無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本知識點(diǎn)

1、I無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述一、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的3個(gè)基本要素為傳感器、感知對象和觀察者。無線網(wǎng)絡(luò)是傳感器之間、傳感器與觀察者之間的通信方式，用于在傳感器與觀察者之間建立通信路徑；協(xié)作地感知、采集、處理、發(fā)布感知信息是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本功能。一組功能有限的傳感器協(xié)作地完成大的感知任務(wù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要特點(diǎn)。傳感器主要由感知單元、傳輸單元、存儲單元和電源組成，完成感知對象的信息采集、存儲和簡單的計(jì)算后，傳輸給觀察者以提供環(huán)境的決策依據(jù)。觀察者是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的用戶，是感知信息的接收和應(yīng)用者。觀察者可以是人，也可以是計(jì)算機(jī)或其它設(shè)備。感知對象是觀察者感興趣的監(jiān)測目標(biāo)，也是無線傳感器

2、網(wǎng)絡(luò)的感知對象。一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以感知網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的多個(gè)對象，一個(gè)對象也可以被多個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所感知。二、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)（1）硬件資源有限（2）電源容量有限（3）無中心（4）自組織（5）多跳路由（6）動態(tài)拓?fù)洌?）節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多，分布密集三、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的學(xué)術(shù)界研究進(jìn)展1、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（不太懂）2、通信協(xié)議無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議要有不同于傳統(tǒng)Ad Hoc和因特網(wǎng)通信協(xié)議的原因如下：（1） 傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量遠(yuǎn)大于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)；（2） 感知節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障的頻率要大于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)；（3） 感知節(jié)點(diǎn)要比因特網(wǎng)和Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)簡單；（4） 感知節(jié)點(diǎn)的能量有限；

3、（5） 因特網(wǎng)的數(shù)據(jù)報(bào)頭對于傳感器網(wǎng)絡(luò)來說太長，例如，每個(gè)節(jié)點(diǎn)必須有一個(gè)永久的地址。美國一些大學(xué)提出了有效的協(xié)議如下：包括談判類協(xié)議（如SPIN-PP協(xié)議、SPIN-EC協(xié)議、SPIN-BC協(xié)議、SPIN-RL協(xié)議）、定向發(fā)布類協(xié)議、能源敏感類協(xié)議、多路徑類協(xié)議、傳播路由類協(xié)議、介質(zhì)存取控制類、基于Cluster的協(xié)議、以數(shù)據(jù)為中心的路由算法。3、感知數(shù)據(jù)查詢處理技術(shù)四、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究熱點(diǎn)1、MAC層協(xié)議無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC層協(xié)議必須達(dá)到如下2目標(biāo)。（1）創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。由于數(shù)千個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)密集分散在感知區(qū)域，MAC層協(xié)議必須為數(shù)據(jù)傳輸建立通信鏈路。（2）在傳感器節(jié)點(diǎn)間公平有效的共享

4、通信資源。傳統(tǒng)的無線MAC層協(xié)議或者沒有考慮能源有效性，或者需要全局協(xié)調(diào)，因此，需要根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)簡單高效的MAC層協(xié)議。2、路由路由是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)核心問題。傳統(tǒng)的無線Ad Hoc路由技術(shù)通常不符合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的需求，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由必須考慮能源有效性需求，以數(shù)據(jù)為中心，或者利用位置信息進(jìn)行路由。在路由過程中同時(shí)需要考慮數(shù)據(jù)融合等操作。因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議既要有有效維持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸通路，又要減少網(wǎng)絡(luò)中的通信量，還要具有一定的魯棒性。3、能源感知計(jì)算如何有效節(jié)省能源是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)核心問題。能源節(jié)省涉及節(jié)點(diǎn)的能源管理、網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)能源優(yōu)化以及自適應(yīng)能源/精度

5、計(jì)算。在傳感器節(jié)點(diǎn)上，需要實(shí)現(xiàn)計(jì)算、通信和存儲相互協(xié)調(diào)的能源管理。在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，需要考慮通信的分布、拓?fù)涔芾?、?jì)算/通信的權(quán)衡以及如何減少通信的額外開銷。同時(shí)，需要網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用相互配合，實(shí)施自適應(yīng)能源/精度計(jì)算，有效減少能源消耗。4、自組織無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自組織可以通過2種方式實(shí)現(xiàn)，或者以層次結(jié)構(gòu)的方式進(jìn)行管理，或者采用對等管理方案。層次結(jié)構(gòu)管理方案涉及組的自動生成，可以按照固定大小生成組，或者按照環(huán)境和應(yīng)用的相關(guān)屬性生成組。在對等方式管理中，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)地位相同，需要研究如何通過局部對等的交互完成全局目標(biāo)。5、時(shí)間和空間約束無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的物理耦合性，導(dǎo)致其必須使用物理時(shí)間對所感知的事件建立

6、關(guān)聯(lián)，而傳感器節(jié)點(diǎn)又通常基于空間關(guān)系決定所要采取的動作。因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有時(shí)間和空間的約束關(guān)系。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的許多應(yīng)用，如數(shù)據(jù)融合、信號處理，需要多個(gè)節(jié)點(diǎn)具有彼此同步的物理時(shí)鐘。為了達(dá)到能源有效性，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘同步應(yīng)充分按照硬件特性，并考慮同步機(jī)制和同步方式。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)不應(yīng)持續(xù)同步，而應(yīng)在需要時(shí)同步，同時(shí)為了消除網(wǎng)絡(luò)延遲的影響，應(yīng)在接收者之間進(jìn)行同步。 位置是建立傳感器節(jié)點(diǎn)空間關(guān)系的一種機(jī)制。在普及計(jì)算中，位置作為一種重要的上下文信息，得到深入研究。但其解決方法大多需要事先組織，不能適應(yīng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)任意部署、規(guī)模大的特點(diǎn)。對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)而言，其位置系統(tǒng)必須具有良好的可

7、擴(kuò)展性、容錯(cuò)性和健壯性，并能夠適應(yīng)資源有限的約束。6、編程模型為了有效支持無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，還需考慮編程模型的問題。目前存在兩種編程模型：分布數(shù)據(jù)庫模型和分布虛擬機(jī)模型。分布數(shù)據(jù)庫模型支持說明性語言，可使用擴(kuò)展SQL語言編寫應(yīng)用，能夠有效支持無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)查詢操作，但對協(xié)同信號處理等應(yīng)用支持不足。分布虛擬機(jī)模型支持傳統(tǒng)過程式語言，提高高層指令，可有效減少代碼的長度，并可實(shí)現(xiàn)自動代碼劃分、放置與遷移。除此之外，還可考慮如Tuple Spac 等模型，并考慮能否從并行計(jì)算中得到啟發(fā)。7、協(xié)同的信號處理無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的許多應(yīng)用（如多目標(biāo)跟蹤、目標(biāo)識別），需要多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)相互交換獲取的多種數(shù)

8、據(jù)協(xié)同處理才能完成。傳統(tǒng)的信號處理方法主要研究在無限資源下如何優(yōu)化估計(jì)。而對于能源有限和多種應(yīng)用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)而言，仔細(xì)選擇參與協(xié)作的節(jié)點(diǎn)，根據(jù)資源消耗或應(yīng)用需要均衡信息分布，是至關(guān)重要的問題。特別由于網(wǎng)絡(luò)密集分布特性，產(chǎn)生的信息高度冗余，而網(wǎng)絡(luò)帶寬又嚴(yán)重受限，高效的數(shù)據(jù)融合算法將非常重要。8、安全無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可能會遇到竊聽、消息修改、消息注入、路由欺騙、拒絕服務(wù)、惡意代碼等安全威脅。另外，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，安全的概念也發(fā)生了變化，通信安全是其中重要的一部分，隱私保護(hù)日漸重要，而授權(quán)重要性則降低。目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全研究僅處于起步階段，需依據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的

9、安全威脅，研究新型的安全協(xié)議和安全策略。II 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)一、 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成二、 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)生成過程無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的形成方式多種多樣，它以實(shí)際需求為目的，按照合理的體系結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議進(jìn)行快速組網(wǎng)。其生成過程歸納起來，主要有4步。第1步，傳感器節(jié)點(diǎn)通過人工、機(jī)械、飛行器空投等方法進(jìn)行隨機(jī)的撒播；第2步，撒放后的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入到自檢和啟動喚醒狀態(tài)，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)會發(fā)出信號監(jiān)控并記錄周圍傳感器節(jié)點(diǎn)的工作情況；第3步，這些傳感器節(jié)點(diǎn)會根據(jù)監(jiān)控到周圍傳感器節(jié)點(diǎn)的情況，采用相關(guān)的組網(wǎng)算法，從而按預(yù)設(shè)方式或規(guī)律結(jié)合形成網(wǎng)絡(luò)；第4步，組成網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)有效的路由算法選擇合適的路徑

10、進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。三、 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一般包括傳感器節(jié)點(diǎn)（Sensor Node）和匯聚節(jié)點(diǎn)（Sink Node）。節(jié)點(diǎn)的布置過程是通過人工、機(jī)械、飛行器空投等隨機(jī)放置的方式完成的，密集地隨機(jī)散落在被監(jiān)測區(qū)域內(nèi)。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作區(qū)域的節(jié)點(diǎn)數(shù)量多、規(guī)模大，一般采取聚類分層的管理模式，下圖給出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的一般形式。節(jié)點(diǎn)布置好以后，以自組織形式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，通過多跳中繼方式將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送到Sink節(jié)點(diǎn)，Sink節(jié)點(diǎn)也可以用同樣的方式將信息發(fā)送給各節(jié)點(diǎn)。最終借助長距離或臨時(shí)建立的Sink鏈路將整個(gè)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程中心進(jìn)行集中處理。Sink鏈路建立的方式有衛(wèi)星鏈路

11、、撒播節(jié)點(diǎn)區(qū)域上空的無人機(jī)等。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)根據(jù)需求和應(yīng)用環(huán)境的不同，其體系結(jié)構(gòu)將在一般形式基礎(chǔ)上作相應(yīng)的改進(jìn)。下圖描述的是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的一種應(yīng)用形式。四、 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧1、 協(xié)議棧概況圖 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧結(jié)構(gòu)（1）應(yīng)用層1）傳感器管理協(xié)議（SMP） 系統(tǒng)管理員通過SMP和傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。SMP要訪問節(jié)點(diǎn)，就必須運(yùn)用基于定位尋址的方式。2)任務(wù)分配和數(shù)據(jù)廣告協(xié)議（TADAP） 從用戶的角度，整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)看起來更像一個(gè)數(shù)據(jù)庫，可以從里面查詢需要的信息。如何按照一定的屬性查詢信息是個(gè)重要的課題，它包括查詢數(shù)據(jù)的組成形式、查詢數(shù)據(jù)的路由選擇等，合理的選擇查詢屬性和路由可以有效

12、地節(jié)省能量。除了查詢以外，另一個(gè)方向是有用數(shù)據(jù)的廣播，如何使有用的信息快速準(zhǔn)確的傳播到需要使用這些信息的節(jié)點(diǎn)處，同時(shí)又不造成廣播泛濫，節(jié)省寶貴的能量也是亟待解決的問題。傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要運(yùn)行方式就是“感興趣”分發(fā)機(jī)制。用戶發(fā)送他們所感興趣的內(nèi)容給傳感器節(jié)點(diǎn)、子集節(jié)點(diǎn)或整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)。用戶所感興趣的內(nèi)容包括整個(gè)環(huán)境的某一特定屬性或者某一觸發(fā)事件。另外一種方法是節(jié)點(diǎn)把所獲取的數(shù)據(jù)簡要的，以廣告的方式發(fā)送回用戶，用戶啟用詢問機(jī)制，選擇他們所感興趣的數(shù)據(jù)。應(yīng)用層協(xié)議用軟件的形式，以有效的界面為用戶提供所感興趣的消息，這對底層操作很有用處，例如路由。3）傳感器查詢和數(shù)據(jù)分發(fā)協(xié)議（SQDDP）SQDDP

13、把查詢結(jié)果通過界面的形式提供給用戶。應(yīng)注意的是，這些查詢結(jié)果通常不只是某些特定節(jié)點(diǎn)發(fā)出的。而是基于某些屬性或基于某些位置。例如，溫度超過60的節(jié)點(diǎn)所在位置，就是基于屬性進(jìn)行尋址的查詢。類似地，“獲取區(qū)域A地溫度”就是基于位置地查詢。但是，對于每一個(gè)不同的傳感器應(yīng)用領(lǐng)域，SQDDP可能是唯一的。（2）傳輸層當(dāng)傳感器網(wǎng)絡(luò)需要和Internet或其他外部網(wǎng)絡(luò)連接的時(shí)候，傳輸層就尤其顯得重要。然而，對于傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸層的研究不多。目前，基于傳輸窗口機(jī)制的TCP協(xié)議并不能完全和傳感器網(wǎng)絡(luò)相匹配。必須有一種方法使傳感器網(wǎng)絡(luò)能和別的網(wǎng)絡(luò)相互聯(lián)系。在這種方法中，TCP連接以Sink節(jié)點(diǎn)結(jié)尾，同時(shí)一種傳輸協(xié)議能

14、夠處理Sink節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)的通信。這樣，用戶和Sink節(jié)點(diǎn)之間以UDP或TCP的方式通過Internet或衛(wèi)星來通信。另一方面，在Sink節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)之間，純粹通過UDP的方式來通信，這是因?yàn)槊總€(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的存儲能力有限。這和TCP協(xié)議不一樣，在傳感器網(wǎng)絡(luò)中的端到端通信方式?jīng)]有基于全球地址的通信方式。這種方式必須考慮運(yùn)用基于屬性進(jìn)行尋址命名的方式，顯示數(shù)據(jù)包的目的。因此，就需要一種新的傳輸層協(xié)議。研究傳輸層協(xié)議是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。尤其是硬件的限制，這包括能量和存儲容量的限制。因此，傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)不能像Internet網(wǎng)絡(luò)服務(wù)那樣存儲大量的數(shù)據(jù)。因此，在Sink節(jié)點(diǎn)處必須分離端到端

15、的通信方式，在傳感器網(wǎng)絡(luò)中采用UDP類型的協(xié)議，在Internet或衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中采用傳統(tǒng)的TCP/UDP協(xié)議。（3）網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層主要研究傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和各種傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。傳感器通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議第1方面的研究是通過分析模擬，研究現(xiàn)有通信協(xié)議的性能，確定各種現(xiàn)有協(xié)議對于傳感器網(wǎng)絡(luò)的可用性及其優(yōu)缺點(diǎn)。傳感器通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議第2方面的研究是以數(shù)據(jù)為中心的新的通信協(xié)議的研究，包括通用能源有效性路由算法、面向應(yīng)用的能源有效性路由算法的研究、動態(tài)傳感器網(wǎng)絡(luò)的路徑重構(gòu)技術(shù)的研究。除了上述2個(gè)方面的研究問題，網(wǎng)絡(luò)層還有很多其他方面的研究問題，如可擴(kuò)展的強(qiáng)壯傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的研究、傳感器節(jié)點(diǎn)的自適應(yīng)控制技術(shù)的研究、資源

16、受限的傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)策略和性能優(yōu)化技術(shù)的研究、具有局部信息管理能力的能源極低的傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與管理技術(shù)的研究、感知數(shù)據(jù)處理策略的研究、異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究、傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全與認(rèn)證機(jī)制的研究、嵌入與組合系統(tǒng)技術(shù)的研究、能源有效的介質(zhì)存取、錯(cuò)誤控制和流量管理技術(shù)的研究、移動傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究、傳感器網(wǎng)絡(luò)的自擴(kuò)展、自適應(yīng)和自重構(gòu)技術(shù)的研究、傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)協(xié)作和分組管理技術(shù)的研究、傳感器網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)間同步技術(shù)的研究、數(shù)據(jù)分發(fā)、融合和信息處理技術(shù)的研究、仿真技術(shù)與仿真系統(tǒng)的研究等。一個(gè)區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)的分布是不均勻的散落在各個(gè)位置。Ad Hoc路由技術(shù)以及已有的路由技術(shù)并不適合傳感器網(wǎng)絡(luò)

17、的要求，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)和傳感器網(wǎng)絡(luò)的不同之處：(a)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的感知節(jié)點(diǎn)的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)；(b)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的感知節(jié)點(diǎn)被密集的分布；(c)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的感知節(jié)點(diǎn)容易失效；(d)傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化頻率快；(e)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的感知節(jié)點(diǎn)采用廣播的方式通信，而Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是基于點(diǎn)對點(diǎn)的通信；(f)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的感知節(jié)點(diǎn)的能量、計(jì)算能力和存儲能力都有限；(g)由于傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量太大而可能不需要唯一標(biāo)識（ID）。那么傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議必須達(dá)到什么要求呢？(a)能量效率始終是需要重點(diǎn)考慮的；(b)傳感器網(wǎng)絡(luò)總的來說就是一個(gè)數(shù)據(jù)庫；(c)在不打擾傳感器節(jié)點(diǎn)之間相互合作的前

18、提下，進(jìn)行數(shù)據(jù)融合；(d)一個(gè)理想的傳感器網(wǎng)絡(luò)必須是基于屬性進(jìn)行尋址和位置明確。以下是一個(gè)能量效率路由的例子，用下圖來說明每一個(gè)步驟。節(jié)點(diǎn)T是一個(gè)源節(jié)點(diǎn)，用來感知環(huán)境。它有如下4條路徑可以和Sink節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信（其中：PA是可用能量；是把數(shù)據(jù)包通過所選路徑傳輸所需的能量）。路由1：Sink-A-B-T，total PA=4，total =3。路由2：Sink-A-C-T，total PA=6，total =6。路由3：Sink-D-T，total PA=3，total =4。路由4：Sink-E-F-T，total PA=5，total =6。(a) 最大可用能量（PA）路由：把一條擁有最大可

19、用能量的路徑作為首選路由。通過把沿著某條路徑所有節(jié)點(diǎn)的PA進(jìn)行相加，找出其值最大的一條路徑?；谶@種算法，在下圖中應(yīng)該選擇路由2。但是，路由2包括了路由1的節(jié)點(diǎn)和一個(gè)額外的節(jié)點(diǎn)。因此，雖然路由2擁有最大值PA，但是它不是能量有效路由。如果傳感器節(jié)點(diǎn)和Sink節(jié)點(diǎn)之間存在如上情況可2選1的路徑，那么這兩條路徑都可以不考慮，這一點(diǎn)很重要。那么，就應(yīng)該把路由2刪除。在利用最大PA路由方法時(shí)，則應(yīng)該選擇路由4作為能量有效路由。(b) 最小能量（ME）路由：選擇一條路徑，能在Sink節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)間用最小能量傳輸數(shù)據(jù)包，這就是最小能量（ME）路由。在下圖中，路由1 為最小能量（ME）路由。(c) 最小

20、跳數(shù)（MH）路由：把到達(dá)Sink節(jié)點(diǎn)所需最小跳數(shù)的路徑作為首選路由。在圖中，基于該方案的路由應(yīng)為路由3。值得注意的是，當(dāng)總能量相等的時(shí)候，ME方案選擇同樣的路由作為ME，所有的值一樣，被用于每一條連接。因此，當(dāng)節(jié)點(diǎn)以相同的能量進(jìn)行廣播，不加入任何能量控制，那么MH就等同于ME。另外一個(gè)重要問題就是，路由機(jī)制也必須要基于數(shù)據(jù)為中心。在數(shù)據(jù)-中心路由協(xié)議中，執(zhí)行信息分發(fā)，給每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)分配感知任務(wù)。有2種方法用于信息分發(fā)：Sink節(jié)點(diǎn)廣播消息；傳感器節(jié)點(diǎn)廣播所獲取數(shù)據(jù)的消息，等待Sink節(jié)點(diǎn)的查詢消息。數(shù)據(jù)-中心路由要求基于屬性的命名。傳感器網(wǎng)絡(luò)是以數(shù)據(jù)為中心（Data-Centric）的網(wǎng)絡(luò)。

21、以數(shù)據(jù)為中心是指中繼節(jié)點(diǎn)可以查看數(shù)據(jù)內(nèi)容并進(jìn)行處理。對于用戶來說，感興趣的是傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，而不是傳感器本身。用戶會查詢“溫度高于60的區(qū)域在哪里”，而不是查詢“A節(jié)點(diǎn)測出的溫度為多少”。因此，數(shù)據(jù)融合技術(shù)是很有用的。用戶發(fā)出查詢指令通過Sink節(jié)點(diǎn)進(jìn)行“興趣”分發(fā)，符合查詢條件的多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)將會把信息傳回Sink節(jié)點(diǎn)。在多個(gè)源節(jié)點(diǎn)和同一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)通信時(shí)，可以通過網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的數(shù)據(jù)融合將各處傳感器節(jié)點(diǎn)的信息更加簡練、明白地展現(xiàn)給用戶。這不僅避免了數(shù)據(jù)冗余，提供了通信效率，也節(jié)約了能量。在數(shù)據(jù)-中心路由算法中，數(shù)據(jù)融合技術(shù)被用于解決數(shù)據(jù)閉塞和重疊的問題。數(shù)據(jù)融合技術(shù)是一種數(shù)據(jù)局部處理策略。所謂數(shù)

22、據(jù)融和從軍事應(yīng)用的角度來看，是指將來自多傳感器和信息源的數(shù)據(jù)和信息加以聯(lián)合（Association）、相關(guān)（Correlation）和組合（Combination），以獲得精確的位置估計(jì)和身份估計(jì)，以及對戰(zhàn)場情況和威脅及其重要程度進(jìn)行適時(shí)的完整評價(jià)。目前，盡管關(guān)于數(shù)據(jù)融合技術(shù)還沒有形成一套完整的理論體系和方法，但是，致力于該項(xiàng)技術(shù)的研究在增加。這一技術(shù)，通常用“倒樹”多點(diǎn)傳送的方式來感知傳感器網(wǎng)絡(luò)。Sink節(jié)點(diǎn)詢問傳感器節(jié)點(diǎn)，傳感器節(jié)點(diǎn)報(bào)告所監(jiān)控環(huán)境的情況。當(dāng)擁有同一環(huán)境屬性的傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)到達(dá)同一路由節(jié)點(diǎn)時(shí)，這些數(shù)據(jù)融合起來，通過這一方法返回到Sink節(jié)點(diǎn)。例如，傳感器節(jié)點(diǎn)E融合了節(jié)點(diǎn)A和

23、B的數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)F融合了節(jié)點(diǎn)C和D的數(shù)據(jù)。從許多傳感器節(jié)點(diǎn)把數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，從而能夠形成一條很有意義的信息。同時(shí)，我們在進(jìn)行數(shù)據(jù)融合時(shí)也必須留意不要把一些數(shù)據(jù)丟失，例如傳感器節(jié)點(diǎn)所報(bào)告自己的位置等。在某些運(yùn)用中，這些特殊的數(shù)據(jù)是必須的。到目前為止，研究人員提出的數(shù)據(jù)融合方法不少，其中，波束生成（Beamforming）算法是一類在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用較多的具有代表性的方法。波束生成算法將多個(gè)傳感器采集的信號進(jìn)行過濾、組合：式中：Si(n)表示第i個(gè)傳感器采集的信號；Wi(n)表示第i個(gè)信號的權(quán)重過濾器；N表示參與該次融合的傳感器數(shù)量；L表示過濾器的開關(guān)（Tap）數(shù)量。權(quán)重過濾器用于滿足最優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)。

24、一些波束生成算法如最小均方（LMS，Least Mean Squared）誤差方法和最大能量波束生成（Maximum Power Beamforming）算法均致力于開發(fā)性能優(yōu)良的權(quán)重過濾器。這些算法都在能量和性能之間選擇一種折中方案。比如：最大能量波束生成算法具備在不了解傳感器位置的前提下執(zhí)行盲目波束生成（Blind Beamforming）的能力，然而，這種算法計(jì)算量過于集中，意味著執(zhí)行該任務(wù)的節(jié)點(diǎn)很快耗盡有限的能量。網(wǎng)絡(luò)層另外一個(gè)重要功能就是為Internet網(wǎng)絡(luò)提供外部網(wǎng)絡(luò)，例如其他的傳感器網(wǎng)絡(luò)，命令和控制系統(tǒng)。在某一特定時(shí)刻，Sink節(jié)點(diǎn)能夠作為一個(gè)網(wǎng)關(guān)，成為和別的網(wǎng)絡(luò)通信的中樞。以

25、下討論為傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)層提出的各種方案。節(jié)點(diǎn)計(jì)算所需消耗的能量（處理器能量模型）按以下公式計(jì)算：式中：N是每個(gè)任務(wù)所需的時(shí)鐘周期數(shù)；C是每個(gè)時(shí)鐘周期的平均電容量；Vdd是供應(yīng)電壓值。處理器非正常（即泄漏）消耗的能量：節(jié)點(diǎn)在滿負(fù)荷運(yùn)行的時(shí)候，Eleak值可以忽略不計(jì)。但是在處理器處于低負(fù)載狀態(tài)下，Eleak值占總能耗值的比重變得較大，計(jì)算能耗需要考慮Eleak值。目前，針對計(jì)算能耗所采取的節(jié)約措施主要有：（1）對節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行局部處理，如采用上述的數(shù)據(jù)融合技術(shù)，減少網(wǎng)絡(luò)總計(jì)算量；（2）節(jié)點(diǎn)采用支持DVS（Dynamic Voltage Sealing）技術(shù)的微處理器芯片（如Strong AR

26、M SA-1100），同時(shí)安裝具有動態(tài)能量管理（DPM，Dynamic Power Management）功能的嵌入式操作系統(tǒng)（如MIT的-OS）。節(jié)點(diǎn)u和v之間傳輸數(shù)據(jù)所需要的能量可以用模型來表示。其中：t是常數(shù)；表示節(jié)點(diǎn)u和v之間距離；n2，路徑傳輸消耗指數(shù)。接收數(shù)據(jù)所需能量為c。通過節(jié)點(diǎn)u和v之間距離的第n個(gè)能量，當(dāng)值增大，在節(jié)點(diǎn)u和v之間直接傳輸數(shù)據(jù)需要的能量就更多。用r表示節(jié)點(diǎn)u（比如u0）和節(jié)點(diǎn)v（比如uk）之間的路徑，那么，長度為k。節(jié)點(diǎn)u0和uk之間消耗的總能量為式中：是節(jié)點(diǎn)ui和ui+1之間傳輸數(shù)據(jù)所需要的能量；c是接收數(shù)據(jù)所需要的能量。網(wǎng)絡(luò)層主要關(guān)注于路由技術(shù)。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量有限，所以路由設(shè)計(jì)一般將能效高放在第1位，將服務(wù)質(zhì)量（QoS）放在第2位考慮，因此無線傳感器網(wǎng)絡(luò)必須設(shè)計(jì)新的講究高能效的路由協(xié)議。如新的SPIN、Dir