自组织无线传感器网络协议

Exercise1forWirelessSensorNetworkName：王浩Class：物联网1班StudentID：20115547Mark：Pleasetranslatepaper“ProtocolsforSelf-OrganizationofaWirelessSensorNetwork”intoChinese.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1Mb/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IEEE802.11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2MB/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,1-100kb/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3J能量的传输距离1001kb的数据米。另一方面适度规范的通用处理器100MIPS/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