主要是在對環(huán)境監(jiān)控一段時間后，調(diào)整網(wǎng)絡的任務，這需要向基站發(fā)出命令，基站通過發(fā)送廣播消息發(fā)出指令，還要對節(jié)點的能量、通信等狀態(tài)進行監(jiān)控，不斷進行任務調(diào)整，延長傳感器網(wǎng)絡的使用壽命。

根據(jù)現(xiàn)實的需求設計出合理的應用體系分這幾步：（1）根據(jù)客戶的要求，分析現(xiàn)實的需求，書寫需求文檔。（2）設計出無線傳感器網(wǎng)絡的整體框架體系，選擇與設計各項通信協(xié)議與通信機制。（3）分別對框架中的軟硬件進行分析與設計（4）進入開發(fā)狀態(tài)（5）測試，交付，維護

以上就是我對無線傳感器網(wǎng)絡課程的學習心得了，在此課程中，雖然我對其中的知識體系有所了解，但是缺少實際的操作與開發(fā)，只是停留在了淺顯的認識層面，只有通過實際的操作，才能更深入地去了解它其中的核心，而這一點卻恰恰是我們這個課程的學生所缺少的，基于此，我非常地希望在這個專業(yè)、這個課程中，有專業(yè)的實驗室讓我們這群學生能夠進行實打實的器械操作，這樣才能真正地達到“格物致知”，“學為實用”啊。

第三篇：無線傳感網(wǎng)絡課程設計

無線傳感網(wǎng)絡 課程設計報告

姓名：胡韶輝 胡衎

2017

學號：139074377 139074376 班級：物131班 指導教師：衛(wèi)琳娜

年1月1日

無線傳感網(wǎng)絡課程設計

實驗

一、無線傳感網(wǎng)絡點對點通信實驗

1.實驗內(nèi)容

此實驗為驗證實驗，根據(jù)實驗步驟進行實驗，觀察結果是否與預期相符

2．實驗步驟

用IAR8.1打開路徑：C:UsersxsDesktop無線傳感器網(wǎng)絡課程設計無線傳感網(wǎng)實驗資料201604感知RF2-2530WSNV1.2代碼和例子程序Light_SwitchIDELight_Switchsrf05_cc2530IarLight_Switch.eww分別編譯并下載至兩個節(jié)點上，打開節(jié)點，左右鍵選擇/,選擇完成后按中間鍵確認，觀察LED燈顯示情況。3.實驗代碼及分析

/* 功 能：查找字符在索引中的哪一個位置 */ /**************************************************************************************************/ static u16 lookforChar(u8 ch){ uint16 i;for(i = 0;i < FONTLISTCOUNT;i ++){

if(fontList[i] == ch)

return i;} return i;}

//查中文

static u16 lookforChar16(u16 ch){ uint16 i,j;u16 temp16;for(i = 0;i < fontChar16ListCount;i ++){

j = i*2;

temp16 = fontChar16List[j + 1];

temp16 <<= 8;

temp16 |= fontChar16List[j];

if(temp16 == ch)

return i;} return i;}

/**************************************************************************************************/ /* 功 能：在指定位置輸出8*8 */ /**************************************************************************************************/ static void LcdPutChar8(u8 x,u8 y,u8 ch){ LcdBuf[y][x] = ch;} /**************************************************************************************************/ /* 功 能：在指定位置輸出16*16 */ /**************************************************************************************************/

/*static void LcdPutChar16(u8 x,u8 y,u16 ch){ LcdBuf[y][x] =(u8)ch;

//低前高后

LcdBuf[y+1][x] =(u8)(ch>>8);}

void LcdPutString8(u8 x,u8 y,u8 *ptr u8 len,u8 op){

u8 i,*tptr = ptr,xx = x,yy = y;u16 m;if(x > 95)

return;if(y > 1)

return;for(i = 0;i < len;i ++){

m = lookforChar(*tptr ++);

if(m!= FONTLISTCOUNT)

{

m = m * 8;

}

else

return;

xx += 8;

if(xx > 88)

return;} } */

void LcdClearRam(void){ u8 i;for(i = 0;i < 96;i ++){

LcdBuf[0][i] = 0;} for(i = 0;i < 96;i ++){

LcdBuf[1][i] = 0;} } void LcdClearScrean(void){ LcdClearRam();PutPic((void *)LcdBuf);}

void LcdPutString16_8(u8 x,u8 y,u8 *ptr,u8 len,u8 op){ u8 i,j,*tptr = ptr,xx = x,yy = y;u16 m;if(xx > 95)

return;if(yy)

return;

for(i = 0;i < len;i ++){

m = lookforChar(*tptr ++);

if(m!= FONTLISTCOUNT)

{

m = m * 16;

for(j = 0;j < 8;j ++)

{

if(op)

{

LcdPutChar8((xx + j),yy,font[m+j]);

LcdPutChar8((xx + j),yy+1,font[m+j+8]);

}

else

{

LcdPutChar8((xx + j),yy,~font[m+j]);

LcdPutChar8((xx + j),yy+1,~font[m+j+8]);

}

}

}

else

break;

xx += 8;

if(xx > 96)

return;} PutPic((void *)LcdBuf);} //顯示16*16字符

void LcdPutString16_16(u8 x,u8 y,u8 *ptr,u8 len,u8 op){ u8 i,j,*tptr = ptr,xx = x,yy = y;u16 m;if(xx > 95)

return;if(yy)

return;

for(i = 0;i < len;i ++){

m = lookforChar(*tptr ++);

if(m!= FONTLISTCOUNT)

{

m = m * 32;

for(j = 0;j < 16;j ++)

{

if(op)

{

LcdPutChar8((xx + j),yy,font[m+j]);

LcdPutChar8((xx + j),yy+1,font[m+j+16]);

}

else

{

LcdPutChar8((xx + j),yy,~font[m+j]);

LcdPutChar8((xx + j),yy+1,~font[m+j+16]);

}

}

}

else

break;

xx += 16;

if(xx > 80)

return;} PutPic((void *)LcdBuf);}

static void LcdPrint8(u8 x,u8 y,u8 vl,u8 op){ u8 j;u16 m;m = lookforChar(vl);if(m!= FONTLISTCOUNT){

m = m * 16;

for(j = 0;j < 8;j ++)

{

if(op)

{

LcdPutChar8((x + j),y,font[m+j]);

LcdPutChar8((x + j),y+1,font[m+j+8]);

}

else

{

LcdPutChar8((x + j),y,~font[m+j]);

LcdPutChar8((x + j),y+1,~font[m+j+8]);

}

} } } static void LcdPrint16(u8 x, u8 y, u16 val, u8 op){ u8 j;u16 m;m = lookforChar16(val);if(m!= fontChar16ListCount)

{

m = m * 32;

for(j = 0;j < 16;j ++)

{

if(op)

{

LcdPutChar8((x + j),y,fontChar16[m+j]);

LcdPutChar8((x + j),y+1,fontChar16[m+j+16]);

}

else

{

LcdPutChar8((x + j),y,~fontChar16[m+j]);

LcdPutChar8((x + j),y+1,~fontChar16[m+j+16]);

}

}

} }

void LcdPutDispBuf(u8 x,u8 y,OledCodeDataType *ptr,u8 op){ u8 tcount = x;OledCodeDataType *tptr = ptr;u16 temp16;if(x > 88)

return;if(y > 1)

return;while((*tptr!= '