（计算机系统结构专业论文）无线传感器网络能量有效分簇路由协议pecrp的研究与应用.pdf

原创性声 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 究做出重要贡献的个人和集体，均已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：丛日论文作者签名：! f ：仝 日 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：继导师签名： 1 4 本文的组织结构7 第二章无线传感器网络路由协议一9 2 1 无线传感器网络路由协议的分类一9 2 2 无线传感器网络平面路由协议1 1 2 2 1f l o o d i n g 1 1 2 2 2d d ( d i r e c t e dd i f f u s i o n ) 1 2 2 2 3s p i n ( s e n s o rp r o t o c o lf o ri n f o r m a t i o nv i an e g o t i a t i o n ) 一1 3 2 2 4m t e ( m i n i m u mt r a n s m i s s i o ne n e r g y ) 15 2 3 无线传感器网络层次路由协议1 5 2 3 1l e a c h ( l o w e n e r g ya d a p t i v ec l u s t e r i n gh i e r a r c h y ) 1 6 2 - 3 2h e e d ( h y b r i de n e r g y - e f f i c i e n td i s t r i b u t e dc l u s t e r i n ga p p r o a c h ) 1 7 2 3 3p e g a s i s ( p o w e r - e f f i c i e n tg a t h e r i n gi ns e n s o ri n f o 肿a t i o ns y s t e m s ) l8 2 3 4d e e c ( d i s t r i b u t e de n e r g y - e f f i c i e n tc l u s t e r i n ga l g o r i t h m ) 1 9 2 4 以上各个路由协议分析与总结2 0 2 4 1 各项性能指标对比2 0 2 4 2 优缺点总结2 0 2 5 本章小结2 0 第三章p e c i 冲路由协议的分析与设计2 2 3 1p e c r p 协议网络模型2 2 3 1 1 传输能量模型2 2 3 1 2 网络拓扑模型2 3 3 2p e c r p 协议分析2 4 3 2 1p e c r p 协议多跳传输的耗能性分析2 4 3 2 2p e c r p 协议非均匀分簇的圈效应2 7 3 3p e c r p 协议设计2 8 3 3 1 协议的前提条件2 8 3 3 2 簇头节点选择阶段2 9 3 3 3 簇形成阶段3 2 3 3 4 数据传输阶段3 3 山东大学硕士学位论文 3 4 本章小结3 5 第四章p e c r p 路由协议的仿真与分析3 7 4 1 仿真平台介绍3 7 4 2 仿真场景与参数3 7 4 3 仿真结果与分析3 9 4 3 1 最优簇头数选择3 9 4 3 2 网络生存时间4 0 4 3 3 簇头接收数据量4 1 4 3 4b s 接收数据量4 2 4 4 本章小结4 2 第五章p e c r p 路由协议的应用设计4 4 5 1 无线传感器网络的硬件技术标准- 一4 4 5 2p e c r p 协议传感器节点的硬件设计4 6 5 2 1 处理器模块设计4 7 5 2 2 无线通信模块设计5l 5 2 3 传感器模块设计5 2 5 3 本章小结5 4 第六章总结与展望5 5 6 1 全文总结5 5 6 2 研究展望5 6 ， 一l 甜 酡 一 一 一 ；| ；| ；| | 录 | | 目 ；| 文 论 ；| 术 学 的 表 发 ；| 问 i | | | 期献谢位 文 学 考 读 参致攻 产 东大学硕+ 学何论文 t a b l eo fc o n te 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 c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1b a c k g r o u n da n dm e a n i n g 1 1 2 c u r r e n tr e s e a r c h e s ：； 1 2 1r e s e a r c ho nr o u t i n gp r o t o c o lo f w s n 3 1 2 2r e s e a r c ho nd e s i g no fs e n s o rn o d eo f w s n 4 1 2 3r e s e a r c ho nl o c a t i n gt e c h n o l o g yo f w s n 6 1 3c o n t e n to f t h i sd i s s e r t a t i o na n dm a i nw b r k 6 1 4o r g a n i z a t i o no f t h i sd i s s e r t a t i o n 7 c h a p t e r2r o u t i n gp r o t o c o lo f w s n 9 2 1s o r t so f w s n 9 2 2p l a n er o u t i n gp r o t o c o l so f w s n 1 l 2 2 1f l o o d i n g 1 1 2 2 2d d ( d i r e c t e dd i f f u s i o n ) 1 2 2 2 3s p i n ( s e n s o rp r o t o c o lf o ri n f o r m a t i o nv i an e g o t i a t i o n ) 1 3 2 2 4m t e ( m i n i m u mt r a n s m i s s i o ne n e r g y ) 1 5 2 3h i e r a r c h i c a lr e u t i n gp r o t o e e l so f w s n 1 5 2 3 1l e a c h ( l o w e n e r g ya d a p t i v ec l u s t e r i n gh i e r a r c h y ) 1 6 2 3 2h e e d ( h y b r i de n e r g y - e f f i c i e n td i s t r i b u t e dc l u s t e r i n ga p p r o a c h ) 1 7 2 3 3p e g a s i s ( p o w e r - e f f i c i e n tg a t h e r i n gi ns e n s o ri n f o r i l l a t i o ns y s t e m s ) 1 8 2 3 4d e e c ( d i s t r i b u t e de n e r g y e f f i c i e n tc l u s t e r i n ga l g o r i t h m ) 1 9 2 4a n a l y s ea n ds u m m a r i z a t i o no ft h er o u t i n gp r o t o c o l sa b o v e 2 0 2 4 1c o n t r a s t so f p e r f o r m a n c e s ：! ( ) 2 4 2s u m m a r i z a t i o no f a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s 2 0 2 5s u m m a r y 2 0 c h a p t e r3a n a l y s ea n dd e s i g no f p e c r p 2 2 3 1n e t w o r km o d e lo f p e c r p 2 2 3 1 1e n e r g ym o d e l 2 2 3 1 2t o p o l o g ym o d e l 2 3 3 2a n a l y s eo f p e c r p ：! z i 3 2 1a n a l y s eo fm u l t i h o pt r a n s m i s s i o ni np e c r p 2 4 3 2 2u n e v e nc l u s t e r i n ga n dc i r c l ed o m i n oe f f e c ti np e c r p 2 7 3 3d e s i g no f p e c r p 2 8 3 3 1h y p o t h e s i so fp e c r p 2 8 3 3 2p h a s eo f c l u s t e rh e a ds e l e c t i n g 2 9 3 3 3p h a s eo fc l u s t e r i n gf o r m i n g 3 2 3 3 4p h a s eo f d a t a t r a n s m i s s i o n 3 3 ：i 4s u m m a r y 31 ； c h a p t e r4s i m u l a t i o no f p e c r p 3 7 j j 山东大学硕士学位论文 4 1s i m u l a t i o np l a t f o r m 3 7 4 2s i m u l a t i o ns c e n ea n dp a r a m e t e r 3 7 4 3s i m u l a t i o nr e s u i ta n da n a l y s e 3 9 4 3 1o p t i m a ln u m b e ro f c l u s t e rh e a d s 3 9 4 3 2l i f e t i m eo f w s n 4 0 4 3 3d a t ar e c e i v e db yc l u s t e rh e a d s 4 1 4 3 4d a t a r e c e i v e db vb s 4 2 4 4s u m m a r y z l ：! c h a p t e r5d e s i g no fs e n s o rn o d eo f p e c r p i na p p l i c a t i o n 4 4 5 1h a r d w a r es t a n d a r do f w s n 4 4 5 2d e s i g no f s e n s o rn o d ef o rp e c r p 4 6 5 2 1d e s i g no f p r o c e s s o rm o d e l 4 7 5 2 2d e s i g no f w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nm o d e l 5 1 5 2 3d e s i g no fs e n s o r 5 2 5 3s u m m a r y 5 z l c h a p t e r6c o n c l u s i o na n df u t u r ew o r k 5 5 6 1c o n c l u s i o n 5 5 6 2f u t u r ew o r k 5 6 r e f e r e n c e 5 7 a c k n o w l e d g e m e n t 6 1 p u b l i s h e dp a p e r 6 2 一 产 【ii 东大学硕+ 学位论文 皇舅罾量鼍舅舅量曼置量曼昌舅曼曼曼曼曼量鼻景舅曼曼曼皇量量曼量量量置量量舅寞舅鼍曼曼曼曼曼曼置量量量量鼍曼蔓皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼量 摘要 无线传感器网络( w s n ，w i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k ) 是由大量具有特定功能的传 感器节点( 比如脉搏、温度、湿度、压力等) 通过自组织的无线通信方式组成的网 络系统，这些节点可以相互传递信息，协同完成特殊的任务。在这种网络中，节 点可以在任何时刻、任何地点，不需要依靠其他的基础设施的帮助和支持，快速 构建起一个自组织、管理的通信网络，有很强的实用价值。因此，需要针对不同 的应用环境研究路由协议。其次，由于传感器节点都由小型的电池进行供电，传 输数据十分频繁，所以能量消耗十分明显。设计一种具有较长网络生命周期、良 好通信连接性、低能量损耗的路由协议是无线传感器网络发展所必需的。 本文总结归纳了几种优秀的路由协议，例如s p i n 协议、l e a c h 协议、h e e d 协议等，分析了它们的优、缺点，重点关注了这些协议的网络寿命、能量损耗、 应用相关性等问题。在此基础上，本文提出了一种新型的无线传感器网络路由协 议p 0 w e r - e m c i e n tc l u s t e r i n gr o u t i n gp r o t o c o l ( p e c r p ) 。 p e c r p 协议是一种层次路由协议，隶属层次路由协议中的分簇路由协议， 以减少计算和通信开销来构造和维护无线传感器网络为主要目的，迎合了当前应 用的要求。p e c r p 协议主要适用于远距离、复杂传输情况的、固定节点的数据 传输，总体以节能、平衡网路节点能量、分簇为主要特点。它融合了h e e d 协 议、p e g a s i s 协议这些优秀分簇协议的优点，改善了l e a c h 协议的簇首选择 机制，从延长网络运行时间的角度，利用剩余能量和距离两个因素，选择合适的 节点作为簇头。其中能量和距离的影响作用还可以根据实际应用情况而进行调 节。在数据传输上，采用了非均匀分簇的多跳圈效应传输方式，延长了网络的生 存时间。并且，从数学的角度证明了在远距离传输情况下，多跳传输可以延长网 络生存时间在狭义情况下的合理性。p e c r p 协议部分的屏蔽传统路由协议的缺 点。仿真结论证明，在网络节点分布均匀的情况下，p e c r p 协议相比l e a c h 协议可以明显的延长网络生存时间，提高网络的传输效率。 在研究路由协议的基础上，本文还对p e c r p 协议运行所需要的硬件节点进 行了电路设计，主要分为处理器模块设计、无线通信模块设计和传感器模块设计。 主要用到的芯片为a t m e g a l 2 8 、c c 2 4 3 1 、s h t l l 等。 山东大学硕士学位论文 关键词：无线传感器网络；l e a c h ；p e g a s i s ；能量：非均匀分簇 i i ， ，ii 【i i 东大学硕十学位论文 a b s t r a c t w i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k ( 弋y s n ) i sak i n do fn e t w o r km a d eu po fm a s ss e n s o rn o d e s w h i c ha r ew i t hs p e c i a lf u n c t i o n sa n dc a no r g a n i z eb y t h e m s e l v e s ( e g ，p u l s e ， t e m p e r a t u r e ，h u m i d i t y ，p r e s s u r ea n ds oo n ) t h en o d e sm a yc o m m u n i c a t ew i t he a c h o t h e r , a n da c h i e v ee x c e p t i v et a s k st o g e t h e r i nw s n ，s e n s o rn o d e sm a yb u i l da s e l f - o r g a n i z e da n ds e l f - m a n a g e dn e t w o r kq u i c k l yw i t h o u ta n yh e l po fo t h e rb a s i c e s t a b l i s h m e n t sa ta n yt i m ee v e r y w h e r e ，w h i c hi sv e r yu s e f u l a n dn e x t ，b e c a u s et h e s e n s o rn o d e so fw s na r ep r o v i d e de n e r g yb yb a t t e r i e sa n dt h ed a t at r a n s m i s s i o ni s f r e q u e n t ，t h ee n e r g yc o n s u m p t i o ni sl a r g ea n do b v i o u s t h e r e f o r e ，t od e s i g nak i n do f r o u t i n gp r o t o c o lw h i c hm a yp r o l o n gt h en e t w o r kl i f e t i m e ，e n h a n c et h ec o n n e c t i o n s t o w a r d sn o d e s ，a n dr e d u c et h ee n e r g yc o n s u m p t i o ni sn e c e s s a r yt ot h ed e v e l o p m e n to f w s n t h i sd i s s e r t a t i o ns u m m a r i z e saf e wo fr o u t i n gp r o t o c o l s ，f o re x a m p l e ，s p i n ，l e a c h , a n dh e e d ，a n da n a l y s e st h e i ra d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s ，w h i c ha r ea b o u tt h e l i f e t i m eo fw s n ，e n e r g yd i s s i p a t i o na n da p p l i c a t i o n s b a s e do nt h i s ，t h ed i s s e r t a t i o n p r o p o s e san e wt y p eo fr o u t i n gp r o t o c o lo fw s n c a l l e dp o w e r - e f f i c i e n tc l u s t e r i n g r o u t i n gp r o t o c o l ( p e c r p ) p e c r pi sak i n do fa d m i n i s t r a t i v er o u t i n gp r o t o c o l ，a n db e l o n g st oc l u s t e r i n gr o u t i n g p r o t o c 0 1 i t sp u r p o s ei st or e d u c ec o m p u t i n ga n dc o m m u n i c a t i o n st o w a r d ss e n s o r n o d e s ，w h i c hc a t e r st ot h er e q u e s t st ow s nn o w a d a y s p e c r pi ss u i t a b l et ol o n g d i s t a n c e ，c o m p l e xd a t a - t r a n s m i s s i o n ，a n df o rt h ef i x e dn o d e so fw s n t h em a i n c h a r a c t e r i s t i c so fp e c r pa r ep o w e r - e f f i c i e n t , b a l a n c i n ge n e r g yi nn o d e s ，a n d c l u s t e r i n g i tc o m b i n e st h ea d v a n t a g e so fs o m ee x c e l l e n tc l u s t e r i n gr o u t i n gp r o t o c o l s ， s u c ha sh e e d ，p e g a s i sa n ds oo nt o g e t h e r i ti m p r o v e st h em e c h a n i s mi ne l e c t i n g t h ec l u s t e rh e a d s ( c h ) o fl e a c h , a n de l e c t st h em o r ea p p r o p r i a t en o d e st ob ec h t h r o u g ht h er e s i d u a le n e r g ya n dt h ed i s t a n c et ob a s es t a t i o n ( b s ) ，w h i c hp r o l o n g st h e l i f e t i m eo fw s n o b v i o u s l y t h ei n f e c t i o n so fr e s i d u a le n e r g ya n dt h ed i s t a n c et ob s c a nb em e a s u r eb a s e do nt h ef a c t i nd a t at r a n s m i s s i o n ；p e c r pu s e su n e v e nc l u s t e r i n g m u l t i - h o pt y p et h a ti sc i r c l ed o m i n oo f f e c tb a s e do nd i s t a n c et ob st ob a l a n c et h e e n e r g yc o n s u m p t i o ni nn o d e s m o r e o v e r , t h i sd i s s e r t a t i o np r o v e st h er a t i o n a l i t yt h a t i l l m a t h e m a t i c a lp r o o f s p e c r ps c r e e n ss o m ed i s a d v a n t a g e si no t h e r t r a d i t i o n a lr o u t i n g p r o t o c o l s t h es i m u l a t i o n ss h o wt h a tp e c r ph a sb e t t e rp e f f o r m a n c e st h a nl e a c h i n p r o l o n g i n gl i f e t i m ea n dt r a n s m i t t i n gd a t au n d e rt h es y m m e t r i c a ld i s t r i b u t i o no f n o d e s i nw s n b a s e do nt h er e s e a r c ho fr o u t i n gp r o t o c o l ，t h i sd i s s e r t a t i o na l s o d e s i g n st h ec i r e u i to f s 肌s o rn o d e ss u i tt op e c r pt h ed e s i g nc a nb ed i v i d e di n t o p r o c e s s o rm o d u l e ， w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n sm o d d e ，a n d s e n s o rm o d u l e t h ec h i p st 1 1 a ta r eu s e di n c l u d e a t m e g a l 2 8 ，c c 2 4 3i ，s h t l la n ds oo n k e o r d s ：w i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k s ；l e a c h ；p e g a s i s ；p o w e r ；u n e v e n c l u s t e r i n g 一；，尽 传感器节点可以在任何时刻、任何地点不需依靠其他的基础设施的帮助和支持， 快速构建起一个自组织、管理的通信网络来执行任务。 图l l 无线传感器网络( w s n ) 传输原理不恿图 无线传感器网络是多学科高度交叉的研究领域，也是当前国际上最受关注的 热点研究领域之一。它综合了传感技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信 技术、分布式信息处理技术等，利用各种传感器组成的集成化嵌入式系统，协作 地实时监测、感知和采集各种环境或被监测对象的信息，然后把这些信息通过随 机自组织的无线通信网络，以特定的中继方式传送到用户终端。从而达到远程监 控的目的。 山东大学硕士学位论文 当自订，无线传感器网络在国际上被视为互联网之后的第二大“泛在网”，其“触 手”是随机布设的大量、多种类小型传感器，它们能迅速自行组网，对各自感知 的动态信息进行“交流”和计算，综合传递给上层网络终端，并可接入互联网、卫 星网等，仿佛人类将远程神经末梢伸向了外部世界的万物1 1 。 “物联网”，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业的第三次浪潮，也是 无线传感器网络大规模应用在人类生活中的一个典型例子。“物联网”的概念起源 于2 0 0 9 年年初美国总统奥巴马就职后的一次圆桌会议上，当时其将“物联网”和 “新能源”列为振兴经济的两大武器。“物联网”的发展同样也引起了我国政府的重 视，尤其是国务院总理温家宝2 0 0 9 年8 月以来发表了关于物联网的多次讲话， 引起了社会极大的关注【2 1 。 其实，“物联网”就是指通过各种传感和传输手段，将事物的信息进行自动、 实时、大范围、全天候的标记、采集、传输和分析，并以此为基础搭建信息运营 平台、构建应用体系，从而增强社会生产生活中信息互通性和决策智能化的综合 性网络系统。“物联网”的本质就是无线传感器网络的高级应用。 更多的，无线传感器网络在军事，医疗保健，环境科学等方面有大规模应用 【3 1 。例如： 在军事应用方面【4 】可以有如下几方面的应用。例如，在友军的人员装备及军 火上加装传感器以供识别；监控战场上的状态；核能、生物、化学攻击的侦察， 借助于无线传感器网络可以尽早发现己方阵地上的生化污染，从而减少损失等方 面。 在医疗保健应用5 1 方面，无线传感器技术也有极大的优势，克服了医生在时 间和地点方面的局限性。如果在住院病人的身上安装特殊用途的传感器节点，比 如心率和血压的检测设备，利用无线传感器网络，医生就可以随时的了解被监护 病人的病情，从而及时的进行处理。无线传感器网络对未来的远程医疗提供了更 加快捷和方便的技术。 在环境科学方面，可以采用无线传感器节点测量土壤的湿度、温度等，进行 合理的、科学的处理，可以调节农作物生长周期、提高产量、改善品质等，从而 达到提高经济效益的目的。 2 f 的性能和网络总体的运行性能息息相关。无线传感器网络的体系结构类于t c p i p 协议的内容，具体结构如图1 2 所示。网络层即路由协议所在层。 图1 - 2 无线传感器网络结构图 无线传感器网络路由协议是衡量无线传感器网络的性能好坏的一项十分重 要的内容。文献【6 】指出，衡量无线传感器网络通信协议，应该有以下的几个技 术指标： 一、应用场景。无线传感器网络可能包括很多个节点，它们可能被布置在偏 远或者危险恶劣的环境之中，这使得用户能得到不可能用人力获取到的信息。这 也就要求节点可以在缺少基础网络设施与节点位置的情况之下进行通信。 二、生存时间。无线传感器网络应该尽可能的长时间工作。组成网络的节点 又不方便或者不可能被更换电池。因此，节点的各个方面设计都应该为异常节电 的。 三、延迟时间。无线传感器网络的数据以时间敏感为特性，所以及时的获取 数据是很有必要的。 四、传输质量。传输质量的概念与传统无线数据网络的不同，对于无线传感 器网络来讲，用户不需要所有的网络数据。这是因为邻居节点的最终数据很多都 是重复的，造成了数据的冗余。还有，用户关注发生于被控环境中更高等级的事 l if 东大学硕士学位论文 件描述。m 络质量是基于数据融合质量的，所以网络协议最好设计成唯一的，特 定应用的。 无线传感器网络是a d h o c 的延伸，所以a d h o c 中的分簇算法思想在无线传感 网络有大量的应用。无线传感器网络路由协议的分类也基本上延续了传统a d h o c 的分类方法。 根据不同的角度可以进行不同的分类，分类方式主要有两种。一是根据路由 发现策略的角度，可分为主动路由和被动路由两种类型7 】：二是根据网络管理的 逻辑结构可将路由协议分为平面路由和分层结构路由两类网。在多种无线传感器 网络路由协议中，隶属分层结构的分簇路由协议是其中的优秀代表。此类协议的 设计目的就是以减少计算和通信开销来构造和维护无线传感网络，这也迎合了无 线传感器网络节能、简单的需要。本文的主要研究内容也是基于分簇路由协议的。 近几年，美国的麻省理工学院( m i t ) 、康奈尔大学( c o m e l lu n i v e r s i t y ) 、南加 州大学( u s c ) 等很多大学开展了无线传感器网络通信协议的研究，并先后提出了 几种新型的路由协议，包括l e a c h 吲( l o we n e r g ya d a p t i v ec l u s t e r i n gh i e r a r c h y ) ， p e g a s i s i s ( p o w e r e f f i c i e n tg a t h e r i n g i ns e n s o ri n f o r m a t i o n s y s t e m s ) ， h e e d 9 1 ( h y b r i de n e r g y e f f i c i e n td i s t r i b u t e dc l u s t e r i n ga p p r o a c h ) 等。 目前，目前中科院、清华大学，哈尔滨工业大学等单位已经开始了该领域的 研究工作，提出了类如d e e c b o ( ad i s t r i b u t e de n e r g y e f f i c i e n tc l u s t e r i n g a l g o r i t h m ) 等优秀的路由协议。 在实际应用上，国内外专家学者也设计了很多特殊用途的无线传感器节点， 组成网络，完成特定的功能。 1 2 2 无线传感器网络的硬件节点设计研究 针对无线传感器网络的特点，世界各大芯片厂商提供了各种硬件及软件解决 方案。传感器网络节点是一个微型的嵌入式系统，构成了无线传感器网络的基础 平台。目前，国内外出现了多种传感器网络节点的设计实现方法，这些方法在硬 件原理上都是相似的，原理图如图1 3 所示。只是采用不同的芯片或者不同的通 信协议、标准，比如采用i e e e 8 0 2 15 4 标准、z i g b e e 协议，或者是自定义的协 议、标准。 4 图1 3 无线传感器节点硬件原理图 传感器模块由温、湿、光、压力、加速度等各种效用传感器和a d d a 转换 器组成，是传感器节点感知外部世界的窗口。它负责感知、获取外界的信息，并 通过a d d a 转换将模拟信号变为数字信号，最后将其送入处理器模块进行处理。 反之，也可接受通过a d d a 转换器转换来的处理器信号，对传感器进行诸如工 作姿态等动态调整。目前生产传感器的公司主要有美国的h o n e y w e l l 公司、 a t m e l 公司、v e r i d i c o m 公司、m o t o r o l a 公司，加拿大的m a x i i v i 公司，瑞士 的s e n s i r i o n 公司，日本的村田公司等。 处理器模块由m c u 和r a m 组成一个最简单的处理器系统。m c u 可以使用 a t m e l 公司的a v r 系列单片机、a r m 公司的a r m 系列处理器等。这个模块 用于处理接收到的数字信号并对其进行处理，是连接传感器模块和无线通信模块 的桥梁。 无线通信模块一般分为路由协议、m a c 协议、收发器、天线等部分，即图 1 2 中用虚线匡出的部分。此模块负责与其它传感器节点进行通信、收发采集数 据等。一般此部分都使用现有的集成模块，例如t c h i p c o n 公司的c c l 0 0 0 、c c 2 4 2 0 、 c c 2 4 3 0 、c c 2 4 3 1 、c c 2 5 3 0 、c c 2 5 3 l ，1 1 公司的c c 2 4 3 1 片上系统，e m b e r 公 司的e m 2 4 2 0 、e m 2 5 0 、e m 2 6 0 ，z m d 的z m d 4 4 1 0 2 等，它们都支持i e e e 8 0 2 1 5 4 标准和z i g b e e 协议。 能量供应模块是无线传感器网络节点能够正常工作的基础和保障，负责对以 【ji 东大学硕十学位论文 上三个模块的电能供应。 1 2 3 无线传感器网络的定位技术研究 无线传感器网络具有分布式的特点，可以获取需要的任意节点位置的信息。 对于大多数应用，不知道传感器位置而感知的数据是没有意义的。文献【1 1 】提出， 传感器节点必须明确自身位置才能明“在什么位置或区域发生了特定事件”，实现 对外部目标的定位和追踪。另一方面，了解传感器节点位置还可以提高路由效率， 为网络提供命名空间，向节点部署者报告网络的覆盖质量，实现网络的负载，以 及网络拓扑的自配置。 无线传感器网络中，根据定位过程中是否实际测量节点间的距离，把定位机 制分为基于距离的( r a n g e b a s e d ) 定位机制和距离无关的( r a n g e f r e e ) 定位机制 【1 2 1 1 3 1 。基于距离的定位机制主要有基于到达时间t o a 【1 4 1 ( t i m eo fa r r i v a l ) 定位、 基于到达角度a o a 1 5 1 ( a n g l eo fa r r i v a l ) 定位和基于