自组织无线传感器网络协议.doc

Exercise1 for Wireless Sensor Network Name： 王 浩 Class： 物联网1班 Student ID： 20115547 Mark： Please translate paper “Protocols for Self-Organization of a Wireless Sensor Network” into Chinese. 自组织无线传感器网络协议摘要： 我们提出了一套用于自组织无线传感器网络的算法，是具有大量可扩展高度能源受限的静态节点组成的网络。为了执行一系列节点之间的信号协同处理功能，算法进一步支持节点子集的缓慢迁移，节能的路由选择，和自适应网络构造。简介： 在这份报告中，我们为无线传感器网络自组织描述了一种架构。【1】它含有用来深度链接嵌入式传感器、制动器、处理器的无线自适应网络。这种无线和数据网络的组合就会产生一种新形式的计算机范例，这种范例比以往所见我的计算机网络用够更多的联络中心。无线传感器网络是越来越多的信息技术结构集合的一部分，其正在原理传统台式机的有线网络架构，朝着更加普及和普遍的信息链接模式【2】。这里所研究的无线传感器网络指的是一组由无线中介链接的传感器或节点，用以执行分布式的传感器任务。节点之间的链接可以使用红外线装置或无线电等媒体。无线传感器网络可以用于侦察、广泛的环境取样、安全和健康监测等任务。它们几乎可以再任何环境下使用，即使那些有线连接不可能的地方，那里地势荒凉，或物理位置很困难。它们也可能被用作有力的基础设施中所描述的那些新的遥感或计算范例。【3】在无线传感器网络的构建中会遇到以下三个方面的设计挑战：硬件设计，无线网络，和应用程序。硬件此类别包含设计活动的整个范围，这个范围与组成传感器网络的硬件平台相关。MEMS 传感器技术是这一类别中的一个重要方面。低功耗的数字电路设计和系统集成也包含在这一类别中，就像低功耗的先进的射频前端和控制电路设计。例如，我们会考虑无线集成网络传感器的代序。一个单独的WINS节点包含微传感器技术，低功率信号处理，低功率计算，低功耗，和低费用的无线联网能力等组成的紧凑系统。图一给出了WINS 节点架构的一个描述。微微网是紧凑节点架构的另一个例子。无线网络考虑到硬件限制和节点必须运行的物理环境与应用水平需要，协议算法必须设计成能提供一个健全和能源高效利用的通讯系统。如调制和信源信道编码的物理层设计也数以这一类。信道接入方式必须被设计以及路由问题和迁移管理必须解决。本文重点介绍一些这类方面的设计。应用在应用层，过程的目标是创建用于有效提取有效的新功能，操作，运输和来自传感器的数据得到的信息表示。在大多数应用，传感器网络具有不同的功能组件：检测和数据采集，信号处理，数据融合，和通知。通过集成传感，信号处理和通信功能，传感器网络提供了层次化信息处理的自然平台。它允许信息是在不同的抽象层次，从的详细，镜检处理具体的目标，对目标的聚集行为的宏观视图。在环境中的任何事件可以在三个层面上进行处理：节点级别，局部区域层面，及全球层面。在节点级别，数据收集和处理发生在每个节点，除了结果传输到某个遥远的信宿外没有其他通信。在本地和全球层面上，节点间的通讯是为了将各种类型的原始或者预处理的节点数据聚集起来，在某个位置进行协调信号处理，例如数据的融合和聚集。一般操作方案： 传感器网络必须能够非常动态的条件下运行。具体来说，我们的协议必须能够在启动时，稳定状态，和失效时支持网络操作。请注意，这些情况会随时出现。这些操作条件下，有必要来了解，因为传感器网络必须在大多数情况下，无人管理的运作。一旦节点已经启动了与网络形成，大多数节点将能够维持稳定运行状态，即它们的能量储层近满，他们可以支持所有的传感，信号处理和通讯任务的要求。在这种模式下，大量的节点将被形成为多跳网络。节点通过将信息传递给更多的汇聚节点来建立路由。汇聚节点是一个能够大范围无线通信，能够连接传感器网络并且长时间通信的基础设备。汇聚任然可以是一个移动节点来汇聚信息或者其他需要从无线传感器网络提取的信息。 有许多的例子是需要许多的节点共同合作来探测信号或者事件。当需要共同对一个具体的目标提取信息时，一个本地网络将建立以便帮助必要的信号发射和数据传输的任务。特别是，合作功能需要涉及在目标附近的一系列节点以及短时间跨度的操作。当目标出现时，他们要能够快速的反应，并且能够进行一些原始的信息处理。虽然多跳广播可以工作在2种模式下面：sensor-to-sink 和 sink-to-sensor（广播和组播），大多数传输是前者。这将显着的应变靠近汇聚节点的能量资源，会使得本地更多得受到能量的影响。节点可能由于其他原因失效，如机械故障。 当许多节点失效了，MAC和路由协议将这些改变新的路由信息告诉给汇聚节点。这需要这可能需要积极调整发射功率和信号的速率现有的联系，以减少能源消耗。或者通过那些存在更多能源的网络区域重新路由数据包无线传感器网络是通信网络的新成员： 为了说明传感器网络的物理限制对我们无线网络算法设计的影响，我们简略地讨论些相关的无线传感器网络模型，也就是移动自组网，蜂窝通信和一些小范围的无线局域网络。一个无线的移动自组织网络是一个具有几十上百个通信节点以便能够覆盖百米范围内的对等网络。每个节点是设想为诸如个人数字助理（PDA）的个人信息设备配备一个相当复杂的无线电收发器，该节点是完全移动。MANET网络的目标是形成和维持一个连接的多跳网络中能够传输的节点之间的多媒体通信。为了提供QoS中移动面对移动自组网必须做到以下几点： a）组织中的节点在这样一种方式，它们能够有效访问共享通信媒体，这就是所谓的在某些情况下形成基础设施，包括提供用于节点的信道接入方式以及功能。 b）在网络中能够进行路由。 c）在移动的情况下能够维持网络的组织和路由。 在MANET的ORM的三项任务是为了QoS的优化。这就是网络被设计成能够提供良好的吞吐率和延迟特性面对节点移动的时候，虽然这些节点是具有便携式电源的功率原件，但是能量的损耗在该系统中也是次级重要的因为每个设备始终连接到一个人，想必需要时电量耗尽的电池将被取代。 蜂窝网络是一个由固定和移动的节点组成的大型网络，固定的节点或者说是基站是在他们的子网络中通过有线的主干网而连接起来的基础设施，那些很分散的移动端的数量大大地超过了固定节点。基站常常覆盖一整片区域，只有很小的一部分区域会重叠。这个问题出现在由这一蜂窝到另一蜂窝的区域。每个移动节点都距离基站只有一跳，最基本的目标是通过高效的带宽来提供高质量的QoS。基站是实际上是拥有无限制的能源，而移动设备只有电池。 蓝牙7是一种短距离的无线网络系统，目的是取代电缆之间的消费电子设备和提供它们之间的射频连接。蓝牙网络拓扑是一个星型网络的主节点可以有多达七个从节点连接到它形成一个微微网。每个微微网采用统一分配的TDMA调度和跳频模式。原始信号速率这个系统是1 Mb / s，所有的节点都同步到主节点。有在地方的机制多个微微网互连，形成一个多跳拓扑结构。典型的传输功率约为1MW。它预计将达到10米的范围内。另外一个短程商业系统正在开发的HomeRF 8 。该系统的目标那些是非常相似的蓝牙。然而，网络模型是基于IEEE 802.11标准该系统能够处理单跳Ad-hoc网络。无线跳频模块。信道访问可能在TDMA和CSMA方式。高达2 MB / s的数据速率可能的。传输功率水平在100兆瓦。典型的范围是在房子里遇到的距离和院子。通过所有这些网络相比,我们的传感器网络,可能是由成百上千的节点。这些节点通常固定在部署后,除了一个非常小的数字的移动传感器节点。交通可能会有统计特性与多媒体数据传统的无线网络的流。虽然确切的传感器数据流量属性还不知道, 很明显,由于观察现象的本质,为传感器数据所需的带宽低,1 - 100 kb / s的1。 传统的无线网络的主要目标是提供高质量的服务(即高吞吐量低延迟、高带宽效率当流动存在。传感器网络,相比之下,我们是来旅游的感兴趣的延长网络的生命周期。为此我们必须节约能源,我们愿意放弃在其他方面表现的QoS和带宽利用率等操作。每个节点取决于小和低容量电池作为能源,而不能指望替换当操作在敌对或偏远地区。 与一个固定的网络基础设施,失去连通性是一个统计上罕见的事件和独立能源使用。另一方面,在移动网络,拓扑变化主要归因于移动的节点,而不是出现创能源引起的各种网络协议的执行。因此,为了提高系统性能,移动性管理和故障恢复承担更多比协议设计中节能的重要性。然而,特设传感器网络能量损耗的主要因素是连接退化和操作寿命的长度。因此,整体性能变得高度依赖能源效率的算法。在传感器网络能源节约技术： 在传感器网络能源节约技术能源消耗发生在三个领域:传感、数据处理和通信。在无线传感器网络通信是主要能源消费。更好地掌握这个想法让我们比较能源成本通过无线电数据传输和数据处理。中描述的示例1,为地面地面传输,成本3 J能量的传输距离100 1 kb的数据米。另一方面适度规范的通用处理器100 MIPS / W处理能力执行300万条指令的能量是一样的。幸运的是可以使数据处理和无线通信之间的权衡。传感器节点将做更多的本地处理,而不是在空气交换原始数据。同样的协议负责ORM必须尽可能减少他们的消息开销。这导致了需要高度本地化和分布式算法为数据处理和网络。我们的协议： 在本节中我们的算法,将执行ORM传感器网络,。具体来说,我们将描述传感器网络的自组织的介质访问控制(SMACS)网络启动和链路层组织。接下来,Eavesdrop-And-Register(EAR)算法将。该算法使移动节点的无缝互连领域的固定无线节点,代表了mobility-management方面的协议。 最后,我们目前的顺序分配路由(SAR)算法,促进种路由和Single-Winner选举(我们)和Multi-Winner选举(兆瓦)算法,处理必要的信号和数据传输在当地合作信息处理任务。深入详细的内部机制SMACS,SAR、SWE和兆瓦,见(9、10)。链路层的问题： 链路层的两个主要的服务提供给更高的链路层拓扑层形成(或基础设施)和调节通道访问的节点。在大多数现有的或建议自组网、通道访问是通过两种不同的方法,即通过争论或显式组织时间/频率/代码域。各种MACA和MACAW报道是前者的例子。802.11标准的MAC层设计就是一个例子 二级频道的访问计划,我们来看“组织”频道访问尝试首先确定网络无线连接,即每个节点的广播邻居发现,然后没有冲突的渠道分配给链接。的任务分配渠道,例如TDMA插槽,频率乐队或扩频码,广播邻居之间的联系,这样他们不会碰撞是一个困难问题。以缓解分配问题形成层次结构网络中的定位组的节点,使信道分配的任务更易于管理。这种方法的问题是如何确定集群成员和集群头,这样整个网络覆盖吗节点移动。一些例子给出的解决方案(11、12、13)。 主张对传感器网络的广播范围低,传输和接收几乎相同的能量消耗。我们想把频率关掉当没有信息或者发送收到。 通道的组织方法访问需要同步网络中的节点在某种程度上(通常在槽边时代TDMA系统)。在组织计划,通常一个时间是留给邻居发现。如果使用一个集中的信道分配算法,整个连接信息以及任何特定带宽要求传递给链接单节点的网络计算的时间表。有分布式分配方法在节点只与一些当地的社区连接数据交换。这个网络内对传感器网络同步又昂贵,因为它需要大量的消息传递同步的所有节点。静止的MAC和启动过程的描述： 在我们的系统中我们假设节点能够打开和关闭他们的收发装置，他们也能进行不同的频段控制。假设可以使用的频段是很多的，虽然不是合理的假设。那么我们假设频段是在902-908ISM频段，并且这些每一跳的信息速率不超过10KB/S,那么我们就有2600个频段可以使用。我们的协议,一个通道被定义为时间间隔,类似于一个插槽TDMA时间表。我们用手或远程节点部署这样的假设他们是随机覆盖一些区域。后部署,每个节点醒来在一些随机的时间根据一些分布。 传感器网络的自组织的介质访问控制(SMACS)是一种基础设施建设协议,形成一个平面拓扑(相对于集群层次)的传感器网络。SMACS是一个分布式协议使一组节点发现他们的邻居和建立传输/接收时间表与他们交流而不需要任何本地或全球主节点。 为了实现这一目标易于形成,我们结合你的邻居发现阶段和通道任务阶段SMACS协议。与关联聚类算法等方法(LCA)12,执行第一遍整个网络上发现的邻居,然后另一个通过完成分配渠道,或TDMA槽,相邻节点之间的联系,在SMACS,我们指定一个通道链接后立即发现链接的存在。这种方式链接开始形成同时在整个网络。所有节点的时候听到他们所有的邻居,他们成立了一个连接网络。在一个连接网络,任意两个之间至少存在一种路径不同的节点。 因为只有部分信息无线连接附近的一个节点被用来分配时间时间间隔的链接,存在一个潜在的碰撞与槽分配到相邻的链接存在信道分配时是未知的。减少碰撞的可能性,我们需要每个链接操作在不同的频率。这个频段的选择是随机的当链接形成可能的选择。 这个想法被描述在图2. b。节点A和D醒来有时T,T。之后他们找到彼此一个维他们同意传输和接收在一对固定一个时间段内。这种传输接收模式定期重复每一个T。节点B和C T和T分别醒来后有时。后框架b c他们找到彼此将箱位分配另一双则和接待。注意,如果所有节点操作在同一频段,然后是一些传输的可能性碰撞在给定的时间表。例如,传输从D将在与碰撞传输从B到c 。 如上所述TFRAME是固定的所有节点，和是MAC的一个参数。 TFRAME是的长度 超帧为我们的MAC地址。随着新邻居的发现和新的链接形成，每个超帧 节点将开始填补。从图2.B我们看到TFRAME时代为节点A和B，例如，不不谋而合。现在，如果我们所说的每一个发送或接收期间插槽，我们来自同一个数字看到，协议将导致时隙分配不需要在整个网络中被对准。同样， 这种非同步的分配是可能的原因，是不同频率的链接分配该向网络中的指定的非同步时隙能力，使节点以形成链接的关键问题上飞。我们称这个概念的非同步调度的通信或NSC。这种自发性实现了快速的方法对整个网络链路调度。 节点通信可以节约能源。而连接的任务是快速完成的，不需要的全球连通性信息的积累，甚至连接信息达到比一个跳，整体效果会显著的能源节省。我们现在讨论的方法，节到彼此，和机制的时隙和确定工作频率。简要描述该机制在 14 了。为了说明这个机制，我们将遵循一组节点，B，C，G的动作，如图所示2。这些节点所从事的邻居发现过程。他们醒来，在随机时间。在唤醒，每个节点会听的一个固定的频率信道，对于一些随机的持续时间。一个节点将决定发送的邀请，这个最初的听的时间结束，如果没有听到任何从其他节点的邀请。这是节点C发生什么，将广播邀请消息，或短消息。节点B和G听到这1消息。每一个将广播的响应，或2型消息，向节点C，在间隔后在一个随机的1型接待时间。如果2型信息不发生碰撞，节点C会听到。节点C必须选择唯一的一个的受访者。将选择的节点B，因为它的响应，第一个到达。其他的选择的选择标准被申请人可以使用，如选择一个节点具有较高的接收信号电平，或选择一个更多的邻居节点的连接。节点C会的结束后立即派Type3信息间隔后短消息，通知所有受访者的是哪一个选择。节点G，这是没有选择，将关闭一段时间它的收发信机，然后开始搜索程序。 如果节点C已经连接，它将发送调度信息，随着时间的下一个超级框将开始，在3体。节点B将读取这些信息，比较两种计划和时间偏移，并到达一组的两个自由的时间间隔分配给C和B之间的连接槽B节点将发送的时隙的位置沿与随机选择的频带在一个4消息体节点的操作。在这一点上，两个节点有一个悬而未决的链接他们之间。一旦一对短测试消息交换成功的两个节点之间使用新分配的时隙，链接添加到节点计划永久。我们定义一个子网为节点，形成一个连通图和具有一致的超级名声的一个子集时代。每个子网中有两个或两以上的节点。例如，图2中的A和D。B节点，形成一个子网B和C形成另一个。随着时间的推移，这些子网规模的扩大，通过将新节点。他们最终将成为连接到其他子网，到最后几乎所有网络中的节点连接together3的情况下，当两个节点发现对方，试图形成一个链接，而他们已经是成员不同的子网是我国最具挑战性的情况下启动程序。只要超级帧两个节点具有足够的重叠区域中未指定为新的链路分配一对槽，没有对于两个节点重新组织各自的时间表以使新的链接室。如果有没有离开房间，两个节点将选择放弃和其他节点的搜索。启动消息列表下列信息是节点之间交换时，他们正在寻找新的邻居：1型：短邀请包含节点的身份和其连接的邻居数。节点发送，是搜索交易过程中的人。2型：1型反应的结果。发送节点，将得到邀请。可能有一个以上的每个人的邀请。这消息使人和被邀请人的地址，并被邀请者的连接状态。3：2型反应的结果。显示选定的邀请。它包含以下附加根据节点的连接状态信息：一）邀请人不附：无）。二）邀请，邀请附：邀请人的计划和框架的时代。三）被邀请人不重视，人附：提出了链路的信道，计算的人。4：3型反应的结果。消息内容如下：一）邀请不重视，人不附：由被确定的信道。二）被邀请人不重视，人附：无。三）附不附：招标人邀请，由被邀请者确定的信道。四）被连接，人附：从自己和人的时间表确定的信道信息。移动MAC的问题 为固定网络成为完全形成，它是可能的，移动节点将开始与网络。同时增加伴随拓扑变化的移动节点的开销，进一步强化网络的功能，因此他们的存在是所必需的。移动的MAC协议的目标这里介绍的是提供所需连接的移动传感器作为他们与静态的相互作用网络，在坚持约束整个固定网络。在无线网络中的移动性管理已被广泛研究，与每一个网络在处理新任务的方法表现形式。移动管理问题无线自组网，例如，经典的面向网络内的路由问题。作为网络是由单独的移动节点，路由和移动性在MANET的任务通常是共同处理。方法之一，已被设计来处理这些网络是移动节点组团簇，簇头选举一个路由信息在局部邻域 16，17 。集团簇头在整个网络中依次形成子网。信息然后被路由通过这子网。当移动节点从一个地方移动到下一个，他们可以决定注册在一个新的集群，并继续照常运行。蜂窝系统的结构完全不同于传统的无线自组网。有线骨干固定节点提供路由，由于避免了无线信道。因此，只有单一的跳从移动节点与固定基站需要考虑。因此，流动性管理主要是这里的形成具有最好的基座连接角度站。当移动用户从一个基站附近的下，所需的连接简单的更新，使用切换技术和通信继续正常 18，19 。为基站被假定有一个大的能量库，他们采取了很多的移动的责任管理的任务（即建立移动节点，新的路线通知移动节点的切换，等）。虽然研究已经完成，以解释各种网络的ORM任务的处理网络的属性是比那些正在这里考察不同。无线自组网，特别是，是真正意义上的Ad hoc网络，但固定节点的缺乏使得它很难简单地使用他们处理我们的移动性管理算法。节点本身被假定有一个大范围（几百米的顺序），以减少对电力消费和更多的网络连接的拓扑变化很快。然而，蜂窝系统，介绍一个固定的基础设施，但移动节点的数量大大超过了固定基站。这意味着基站将承担许多任务所需要的连接之间的移动保持节点及其服务基站。图3显示了三个系统类型的典型场景这里所说的。寄存算法（EAR）的动机移动设备已经被引入到系统中作为固定传感器网络的扩展。我们不能假设每个移动节点都知道全球网络状态和/或节点的位置。另外，某些情况下，移动节点在保持静止的情况下也许不能完成任务（数据采集，网络指令，信息提取）。因为有这些可能的问题，所以EAR协议的尝试为处于移动和固定节点约束下这些移动节点的提供不间断服务。大量无线传感器网络的移动连接可以应用在许多主要关注能耗和带宽的场景。时在有限制能耗约束的情况下，小的，低比特率数据包在任意必要时能够被交换来实现从网络和向网络进行数据中继。通过这样的方式，这种低功率EAR协议允许在干预信息交换的期望时刻时仍旧保持静态网络的操作。网络约束由于静态节点的电池电量是主要的限制，必须建立在移动和静态传感器之间尽可能少由静态传感器进行信息传送的通信信道。这可以通过允许移动节点确定何时请求静态节点作为一个连接和何时断掉连接来实现。这种网络被认为由组成的主静态节点和少量移动节点，所有的节点都是随机分布的。这种设想进而产生了在任意给定的时间内，一个移动传感器附近只有少量的静态传感器的概念。使静态节点拥有形成连接的能力将产生带有邀请移动节点入网意图的持续专用信令。为避免由信息丢失引起的能量的非必要使用，移动节点对连接进程采用全面控制。此外，与“确认”相关的开销可以被消除。在近距传感器之间，确保信息肯定被接收是有可能的。在许多情况下，一个越区切换可能甚至是必需的。通过利用紧固定传感器包装 （相邻10-20米），移动传感器可以保持其连接的同时要知道只有 在近场中的传感器，换手时所接收的SNR值沿着一条电流的一个连接下降到低于预定阈值。因此，移动传感器将保持的注册表周围节点，选择一个新的连接只有在绝对必要的。如将有几个固定的节点知道该移动节点的存在下，将EAR协议将是透明的，以现有的固定式协议。这允许在固定的功能协议来保持固定，直到一个移动节点的感叹词。此外，通过将移动MAC协议在后台，需要很少的特殊的消息被发明来建立，或跌落，连接。此外，我们认为，在这里，给予移动的前景节点建立连接的优先级越高。我们假设在固定节点都使用TDMA状框架结构，其内槽指定邀请相邻节点到网络中。通过保留所述第一时隙之后的邀请移动传感器连接，我们就可以有效地分配一个较高的优先级到移动节点。寄存算法（EAR）在一些预定的时隙中的TDMA状框架结构固定的MAC算法，在固定节点应该发送某种类型的邀请消息到周围的邻居，同意向邀请新的固定节点加入本地网络。不必发生在每一个此消息，在TDMA结构的时代，它仅需要在一些半固定的间隔，并作为“试点信号“中，移动节点。因而，不需要专门的消息来启动连接过程。作为固定节点，不需要与这个消息的响应（尽管它会等待一个预定的时间的响应）时，移动节点是简单的“窃听”，在该控制信号固定的MAC协议。它必须决定行动的有关传输静止的最佳路线传感器，因此这个邀请信息将作为触发器的EAR算法。为了保持相邻的活性的恒定的记录时，移动节点将形成一个注册表邻居。此注册表将仅持有所需的信息形成，维持和打破连接。作为注册表将只包含对应于该信号是静止的节点由移动接收时，移动节点的意愿将有大约在固定节点的信息近邻。从所发送的邀请消息中，移动可以提取所接收的信噪比，节点ID，该发送功率（在功率控制方案）等制作，或断裂，一个连接是基于连接的状态，以及所推断的位置和移动性信息从注册表中的条目。图4示出了移动节点的一个典型的情况下，示出的电流，如以及未来的连接。 从所发送的邀请消息中，移动装置可以提取所接收的信噪比，节点ID，发送功率（在功率控制方案）等.制作或断裂一个连接是基于连接的状态，以及从注册表中的条目所推断的位置和移动性信息 图4示出了移动节点的一个典型的情况下，示出的电流,以及未来的连接。 固定节点将保持注册表，虽然相较于移动节点它的作用微乎其微 。固定节点只需注册已形成的移动传感器，而且当链接将被破坏删除它们，有效地限制了参与连接的程序。 设计一个系统，其中移动装置负责接通和分断连接的全部责任，新的信号的方法必须被定义。如果邀请的消息是固定的MAC算法的固有部分 ，将被作为共享信息，EAR算法提出了以下4主要使用 信息：广播邀请（BI）固定节点邀请其他节点加入。移动邀请（MI）移动响应BI请求连接。移动响应（MR）固定节点接受了MI的请求。移动断开（MD）移动通知固定节点断开，没有任何反应是可行的。 确认通知应该通过采取适当的预防措施来避免，如超时避免，以防止丢失 来至于错误识别的连接和邻居的信息。固定节点是唯一的 负责一个EAR算法中特殊信息的传输的节点。这减少了电力在形成和打破移动和固定节点之间的连接所花的费用。新引入的移动节点将在接收固定节点 的BI信息时开始它的连接协议。固定节点被登记以及作出决定，这取决于本 移动节点的连接状态，以及所述移动节点之间与固定节点的潜在的链路质量 ，是否请求一个新的连接。如果没有请求一个连接时，相关的固定节点只需在注册表中。如果请求连接，事实上要求移动节点等待 的响应，同时继续侦听邀请消息。移动节点将继续进行注册所遇到过每个固定节点，直到它的注册表已满（注册表大小是预先确定的）。在这 时间，新的固定节点将有一个简单的比较方案，以争夺在注册表中的位置 ，可能与较差的信道质量更换节点。 在接收到MI的消息，静止节点将确定连接是可能的。如果是这样，槽沿着用于通信的TDMA帧都被选中，和一个答复发送给移动节点接收连接。同时，固定的节点将在它自己的登录进入移动节点。这是可能的，但是不可能，即在固定节点将到达条目限制在其自己的注册表（同样，在它的大小是预先确定的） 。同样地，它可能没有提供通信插槽，恰逢与由所述移动节点向它提出的。在这种情况下，减少被发送到移动节点。 这很可能是移动节点将收到许多位来自注册静止节点。而不是简单地丢弃消息，移动节点使用这个新的信息提取有关的信道信息质量，因而其一般接近静止的传感器。沿着通道的接收SNR改善或降解，移动传感器不妨请求连接，或者断开（用MD ） 。移动决定哪个节点来请求连接，并从节点断开，基于预定的阈值。 在EAR算法，两个阈值来避免“乒乓效应”，一个连接和 断开阈值。作为一个未连接的固定传感器的接收信噪比上升到超过阈值时，连接被认为形成。同样，作为一个连接的固定传感器的信噪比低于 断线阈值，MD被发送。高连接阈值通常会产生一个整体走高 的网络链路中的质量，如接收到的SNR被强制为高，但中断的概率 同时也会增加，作为形成连接的要求也越来越严格。通过提高断线 阈值时，再较高的平均SNR被实现在网络中，虽然移动传感器将下降更多的连接，导致由于信号更高的开销。 因为它有时是很难调整的信号接收，移动由于不一致的登记节点采用一组超时限制的注册表错误。当以一个固定的节点的连接是请求时，移动节点更新连接状态为“ PENDING ”这是可能的，这个邀请消息在传输中丢失，导致在移动保持挂起状态下去。因此，如果响应未在指定时间内收到，移动节点将降级为“未连接”。此外，一旦连接已建立固定的节点状态，如果信息是不能随时用于从网络提取，移动节点将依托接待商务智能信息来更新连接状态。作为BI消息不定时发送，有可能移动节点将很快搬出相邻固定节点的范围。如果发生这种情况，则移动传感器将丢弃连接，预定等待时间之后。MAC / TDMA/带宽利用率 作为该移动节点将主要使用其移动平稳通信的时间表，这将是 低效使用类似TDMA调度为每种类型的节点。一种可能的解决方案是让移动 节点帧的长度成为该固定节点的整数分数（N）。移动节点可以提供 槽对的通信，从而为固定节点R * N个选项，任意数目的可能 可以选择。虽然在每个帧重复移动节点可能不会发生通信， 相关联的时隙总是被保留。图5描绘了一个典型的请求由移动节点的连接， 用N=4和R= 2。这里，只有一个时隙对被接受时，使所述移动节点进行预订， 和它的帧周期的每4个实例期间通信。路由 作为网络交互中的移动节点，他们参与路由路径在网络层计算是可能的。对于信息源，如机器人数据采集及教学人员，路由不是一个唯一的目标是将网络上的信息，使固定的节点，以将信息提供给需要的目的地的问题。如果移动节点用作信宿，路由表必须被设计来允许信息有效地到达用户。如果流动性的程度是比较慢的，新的路由树设计要允许移动节点位置的移动。为了避免不必要的重新算，但是，也能够简单地重新计算路由树中移动节点的区域设置。因为这趋向于变得低效时移动移动从原来的位置有一段距离，一个新的完整的路由树将只计算必要的信息。对于这两种多跳以及合作网络路由，效率可以得到改善三个不同的领域：（ 1 ）路线设置，（ 2 ）路由维护（ 3 ）服务。 然而，通常它们之间存在折衷。复杂的路由计算会发现能源 高效的路径，但它们保持网络拓扑结构的变化却很昂贵。因此能源 效率在每个领域都应该强调到适当匹配其重要性程度 这一整体目标。一对于多跳路由，其目的是提供长期具有优先权和鲁棒性的服务 ，因此，更多的精力将会花费在线路设置和路线 维护上，以满足这些要求。另一方面，对于一个非相干协作功能 网络，在数据流量轻，每条路线上的能源成本的优化与在线路安装阶段的开销不是一样重要。 多跳路由 两个多跳路由算法已经提出了移动自组网：按需的特设距离矢量（ADOV）路由和临时按序路由算法（TORA）。两者都是demanddriven系统的例子，消除了大部分与高流动性的情况表更新相关的开销。 然而，它在路线设置（路径发现）阶段具有较高的能源成本。由于我们的系统不应对高流动性，它在于能源效率的利益配合一个表驱动的系统。另一算法，称为功率感知路由20，发现在两个不同功率的最小度量路径指标。(1) 每包最小能量(2) 每包最少消耗 第一个指标是直观的，并产生可观的节能，而网络保留完整连通性，但是，由于节点链路故障的性能下降没被考虑在内。通过由每个节点上的能源储备的加权能量消耗来得到最小成本度量。它通过转向交通远离低能量节点延迟故障的很好的特性，但是开销路径的维护可能会很高。为了提高在低移动性网络的能源效率，我们把一个表驱动，多路径的方法。故障保护的程度直接相关加入一个的路径，以不相交性k的程度，节点向数据宿（即，与没有共同的分支路径的数目）。 A K不相交的结构防止k个链路或节点故障。作为一个经验法则，以产生第k不相交的结构要求最短路径算法21关于k次的开销的复杂性。然而，不相交的属性创建路由表，使局部恢复方案几乎是不可能的强耦合。以减少开销，关键是要放松这种耦合效应外放松不相交的要求洗涤槽的1跳邻居。虽然故障保护的程度越低，它可以是通过局部路径恢复过程以低得多的能源成本补偿。要创建多条路径从每个节点到宿，多树木，每根从1跳邻居水槽，都是建立。每棵树将被迫从水槽通过连续分支向外生长，只要有可能，邻居从水槽高跳的距离，同时避免节点具有极低QoS和能源储备。在构建树的过程结束时，大部分节点将属于多个树并因此具有被洗涤槽的1跳邻居内不相交的多条路径。的优点该结构是，它允许每个传感器间接控制，其中接收器的1跳邻居会把一个消息。对于每个节点，两个参数都与各路径相关联：（1）通过估计能量资源可以在不消耗能量路由如果它有专用的路径报文的最大数目，（2）其中，高指标意味着较低的QoS添加剂的QoS指标。有多个路径到汇聚节点，每个传感器采用的是顺序分配路由（ SAR）算法的路径选择。它考虑到了能源资源和QoS每条路径上，而一个数据包的优先级。路径选择是通过生成该数据包的节点做出，除非拓扑换下来的路径需要的数据包被挪作他用。每一个环节有助于能源成本和延迟，因此，以包流的电阻，可以捕获在任何给定的路径的添加剂度量。在这样的一个分组将有币，以便它可以在使用对于那些低延迟示例路径实现优先权，但遍历与能量耗尽的节点。通过网络，一个加权的QoS路由度量每个数据包被计算作为添加剂的QoS度的产品和相关联的优先级的权重系数该数据包的性能评估的目的。这个加权的QoS的直观解释度量是，它可以测量提供给各数据包相对于所述数据包的优先级的QoS。因此，为了维持相同的加权的QoS度量，更高的服务质量（较低的QoS度量） ，将用于更高的优先级（较高的权重系数）的数据包。特区算法的目的是尽量减少整个网络的寿命平均加权的QoS度量。由于每个路径用于随着时间的推移，可利用能量资源将会改变。也有可能发生的变化在每个路径上的QoS。这些变化将通过定期更新指标从触发入账汇聚节点。仿真研究15表明特区具有比最小度量算法更好的性能，它通过集中，很奇异，在降低能耗的每个优化性能 包，而不考虑其优先级。故障恢复是由一个握手过程，强制执行路由表的一致性实现每个路径上的上游和下游邻居之间，使得任何地方发生故障会自动本地触发重新计算程序。只要一个路径中存在的这个过程会收敛网络拓扑结构10。为了防止慢收敛的可能性（即，计数到无穷大问题），阈值方法检测路径度量的快速增长，加快收敛到无穷远，这有效地标记一个路径的擦除。这可以节约能源为从节点分离水槽，但以后可能会再重新建立连接。自适应局部路由进行合作的信号处理我们假设一个应用程序级的算法或外部代理将决定什么协作功能是需要，并触发网络形成过程。在以下部分中，术语“网络”指专门的传感器连接组检测到一个共同的目标。之前描述的网络形成算法，对环境刺激与合作的基本类别几句话功能是必要的。在一般情况下，环境刺激可分为两大类：（1）近场（NF）和（2）远场（FF）。近场刺激有内相对于传感器组的基线宽度短距离检测距离。信号的传播受视线的成分占主导地位，因此信噪比传感器数据可以被建模的形式为：K医生，其中d是传感器和信号之间的距离源和k和r是常数由传播介质来确定。准确的定位和识别是可能的，如果目标所在的网络的凸包内。远场的目标是位于更远的距离相对于所述网络的基线宽度得多。对于这些目标，源 本地化和范围估计是更具挑战性。由于从物理距离越大， 网络，信号遇到既增加了色散和衰减。有两种类型的协同的信号处理技术： （1）非相干 （2）相干对于非相干处理中，原始传感器数据将在每个节点进行预处理，提取一小部分参数被转发到中央节点（CN）进行进一步的处理，因为相干处理像盲波束形成22，原始传感器数据，最小的预处理后，将标记与时间标记和通过本地网络可换股票据进行更密集的计算上传。虽然能源效率是最终的目标，不同的方法可以根据什么合作功能的使用使用。非相干功能有相当低的数据流量负载，因此我们将集中精力于改善算法的效率。另一方面，由于相干处理产生长的数据流，能量效率必须通过最优路径实现。为了表达清晰，我们分别讨论一致与非相干处理网络。在一般情况下，有三个阶段中的处理网络的形成过程： 一，目标检测，数据采集和预处理 二，声明会员 三，中央节点选举 在第一阶段，一个目标被检测到，它的数据收集和处理前。虽然汇聚节点可以会覆盖，地方一级的任何决定，预处理的结果，可以作为很好的指标一个节点是否应该参与协作功能。一种这样的指标是信号 - 噪声比（SNR）。当一个节点决定参与协作功能，它会进入第二阶段的这个声明打算向所有邻居。这应该尽快完成，这样每个传感器都有一个本地了解网络拓扑。形成过程的第三阶段是中央选举节点（CN）。自CN被选择来执行更复杂的信息处理时，必须有足够的能量储备和计算能力。它也可以根据SNR，这是一个选择的好的估计在NF情况下距离的目标。可换股票据选举算法由两部分组成：（1）单优胜者选举（SWE）算法， （2）生成树（ST）的算法。第一个组件处理必要的信令，有利于考生的信息交流;第二部分计算植根于CN最小跳生成树。通过借助选举在一个选举消息一起的路由信息，因此能够同时执行这两种算法。各选举消息标识一个潜在的CN候选人，一组作为选参数标准由候选人进行了比较。在SWE过程的初始阶段，每个节点可以处以不同长度的宣布自己作为一个CN候选人通过广播当选前自愿延迟消息。为响应第一批当选的消息，接受他们这些节点将启动与自身比较建议可换股票据的候选人，并与第二批当选的消息作出反应，它携带该初始比较的结果。第二批消息传递的将有可能催生进一步的消息交换。在此过程中，对于每个消息，呈现出更好的候选，其信息将被记录在注册表中，然后被转发到所有的邻居，否则消息被丢弃。图6显示了持续的交换，转发和选举报文的丢弃允许中标候选人的资料 弥漫整个网络。连同本扩散过程，扎根在获胜的候选人最少跳生成树将逐步增加覆盖范围。由SWE过程结束时，最低跳生成树将完全覆盖网络。架空延迟权衡存在，这样如果每个候选人自愿延迟本身基于其可能在大选中获胜（即价值所使用的选举标准，）选民的扩散过程为更好地考生信息将有一个良好的开端。这个简单的机制可以消除许多地方落选者中选出的消息交换，大大降低了开销（比较图6和图7）。当足够的延迟差异的最佳人选和网络，当选的其余部分之间存在获奖者的消息可以覆盖整个网络，而不反对，从而实现最小开销。仿真实验表明，本地网络的形成过程是相当可扩展的，当一些形成延迟是可以容忍的。相干协作功能： 相干算法不同，非相干情况下在两个方面： 的传感器产生的数据数量有限; 的最小能量路径（2）明确计算。由于长期上传数据流的中心节点的能量消耗高，一个多优胜者选举（MWE）工艺是用来限制传感器源节点号（SN），将提供该数据。该MWE过程是SWE过程的简单扩展。相反，保持一个最佳人选纪录每个节点现在将保持到n他们。正如在非相干情况下，对于每个获胜SN候选一个最小能量路径可以通过捎带上当选的消息链路功率信息进行计算。在MWE过程结束时，网络中的每个传感器都具有一组最小能量路径的每个SN的。 然后总能耗从每个SN的数据上传到每个节点的本地网络可以是计算。该能量消耗量的数字作为当选准则，一个SWE过程可以被用来找到该节点能够产生的最小的能量消耗。然后该节点可以充当CN的相干协作功能。在一般的形成过程中有较长的延迟，更高的开销，并降低可扩展性比非相干处理网络。图8示出的形成过程。仿真实现 仿真试验台以上协议在秒差距开始实施23。在该模拟中，一个无线电传播模型完全与阴影和路径损耗被使用。仿真是能够运行数据包级的实验，以测试该算法的行为。该仿真是能够容纳数百个节点的仿真的时刻。仿真环境模型的每个节点作为单独秒差距实体。每个层，即MAC地址，移动MAC和网络层，所述的功能性被实现为节点内的函数。网络由45个节点，在空间随机分布，具有密度为=0.04 nodes/m2是模拟，如图9.A.在该仿真中，传感器节点正在使用1mW的发射功率，TFRAME=8.0 秒和100的频带是可用的。路径损耗如下第四功率下降了与距离法，和阴影方差为8dB。图9.B使网络链路的状态在它的那一刻成为关连。在图9.C移动MAC的行为被示出。移动节点正在行驶时的0.1的速度米/秒，具有10个邻居注册，但只限于3的连接能力。该连接阈值设置在12dB的接收SNR水平，在7分贝断线阈值。该图显示了一个移动的轨迹和它的链路层连接的手机的MAC协议维护在5个采样点T1，T2，T3，T4，T5。图9.D，9.E和9.f显示传感器连接到移动3生成树已宣布本身作为在时间T3汇聚节点。每棵生成树从水槽的一个独特的1跳邻居，并建立跳转到更高的跳跃距离所需要的是放松的时候，树是小。在这样的早期阶段网络的形成，当平均网络度仅为2.13（如图9.B示出），只有14个传感器45（约31）有多个路径下沉。然而，由于自组织MAC算法继续拾取新的链路层连接，则平均程度，以及所述多路径覆盖范围将不断完善，直到拓扑结构变得稳定。请注意，在所有这些情况下，在为了保持图表清楚，现有的相关链接不显示。结论 我们已经提出了一套算法在无线传感器建立和维护连接网络。该算法利用低移动性和丰富的带宽，同时与应对严重能源约束和网络可扩展性的要求。该算法进一步适应缓慢通过该节点的子集的移动性。然而，许多重要的研究问题依然存在，包括对例如越界上尤其是考虑到所需的网络形成的最小能量相互作用的信号处理功能。另一个问题是在多大程度上算法可以与更广泛的迁移率有效地处理在节点和目标。最根本的悬而未决的问题是层次结构的分布式信号处理和网络功能。很显然，信号处理功能的一些分层须出示节能运行。我们买不起最贵的信号处理算法是不断磨合，我们也不能承受的贫穷的决定品质，结果从只在靠最简单的程序。由于通信占主导地位时，合作功能之间的能源成本需要的节点，这个问题自然产生的的范围内，信号处理层次需求相应的网络层次结构。我们已经开发实质上不同的算法来设置子网络，以执行协作信号处理功能，与所涉及的努力和可扩展性的信号处理功能相当强烈依赖。然而，这仅仅是在第一大胆探索的问题非常丰富的空间。替代算法在大型硬件测试网络肯定会产生许多有趣的挑战。参考文献 1 G. J. Pottie and W. J. Kaiser, Wireless Integrated Network Sensors, Communications of the ACM,vol. 43, no. 5, May 2000, pp. 51-58.2 May 2000 Issue of Communications of the ACM.3 D. Estrin, R. Govindan, and J. Heidemann,Embedding the Internet”, Communications of the ACM,vol. 43, no. 5, May 2000, pp.39-41.4 G. Asada, M. Dong, T. S. Lin, F. Newberg, G. Pottie, W. J. Kaiser, and H. O. Marcy, Wirelessintegrated network sensors: Low power systems on a chip”, Proceedings of the 1998 European Solid StateCircuits Conference, 1998.5 F. Bennet, D. Clark, J. Evans, A. Hopper, A. Jones, and D. Leask, Piconet: Embedded mobilenetworking”, IEEE Communications Magazine, pp.7-15, October 1997.6 G. J. Pottie, Hierarchical Information Processing in Distributed Sensor Networks, ISIT, C