无线传感器网络跨层设计

㈠ 王珺的介绍

王珺，女，硕士研究生学历，南京邮电大学副教授，硕士生导师。于1998年和2001年以优异轮空成绩毕业于解放军理工大学通信工程学院，分别获得学士与硕士学位，毕业后即投身于我军指挥自动化的科技创新工作，取得了丰信粗硕成果，获军队科技进步二等奖一次，三等奖两次。2004年，王珺调入南京邮电大学通信与信息工程学院工作，并在职攻读南京大学软件新技术国家重点实验室的博士学位，担任网络工程系副主任，在教学方面获得青年教师授课竞赛2等奖以及获得南京邮电大学青年教师优秀教学奖。王珺老师近几年参与和完成了数十项国家和省级基础理论研究项目，发表了多篇SCI 和 EI检索的高质量研究论文。已主持完成南京邮电大学“青蓝计划”研究项目“无线传感器网络自适应跨层优化设计与QoS保障技术的研究”，并作为主要成员参与了国家自然科学基金项目“基于跨层跨系统合作的异构网络融合关键技术研究”、 新一代宽带无线移动通信网国家科技重大专项“泛在网络下多终端协同的网络控制平台及关键技术”以及新一代宽带无线移动通信网国家科技重大专项“物联网总体架构及关键技术研究”等项目的研滑桐镇究工作。

㈡ 无线传感器网络的特点及关键技术

无线传感器网络的特点及关键技术

无线传感器网络被普遍认为是二十一世纪最重要的技术之一，是目前计算机网络、无线通信和微电子技术等领域的研究热点。下面我为大家搜索整理了关于无线传感器网络的特点及关键技术，欢迎参考阅读！

一、无线传感器网络的特点

与其他类型的无线网络相比，传感器网络有着鲜明的特征。其主要特点可以归纳如下：

（一）传感器节点能量有限。当前传感器通常由内置的电池提供能量，由于体积受限，因而其携带的能量非常有限。如何使传感器节点有限的能量得到高效的利用，延长网络生存周期，这是传感器网络面临的首要挑战。

（二）通信能力有限。无线通信消耗的能量与通信距离的关系为E=kdn。其中，参数n的取值为2≤n≤4，n的取值与许多因素有关。但是不管n具体的取值，n的取值范围一旦确定，就表明，无线通信的能耗是随着距离的增加而更加急剧地增加的。因此，在满足网络连通性的要求下，应尽量采用多跳通信，减少单跳通信的距离。通常，传感器节点的通信范围在100m内。

（三）计算、存储和有限。一方面为了满足部署的要求，传感器节点往往体积小；另一方面出于成本控制的目的`，节点的价格低廉。这些因素限制了节点的硬件资源，从而影响到它的计算、存储和通信能力。

（四）节点数量多，密度高，覆盖面积广。为了能够全面准确的监测目标，往往会将成千上万的传感器节点部署在地理面积很大的区域内，而且节点密度会比较大，甚至在一些小范围内采用密集部署的方式。这样的部署方式，可以让网络获得全面的数据，提高信息的可靠性和准确性。

（五）自组织。传感器网络部署的区域往往没有基础设施，需要依靠传感器节点协同工作，以自组织的方式进行网络的配置和管理。

（六）拓扑结构动态变化。传感器网络的拓扑结构通常是动态变化的，例如部分节点故障或电量耗尽退出网络，有新的节点被部署并加入网络，为节约能量节点在工作和休眠状态间进行切换，周围环境的改变造成了无线通信链路的变化，以及传感器节点的移动等都会导致传感器网络拓扑结构发生变化。

（七）感知数据量巨大。传感器网络节点部署范围大、数量多，且网络中的每个传感器通常都产生较大的流式数据并具有实时性，因此网络中往往存在数量巨大的实时数据流。受传感器节点计算、存储和带宽等资源的限制，需要有效的分布式数据流管理、查询、分析和挖掘方法来对这些数据流进行处理。

（八）以数据为中心。对于传感器网络的用户而言，他们感兴趣的是获取关于特定监测目标的真实可靠的数据。在使用传感器网络时，用户直接使用其关注的事件作为任务提交给网络，而不是去访问具有某个或某些地址标识的节点。传感器网络中的查询、感知、传输都是以数据为中心展开的。

（九）传感器节点容易失效。由于传感器网络应用环境的特殊性以及能量等资源受限的原因，传感器节点失效（如电池能量耗尽等）的概率远大于传统无线网络节点。因此，需要研究如何提高数据的生存能力、增强网络的健壮性和容错性以保证部分传感器节点的损坏不会影响到全局任务的完成。此外，对于部署在事故和自然灾害易发区域的无线传感器网络，还需要进一步研究当事故和灾害导致大部分传感器节点失效时如何最大限度地将网络中的数据保存下来，以提供给灾害救援和事故原因分析等使用。

二、关键技术

无线传感器网络作为当今信息领域的研究热点，设计多学科交叉的研究领域，有非常多的关键技术有待研究和发现，下面列举若干。

（一）网络拓扑控制。通过拓扑控制自动生成良好的拓扑结构，能够提高路由协议和MAC协议的效率，可为数据融合、时间同步和目标定位等多方面奠定基础，有利于节省能量，延长网络生存周期。所以拓扑控制是无线传感器网络研究的核心技术之一。目前，拓扑控制主要研究的问题是在满足网络连通度的前提下，通过功率控制或骨干网节点的选择，剔除节点之间不必要的通信链路，生成一个高效的数据转发网络拓扑结构。

（二）介质访问控制（MAC）协议。在无线传感器网络中，MAC协议决定无线信道的使用方式，在传感器节点之间分配有限的无线通信资源，用来构建传感器网络系统的底层基础结构。MAC协议处于传感器网络协议的底层部分，对传感器网络的性能有较大影响，是保证无线传感器网络高效通信的关键网络协议之一。传感器网络的强大功能是由众多节点协作实现的。多点通信在局部范围需要MAC协议协调其间的无线信道分配，在整个网络范围内需要路由协议选择通信路径。

在设计MAC协议时，需要着重考虑以下几个方面：

（1）节省能量。传感器网络的节点一般是以干电池、纽扣电池等提供能量，能量有限。

（2）可扩展性。无线传感器网络的拓扑结构具有动态性。所以MAC协议也应具有可扩展性，以适应这种动态变化的拓扑结构。

（3）网络效率。网络效率包括网络的公平性、实时性、网络吞吐量以及带宽利用率等。

（三）路由协议。传感器网络路由协议的主要任务是在传感器节点和Sink节点之间建立路由以可靠地传递数据。由于传感器网络与具体应用之间存在较高的相关性，要设计一种通用的、能满足各种应用需求的路由协议是困难的，因而人们研究并提出了许多路由方案。

（四）定位技术。位置信息是传感器节点采集数据中不可或缺的一部分，没有位置信息的监测消息可能毫无意义。节点定位是确定传感器的每个节点的相对位置或绝对位置。节点定位分为集中定位方式和分布定位方式。定位机制也必须要满足自组织性，鲁棒性，能量高效和分布式计算等要求。

（五）数据融合。传感器网络为了有效的节省能量，可以在传感器节点收集数据的过程中，利用本地计算和存储能力将数据进行融合，取出冗余信息，从而达到节省能量的目的。

（六）安全技术。安全问题是无线传感器网络的重要问题。由于采用的是无线传输信道，网络存在偷听、恶意路由、消息篡改等安全问题。同时，网络的有限能量和有限处理、存储能力两个特点使安全问题的解决更加复杂化了。

㈢ 设计无线传感器网络的节点部署方案时必须考虑哪些问题

设计无线传感器网络节点需要遵循以下几个主要的原则。
（1）微型化与低成本
由于无线传感器网络节点数量大，只有实现节点的微型化与低成本才有可能大规模部署与应用。因此节点的微型化与低成本一直是研究人员追求的主要目标之一。对于目标跟踪与位置服务一类的应用来说，部署的无线传感器节点越密，定位精度就越高。对于医疗监控类的应用来说，微型节点容易被穿戴。实现节点的微型化与低成本需要考虑硬件与软件两个方面的因素，而关键是研制专用的片上系统（System on Chip，SoC）芯片。对于传统的个人计算机，内存2GB、硬盘100GB已经是常见的配置，而一个典型的无线传感器节点的内存只有4kB、程序存储空间只有10kB。正是因为传感器节点硬件配置的限制，所以节点的操作系统、应用软件结构的设计与软件编程都必须注意节约计算资源，不能够超出节点硬件可能支持的范围。
（2）低功耗
传感器节点在使用过程中受到电池能量的限制。在实际应用中，通常要求传感器节点数量很多，但是每个节点的体积很小，携带的电池能量十分有限。同时，由于无线传感器网络的节点数量多、成本低廉、部署区域的环境复杂，有些区域甚至人员不能到达，因此传感器节点通过更换电池来补充能源是不现实的。如何高效使用有限的电池能量，来最大化网络生命周期是无线传感器网络面临的最大的挑战。
传感器节点消耗能量的模块包括：传感器模块、处理器模块和无线通信模块。随着集成电路工艺的进步，处理器和传感器模块的功耗变得很低。图2-43给出了传感器节点各部分能量消耗情况。从图中可以看出，传感器节点能量的绝大部分消耗在无线通信模块。传感器节点发送信息消耗的电能比计算更大，传输1bit信号到相距100m的其他节点需要的能量相当于执行3000条计算指令消耗的能量。
图2-43传感器节点各部分能量消耗情况无线通信模块存在四种状态：发送、接收、空闲和休眠。无线通信模块在空闲状态一直监听无线信道的使用情况，检查是否有数据发送给自己，而在休眠状态则关闭通信模块。从图中可以看到，无线通信模块在发送状态的能量消耗最大；在空闲状态和接收状态的能量消耗接近，但略少于发送状态的能量消耗；在休眠状态的能量消耗最少。为让网络通信更有效率，必须减少不必要的转发和接收，不需要通信时尽快进入休眠状态，这是设计无线传感器网络协议时需要重点考虑的问题。
（3）灵活性与可扩展性
无线传感器网络节点的灵活性与可扩展性表现在适应不同的应用系统，或部署在不同的应用场景中。例如，传感器节点可以用于森林防火的无线传感器网络中，也可以用于天然气管道安全监控的无线传感器网络中；可以用于沙漠干旱环境下天然气管道安全监控，也可以用于沼泽地潮湿环境的安全监控；可以适应单一声音传感器精确位置测量的应用，也可以适应温度、湿度与声音等多种传感器的应用；节点可以按照不同的应用需求，将不同的功能模块自由配置到系统中，而不需重新设计新的传感器节点；节点的硬件设计必须考虑提供的外部接口，可以方便地在现有的节点上直接接入新的传感器。软件设计必须考虑到可裁剪，可以方便地扩充功能，可以通过网络自动更新应用软件。
（4）鲁棒性
普通的计算机或PDA、智能手机可以通过经常性的人机交互来保证系统的正常运行。而无线传感器节点与传统信息设备最大的区别是无人值守，一旦大量无线传感器节点被飞机抛洒或人工安置后，就需要独立运行。即使是用于医疗健康的可穿戴节点，也需要独立工作，使用者无法与其交互。对于普通的计算机，如果出现故障，人们可以通过重启来恢复系统的工作状态。而在无线传感器网络的设计中，如果一个节点崩溃，那么剩余的节点将按照自组网的思路，重新组成具有新拓扑的自组网。当剩余的节点不能够组成新的网络时，这个无线传感器网络就失效了。因此传感器节点的鲁棒性是实现无线传感器网络长时间工作重要的保证。更多http://www.big-bit.com/news/list-75.html

㈣ 无线传感器网络原理及方法 什么是分层设计，什么是跨层设计

绝对给力嘚，原创！

㈤ 通信工程毕业论文有哪些题目

通信工程可以写4g网络通信、无线局域网、wifi等等热门题目的。开始也不懂，还是学长给的文方网，写的《网络通信中的视频编码与传输技术研究》，非常靠谱的说

无线传感器网络多信道通信技术的研究
SSL安全传输协议在网络通信中的应用研究
无线传感器网络通信协议研究
基于ZigBee和IPv6的远程监控网络通信研究
高速铁路牵引供电自动化网络通信系统研究
自相似网络通信量及高速路由结构性能研究
复杂系统的信息脆性风险研究及在网络通信系统中的应用
面向多级凯雀安全的网络安全通信模型及卜孙则其关键技术研究
工业分布式实时数据库网络通信平台的研究与设计
具有重尾特性的自相似网络通信量建模及预测
基型棚于FPGA的机器视觉系统研究及应用
基于跨层设计的无线网络通信的研究
无人驾驶智能车远程监控系统——基于GPRS无线网络通信
基于以太网的变电站自动化网络通信系统研究
基于VC++网络通信平台的设计与开发
地铁列车WorldFIP网络通信系统可靠性分析与应用研究
水声网络通信环境软件仿真系统设计
嵌入式数字硬盘录像机网络通信软件设计
基于MPC8260和VxWorks的网络通信平台的实现
基于嵌入式以太网的变电站自动化网络通信研究
网络通信系统的风险分析与评估
远程监控系统中网络通信的研究与实现
基于数据加密的网络通信系统的研究
基于嵌入式系统VxWorks的设备驱动和网络通信
基于Linux的网络通信游戏的设计与实现
基于WiFi的LED照明控制系统的研究与实现
基于STM32的嵌入式网络控制器设计
GPS/GPRS车辆定位网络系统及故障在线检测技术研究
基于C/S模式多平台网络通信系统研究
基于Internet的分布交互式通信系统仿真平台的研究——网络通信部分
分布式检测系统的网络通信研究
星间/星内无线通信技术研究
网络通信的信息隐藏技术研究
低压电力线网络通信技术研究

㈥ 侯华的教育科研

研究方向移动通信；无线通信；认知无线电技术；主讲课程电磁场与电磁波、无线通信系统、无线网络技术、射频微波电路设计主要教科研成果1. 2003年-2006年，参加国家863重大项目“Beyond 3G蜂窝移动通信无线网络试验系统研究开发”子课题“FDD方式下高层协议和编译码设计与实现”，项目编号：2003AA12331003，排名第5，已通过鉴定验收。2006年11月结题验收。2. 2005年-2006年，中国科学技术大学与上海华为技术有限公司的合作项目“无线新技术研究和验证”，项目编号：YBWL2005029，排名第8，已经通过鉴定验收。项目经费65万元。3. 2008年-2010年，邯郸市科学技术项目“无线传感器网络（WSN）定位技术及其在矿井人员定位中的应用研究”，，排名第4，已经通过鉴定验收。4. 2008年-2010，邯郸市科学技术项目“智能节水水表系统研究”，排名第6，已经通过鉴定验收。5. 2009年-2012年，邯郸市科学技术项目“蜂窝系统中控制参数自适应调整的跨层优化技术研究”，排名第1，在研。6. 2009年-2012年，邯郸市科学技术项目“正三角形小区中的自适应子载波分配技术研究”，排名第2，在研。7. 2009年-至今，邯郸市科学技术项目“动态目标跟踪技术及其应用研究”，排名第2，在研。8. 2009-2010年，邯郸市科学技术项目“基于现场总线技术的高压静电除尘控制系统研究”，排名第3，在研。9. 2009-2012年，邯郸市科学技术项目“无线视频监控系统的研制”，排名第4，在研。10. 2009年-至今，河北工程大学项目，河北省自然科学基金预研基金项目 “蜂窝系统中基于认知无线电技术的跨层优化算法”，主持，在研。11. 2009年-2011年，河北工程大学项目，校青年学术骨干项目“能量有效的无线传感器网络跨层优化技术研究”，主持，在研12. 2011年-2013年，河北省自然科学基金项目“基于物理损伤约束的高速动态光网络路由波长分配算法研究”，排名第3。13. 2012年-2014年，河北省教育厅科学技术研究重点项目“能量有效的无线传感器网络跨层优化技术研究”，排名第1。项目经费5万元。14. 2012年-2014年，河北省自然科学基金项目“蜂窝系统中基于认知无线电技术的跨层建模及优化策略研究”，排名第1。项目经费3万元。发表的代表性论文侯华，周武旸. 跨层自适应无线资源分配方案[J]. 中国科学技术大学学报，2006, 36(11):1221-1226.（核心期刊）侯华，周武旸，朱近康. 基于跨层公平性准则的自适应无线资源分配方法[J].电子与信息学报，2008, 30(3): 638-642.（EI检索）侯华，周武旸，朱近康. 双参数跨层自适应资源分配算法研究[J]. 电子与信息学报，2008，30(11): 2565-2569（EI检索侯华、胡威、孙佩、李增军、康淑娴，E8台卫星通信新闻直播车的设计，科技情报开发与经济，2011,21（9）：153-154侯华, 李亘煊, 刘燕. 多用户正交频分复用加权比例公平调度[J].计算机应用, 2011,31(10): 2644-2649.（核心期刊）侯华, 李亘煊. 加权比例公平群智能跨层资源分配算法[J].计算机应用研究,2012, 29（3）:1038-1043. （核心期刊）

㈦ 无线传感器网络体系结构包括哪些部分，各部分的

结构
传感器网络系统通常包括传感器节点EndDevice、汇聚节点Router和管理节点Coordinator。
大量传感器节点随机部署在监测区域内部或附近，能够通过自组织方式构成网络。传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输，在传输过程中监测数据可能被多个节点处理，经过多跳后路由到汇聚节点，最后通过互联网或卫星到达管理节点。用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理，发布监测任务以及收集监测数据。

传感器节点
处理能力、存储能力和通信能力相对较弱，通过小容量电池供电。从网络功能上看，每个传感器节点除了进行本地信息收集和数据处理外，还要对其他节点转发来的数据进行存储、管理和融合，并与其他节点协作完成一些特定任务。

汇聚节点
汇聚节点的处理能力、存储能力和通信能力相对较强，它是连接传感器网络与Internet 等外部网络的网关，实现两种协议间的转换，同时向传感器节点发布来自管理节点的监测任务，并把WSN收集到的数据转发到外部网络上。汇聚节点既可以是一个具有增强功能的传感器节点，有足够的能量供给和更多的、Flash和SRAM中的所有信息传输到计算机中，通过汇编软件，可很方便地把获取的信息转换成汇编文件格式，从而分析出传感节点所存储的程序代码、路由协议及密钥等机密信息，同时还可以修改程序代码，并加载到传感节点中。

管理节点
管理节点用于动态地管理整个无线传感器网络。传感器网络的所有者通过管理节点访问无线传感器网络的资源。
无线传感器测距
在无线传感器网络中，常用的测量节点间距离的方法主要有TOA（Time of Arrival），TDOA（Time Difference of Arrival）、超声波、RSSI（Received Sig nalStrength Indicator）和TOF（Time of Light）等。

㈧ 无线传感器网络 毕业设计求助

你是研究生啊? 这个是研究生的项目啊,导师是有完整的一套设备才让做的,本科生毕业论文的话,应该有理论有算法+协议就行了吧 当然没有实体想优秀是不大容易了.
反正我本科毕业论文基本混混就过了,就是论文+个编程 MATLAB妨真 当然我学校一般
就是感觉本科生做这个还蛮难

㈨ 在设计传感器网络的物理层时，需要着重考虑哪些问题

1.传输介质
2.物理返旁层前世弯帧结构
3.需要考虑编码调制技术、通信速慧闷率和通信频段等问题

㈩ 试着设计一个用于煤矿工人井下定位的矿井地下无线传感器网络系统结构方案，并阐述设计的基本思路。

矿井环境监测中通常需要对矿井风速、矿尘、一氧化碳、温度、湿度、氧气、硫化氢和二氧化碳等参数进行检测。现有的监控检测系统需要在矿井内设通信线路，传递监测信息。生产过程中矿井结构在不停变化，加之有些坑道空间狭小，对通信线路的延伸和维护提出了很高的要求。一旦通信链路发生故障，整个监测系统就可能瘫痪。为解决上述问题，本文提出使用无线传感器网络来进行矿井环境的监测监控。使用无线传感器网络进行环境监控有三个显着的优势：(1)传感器节点体积小且整个网络只需要部署一次，因此部署传感器网络对监控环境的人为影响很小；(2)传感器网络节点数量大，分布密度高，每个节点可以检测到局部环境详细信息并汇总到基站，因此传感器网络具有采集数据全面，精度高的特点；(3)无线传感器节点本身具有一定的计算能力和存储能力，可以根据物理环境的变化进行较为复杂的监控。传感器节点还具有无线通信的能力，可以在节点间进行协同监控[1]。节点的计算能力和无线通信能力使得传感器网络能够重新编程和重新部署，对环境变化、传感器网络自身变化以及网络控制指令做出及时反应。即使矿井结构遭到破坏，仍能自动恢复组网，传递信息，为矿难救助等提供重要信息。无线传感器网络自身的这些特点特别适用于矿井环境监测。