沈阳理工大学学士学位论文
尽而准确的信息，通过无线网络最终发送给观察者。在环境监测、医疗护理、抢 险救灾、智能家居、工业生产控制以及商业等领域具有广阔的应用前景。
1.2 国内外技术研究现状
目前，国内外WSN研究主要集中于网络协议、能量、定位、可靠性、网络架构以及数据处理等问题，网络协议的研究是其中的热点之一。针对无线自主网络的特点，经过多年的研究，国内外的研究人员相继提出了许多专门应用于无线自主网络的路由协议。目前提出的各种路由协议基本上可以按照三种思路进行分类。
(1) 按照获取路由信息的时机分类，可分为主动路由协议和按需路由协议。主动路由有DSDV、WRP、STARA；按需路由协议主要有DSR、AODV。
(2) 按照网络的层次分类，可分为平面结构路由和层次结构路由。平面路由协议主要有flooding、SPIN、DD、HREEMR、SAR；层次结构路由主要有LEACH、PEGASIS等。
(3) 按照协议的功能分类，可分为支持地理定位辅助路由和不支持地理定位辅助路由；支持服务质量QoS的路由协议和不支持QoS的路由协议；支持组播通信的路由协议和不支持组播通信的路由协议等。地理定位辅助协议主要有MECN和SMECN。
无线传感器网络的研究起始于20世纪90年代末期，由于具有巨大的应用价值，它己经引起了世界许多国家的军事界、工业界和学术界的极大关注。从2000年起，国际上开始出现一些有关传感器网络研究的报道，美国自然科学基金委员会2003年制定了传感器网络研究计划，支持相关基础理论的研究。在美国自然科学基金委员会的推动下，美国的加州大学伯克利分校、麻省理工学院、康奈尔大学、加州大学洛杉矶分校等学校开始了传感器网络的基础理论和关键技术的研究。美国国防部和各军事部门都对传感器网络高度重视，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目。美国英特尔公司、微软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、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。
我国在WSN方面的研究工作刚刚开始，清华大学、电子科技大学、哈尔滨工业大学等单位已经进行了该领域的研究工作，但目前主要集中在介绍国外的研究进展，提出新的研究问题，尚未见有新的协议提出。由于WSN是一门新兴技术，IEEE尚未成立WSN的标准制定小组，美国也是在2000年才开始出现一些有关WSN研究结果的报道，
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所以国内与国际水平的差距并不大，电子科技大学计算机学院正在开展WSN路由协议的设计和仿真工作，力争在5年内达到国际水平。但WSN尚未达到完全实用阶段，大部分工作仍处在仿真和实验阶段，仿真规模在数百至数千个节点，实验规模在几十个节点左右。
1.3 课题研究的目的和意义
如前所述，WSN有着广泛而有价值的应用领域，比如水工建筑物安全监测，大型工程建筑物的运行安全，结合现代监测理论及WSN技术，布置节点实现无人值守，为设计施工及时反馈信息，对减轻观测的劳动强度，提高安全监控的技术水平，具有重大的社会经济效益和应用价值。而在个人通信和接入网等方面的应用则具有良好的商业前景。因此，对WSN网络技术的研究既有重要的社会意义又蕴含着潜在的经济价值。因此它已经引起了世界工业界和学术界的极大关注，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。而从网络层模型的角度分析，每一层都有需要结合WSN的特点进行细致研究的问题，己有的研究主要集中在网络层和链路层。
网络数据传输离不开路由协议，路由协议是其组网的基础。路由技术是WSN通信层的核心技术。路由选择问题是WSN网络构建时所要着重考虑的一个问题，从路由的角度来看，WSN有其自身的特点，使它既不同于传统网络，又不同于无线自组网Ad hoc网络。传统的无线Ad hoc网络路由协议不适合用于WSN，我们必须设计全新的、适合于WSN特点的路由协议。
路由协议作为影响网络性能的一个重要因素，是确保WSN网络正常运行的关键。虽然己提出了很多的协议，但是到底那一种是最合适的还没有一个定论。因此研究这些路由协议，比较分析哪一种路由协议是相对合适的显得尤为重要，也是此论文的意义所在。本课题重点研究基于无线传感器网络的泛洪式路由协议，无限传感器网络节点数量庞大、单个节点资源有限，其路由协议设计的首要目标是提高能量有效性，延长网络寿命。本文总结了WSN的概念、结构、特点，分析了WSN的关键性技术问题及网络协议；研究了WSN的网络协议体系和路由协议的分类，分析比较了目前国内外学者提出的集中有代表性的路由协议及其性能优缺点；选择了flooding路由协议为研究重点，分析了该路由算法的具体实现，并采用MATLAB网络仿真工具对flooding路由协议进行了整体仿真，并对其数据进行了分析。
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2 WSN综述
无线传感器网络是传感器技术、网络通信和计算机技术的集大成者，是一种全新的信息获取和处理技术。美国《技术评论》杂志在论述未来新兴十大技术时, 更是将无线传感器网络名列第一；美国Business Week 预测的未来四大新技术：效用计算、传感器网络、塑料电子学和仿生人体器官，无线传感器网络也列入其中。有专家预计，无线传感器网络的广泛应用是一种必然趋势，它的出现将会给人类社会带来极大的变革。
2.1 WSN的概念
无线传感器网络是由一个个具有数据采集、计算和通信能力的传感器节点，通过自组织网络形成的一个动态、自适应的分布式计算平台。每个传感器都是典型的嵌入式系统，具有存储容量小、运算能力差、功耗低、易失效的特点。
2.2 WSN的结构
2.2.1 节点结构
在不同应用中，传感器节点的结构不尽相同，但一般都由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分组成，如图2.1所示。传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换，传感器的类型是由被监测物理信号的形式决定的，如用于温度监测的铂电阻传感器，用于压力传感的电容式传感器等;处理器模块负责控制整个传感器节点的操作，存储和处理本身采集的数据以及其他节点发送来的数据;无线通信模块负责与其他传感器节点进行无线通信，交换控制信息和收发采集数据;能量供应模块为传感器节点提供运行所需的能量，通常采用微型电池，不过已有公司探索从周围环境取得能量并将其转换成微瓦电能的方法。
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能量供应模块
图2.1 传感器网络节点结构
处理器 传感器 AC/DC 存储器 网络 MAC 无线通信模块 处理器模块 收发器 传感器模块 2.2.2 网络体系结构
在传感器网络中,节点任意散落在被监测区域内,这一过程是通过飞行器撒播、人工埋置和火箭弹射等方式完成的。节点以自组织形式构成网络,通过多跳中继方式将监测数据传到sink节点,最终借助长距离或临时建立的sink链路将整个区域内的数据传送到远程中心进行集中处理。卫星链路可用作sink链路,借助游弋在监测区上空的无人飞机回收sink节点上的数据也是一种方式,UC Berkeley在进行UAV(unmanned aerial vehicle)项目的外场测试时便采用了这种方式。如果网络规模太大,可以采用聚类分层的管理模式,图2.2给出了传感器网络体系结构一般形式的描述。
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图2.2 传感器网络的体系结构
2.3 WSN协议栈
无线传感器网络协议栈包括物理层、数据链路层、网络层、传输联网协议栈的五层协议相对应，如图2.3所示。另外，协议栈还包括动管理平台和任务管理平台。这些管理平台使得传感器节点能够按照同工作，在节点移动的传感器网络中转发数据，并支持多任务和资源平台的功能如下：
(1) 物理层提供简单但健壮的信号调制和无线收发技术； (2) 数据链路层负责数据成帧，帧检测、媒体访问和差错控制； (3) 网络层主要负责路由生成与路由选择；
(4) 传输层负责数据流的传输控制，是保证通信服务质量的重要； (5) 应用层包括一系列基于监测任务的应用层软件；
(6) 能量管理平台管理传感器节点如何使用能源，在各个协议层量；
(7) 移动管理平台检测并注册传感器节点的移动，维护到汇聚节感器节点能够动态跟踪其邻居的位置；
(8) 任务管理平台在一个给定的区域内平衡和调度检测任务。
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