基于NS2的PEGASIS协议仿真毕业设计论文

太原理工大学

毕业设计（论文）

设计说明书

设计(论文)题目：

链状传输的路由算法研究

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太原理工大学毕业设计（论文）任务书

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链状传输的路由算法研究

摘要

无线传感器网络是由许多具有无线通信能力的低成本、大规模密集部署的传感器节点组成，一种全新的信息获取技术，是新兴的下一代无线网络，具有广泛的应用前景。但其性能主要局限于传感器节点低电池能量，较小的存储能力和传输范围，因此，如何在给定节点能量的前提下充分发挥电源有效性，以获得节点更高的通信能力，延长网络寿命，选择一种最优化的路由协议是一个关键问题，有着非常重大的意义。

本文中作者将对路由协议中链状传输的路由算法PEGASIS协议进行重点研究。详细分析了PEGASIS协议的模型，传输过程以及工作原理。并通过仿真平台NS2对协议进行仿真，从而得到传感器网络中利用链状传输路由算法的存活节点随时间变化的曲线。

关键词：无线传感器网络；路由协议；PEGASIS

Research On Routing Algorthm Of The Chain Transfer

Abstract

Wireless sensor network is composed of many low-cost wireless communication capabilities, large-scale densely deployed sensor nodes, a new access to information technology, is the emerging next-generation wireless networks, has broad application prospects. But its performance is mainly limited to low battery power of sensor nodes, the smaller storage capacity and transmission range, therefore ,how to give full play to the premise of a given node energy power the effectiveness of higher node communication capability, and prolong the network lifetime, select an optimal routing protocol is a key issue, has great significance.

This paper the author will focus on the routing protocol in the chain transmission routing algorithm PEGASIS agreement. Detailed analysis of the agreement PEGASIS model, the transmission process works. Protocol simulation platform NS2 simulation, resulting in the survival node of the chain transfer routing algorithm in sensor networks change over time curve.

Key words: Wireless sensor networks；Routing Protocol；PEGASIS

目录

摘要......................................................................................................................................... I Abstract ..................................................................................................................................... II 第1章绪论. (1)

1.1 无线传感器网络 (1)

1.2 无线传感器网络的产生与发展现状 (1)

1.3 无线传感器网络所具有的特点 (6)

1.4 无线传感器网络的实际应用 (7)

1.4.1 军事应用 (7)

1.4.2 环境观测和预报系统 (8)

1.4.3 医疗护理 (8)

1.4.4 智能家居 (8)

1.4.5 其它商业应用 (8)

1.5 课题研究内容和工作 (9)

第2章无线传感器网络路由协议概述 (10)

2.1 无线传感器网络与传统的无线网络之间的区别与体系结构 (10)

2.1.1 无线传感器网络与传统的无线网络之间的区别 (10)

2.1.2 无线传感器网络的体系结构 (10)

2.1.3 无线传感器网络的节点结构 (11)

2.1.4 无线传感器网络的协议体系结构 (12)

2.2 无线传感器网络研究中的主要问题 (14)

2.2.1 路由问题 (14)

2.2.2 能量问题 (14)

2.3 无线传感器网络的路由协议 (14)

2.3.1 无线传感器网络路由协议的性能指标 (14)

2.3.2 无线传感器网络路由协议的分类 (15)

第3章无线传感器网络PEGASIS路由协议的分析与研究 (17)

3.1 PEGASIS算法的概述 (17)

3.2 PEGASIS算法的网络模型和能量模型 (17)

3.3 PEGASIS算法的具体描述 (19)

3.3.1 链的形成阶段 (21)

3.3.2 链节点的选举阶段 (21)

3.3.3 数据传输阶段 (22)

3.3.4 PEGASIS算法研究现状 (22)

第4章仿真平台的介绍，安装及使用 (25)

4.1 NS2仿真平台的介绍 (25)

4.1.1 NS2简介 (25)

4.1.2 NS2特点 (25)

4.1.3 NS2的层次结构 (26)

4.2 NS2仿真平台的安装 (27)

4.3 NS2仿真平台的实例 (30)

4.4 NS2仿真 (32)

4.4.1 PEGASIS仿真环境 (32)

4.4.2 PEGASIS仿真结果 (34)

第5章总结 (35)

参考文献 (1)

致谢 (2)

附录A 外文文献 (3)

附录B 中文翻译 (8)

第1章绪论

1.1无线传感器网络

微电子技术、计算技术和无线通信等技术的进步，推动了低功耗多功能传感器的快速发展，使其在微小体积内能够集成信息采集、数据处理和无线通信等多种功能。目前，无线传感器网络己经是国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域，它实现了物理世界、计算世界以及人类社会三元世界的连通。传感器网络具有广阔的应用前景，己经引起了许多国家学术届和工业届的高度重视，它被认为是对21世纪产生巨大影响力的技术之一。

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是由部署在检测区域内大量廉价的微型传感器节点组成，通过无线通信的方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了传感器网络的三个要素。如果说Internet构成了逻辑上的信息世界，改变了人与人之间的沟通方式，那么，无线传感器网络就是将逻辑上的信息世界与客观上的物理世界融合在一起，改变了人类与自然界的交互方式。

1.2无线传感器网络的产生与发展现状

计算机网络自产生之日起，尤其是上世纪90年代初的迅速发展，使人们的生活发生了极大的改变。通信技术日新月异。近年来，无线通信更是大行其道，各种无线通信应用层出不穷。无线通信和有线通信相比较，无需对网络通信的物理通道进行配置，具有很大的灵活性，并节约了网络设施的成本，这使得它比有线通信具有更光明的前景。全球无线通信应用的规模，将很快超过有线网络应用的规模。随着集成电路技术的发展，现在我们可以在很少的面积上，集成大量的电子元件。摩尔定律，时至今日，仍然指引着半导体工业的发展。芯片越做越小，功能却越来越强。这为我们能够产生大量廉价的，体积很小的，具有多种功能的器件提供了保证。

在无线通信技术及芯片制造技术的双重作用下，同时伴随着各种实际应用的需求，无线传感器网络的产生也很自然了。这是一种新型的无线通信架构。最早的对无线传感器网络的讨论见于1998年的一些论文当中。现在美国的UARPA和NSF都已经设立了专项的基金对无线传感器网络的研究进行资助。美国的许多大学都有针对无线传感器网络的研究小组，而其中又以UCB，UCLA，USC的研究最为领先。在很多学术文章的论述中，将把无线传感器网络常简称WSN。

以前的监控系统经常是将少量的大功率的，具有很强数据分析能力的传感装置放在离目标有一定距离的观测点进行监控，这样获得的数据很不准确，需要传感装置具有较强的处理分析能力，从混杂的信号中，分析出有用的信息。现在，我们可以生产出体积小，耗能少，造价低，但是功能却很强的传感器，将这种传感器高密度的分布在观测区域，我们就可以获得全面的，精确度相当高的数据。这从根本上改变了传统监控系统的模式。

简单讲，无线传感器网络就是由大量的能量与物理环境进行交互，同时具有数据处理功能和无线通信功能的信心性传感器构成的互联的系统，该系统可以完成复杂的监控任务。这里的传感器，并不是传统意义上的单纯的对物理信号进行感知并转化为数字信号的传感器，它是将感应模块，数据处理模块和无线通信模块集成为在一块很小的物理单元件上，功能比传统的传感器大了许多，不仅能够对环境信息进行感知，而且具有数据处理及无线通信的功能。我们将这类传感器节点高密度的分散在某个环境里，通过无线通信进行连接，它们就从整体上构成了一种特殊的网络。每个节点都有自己控制的一区域，通过感知设备，如声学光学设备，化学分析装置，电磁感应装置等，来对来它周围的物理环境进行监控，当然也可以通过配置一些功能单元来实现特定的与环境交互的功能。

传感器网络的发展主要经历了4代，其发展历程如图1-1所示。

1、第一代：20世纪70年代，出现了具有简单模拟信号传输功能的传统传感器所组成的点对点输出的测控系统网络。该网络具有简单信息获取能力，初步实现了信息的单向传递，但是布线复杂、抗干扰性差。

2、第二代：传感器网络具有了获取多种信息的综合处理能力，并通过采用串/并接口与传感控制器的相连，构成有综合多种信息的传感器网络。

3、第二代：20世纪90年代后期和本世纪初，出现了基于现场总线技术的智能传感器网络，采用现场总线连接传感控制器，构成局域网络，其局部测控网络通过网关和路由器可以实现与Internet 连接。

4、第四代：大量具有多功能、多信息获取能力的传感器被运用，采用无线自组织接入网络，与传感器网络控制器连接，构成无线传感器网络，正处于研究和开发阶段。

图1-1 传感器网络的发展年份示意图

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks ，WSN)就是由部署在监测区域大内量的具有特定功能的传感器节点(sensor node)通过自组织的无线通信方式，形成一个多跳的网络系统，从而相互传递信息，协同合作来完成特定任务。

域覆盖 面覆盖 线覆盖 点覆盖 第一代 第二代 第三代 第四代

无线传感器网络是由大量传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统，它能够实现数据的采集量化、处理融合和传输。它综合了微电子技术、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先进技术，能够协同地实时监测、感知和采集网络覆盖区域中各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理，处理后的信息通过无线方式发送，并以自组多跳的网络方式传送给观察者。具体的来讲，WSN兼具感测、运算与网络能力，透过传感器侦测周遭环境，如温度、湿度、光照、气体浓度、震动幅度等，并由无线网络将搜集到的信息传送给监控者；监控者解读报表信息后，便可掌握现场状况，进而维护、调整相关系统。由于监控物理环境的重要性从来没有像今天这么突出，无线传感器网络已被视为环境监测、建筑监测、公用事业、工业控制、家庭、船舶和运输系统自动化中的下一个发展方向。

WSN并不是一种新兴的技术，早在海湾战争中它就被派上了用场：当时的美军部队使用大量的智能灰尘传感器结点，将光、声信息汇集起来，从而能够实现快速锁定目标，进行定向轰炸。无线传感器网络的研究起步于20世纪90年代末期。从21世纪开始，无线传感器网络引起了学术界、军事界和工业界的极大关注，美国和欧洲相继启动了无线传感器网络的研究计划。特别是美国通过国家自然基金委、国防部等多种渠道投入巨资支持无线传感器网络技术的研究。

美国陆军2001年就提出可“灵巧无线传感器网络通信”计划，在2001-2005财政年度期间批准实施，主要目的是为了提高参战人员对战场态势的感知能力。

2002年5月，美国Sandia国家实验室与美国能源部合作，共同研究能够尽早发现以地铁、车站等场所为目标的生化武器袭击，并及时采取防范对策的系统，该系统集检测有毒气体的化学传感器与网络技术于一体。

美国交通部1995年提出了“国家智能交通系统项目规划”，预计2025年全面投入使用。该计划试图有效集成先进的信息技术、数据通信技术、传感器技术、控制技术及计算机处理技术并应用于整个地面交通管理，建立一个大范围全方位的实时高效的综合交通管理系统。

英特尔公司在2002年10月24日发布了“基于卫星传感器网络的新型计算机发展规划”，计划宣称，英特尔将致力于微型传感器网络在医学、环境监测、森林灭火乃至海地板块调查、卫星探测等领域的应用。

美国自然科学基金委员会2003年制定了无线传感器网络研究计划，在加州大学洛杉矶分校成立了传感器网络研究中心，联合周边的加州大学伯克利分校、南加州大学等，展开了“嵌入式智能传感器”的研究项目，以求利用传感器网络对我们生活的物理世界实现全面的测试与控制。美国几乎所有著名院校都有研究小组从事无线传感器网络相关技术的研究，加拿大、英国、德国、芬兰、日本和意大利等国家的研究机构也加入了无线传感器网络的研究。

克尔斯博公司(Crossbow Technology)最近推出了Crossbow Imote2，新一代无线传感器网络研发的硬件平台，该模块非常适合与那些支持的功耗、长期工作的高性能传感器接点，并能延长这类节点的使用寿命。GainSpan是原任职于英特尔的技术人员为开发传感器网络用半导体，于2006年9月创办的风险公司。最初从事ZigBee/IEEE802.15.4规格收发IC的开发，之后转向了无线LAN规格IC的开发。其原因在于ZigBee和IEEE802.15.4的基础设施尚未得到普及。也就是说，即使制造相应的芯片，能够应用的

市场也非常有限。另一方面，无线LAN的基础设施随处可见。尤其是美国，各种场所都有能够利用无线LAN的区域(热点)。因此我们认为，制造能够使用无线LAN基础设施的传感器网络用芯片肯定会有很大的市场”。

但是此前的无线LAN用芯片在待机时的消耗电量也高达数百μW，无法直接应用于传感器网络。为了在传感器网络中利用，消耗电量需要达到使用5号干电池可连续工作两年的程度。

我国也非常重视无线传感器网络的研究。从2002年开始，我国国家自然科学基金委员会已经审批了和WSN相关的多个课题，在国家发展改革委员会的下一代互联网示范工程中，也部署了WSN相关的课题。而且传感器网络还被明确列入我国的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》计算机行业领域“传感器网络及智能信息处理”优先主题。

目前，国内的很多科研单位和高校都积极开展了无线传感器网络方面的研究工作，比如中科院系统的多个单位、清华大学、中国科技大学、国防科技大学、解放军信息工程大学、哈尔滨大学、浙江大学、西北工业大学、上海交通大学、电子科技大学以及河海大学等。且中科院也已经在国内率先将无线传感器网络节点的研究成果产业化，已经生产并销售“GAINS系列”无线传感器网络节点。

2004年中国国家自然科学基金委员会将无线传感器网络列为重点研究项目。2005年9月，中国微计算机学会理事长、复旦大学计算机科学系教授陈章龙在上海举行的“瑞萨论坛2005”上建议中国本土企业应该加大对RFID（Radio Frequency Identification，射频识别)和无线传感器网络(WSN)技术的关注力度，并特别指出："WSN与RFID结合起来组成的W SID网络，其应用前景不可估量。”

2006年7月，发展推广“RFID、传感器网络技术”被列入我国《信息产业科技发展“十一五”计划和2020年中长期规划(纲要)》。

2007年8月，我国科学家将布设一个能在北京遥控监测冰雪变化的“智能尘埃”网络，将南极冰雪表面数据与天空中的遥感卫星监测数据相结合，对南极冰穹A地区开展“天地一体”的监测研究。

2007年10月，上海市科委在浦东国际机场公安分局主持召开了以中科院上海微系统与信息技术研究所为总体单位，并联合上海市多家高校、研究所共同承担的“无线传感器网络关键技术攻关及其在道路交通中的应用示范研究”项目验收会。该项目研发期间，建立了无线传感网的仿真、测试、环模平台和交通信息采集综合测试实验外场。完成了由市政局信息处和公路处养征协调，在沪宁高速路段进行的“嘉松公路All-A9无线传输”中期演示。演示系统实现了国道和高速管理信息之间的联网互通，传输距离大于10公里、传输速率大于10Mb/s，可以同时传输9路视频、双向语音、多路数据信息和控制指令，上海市政工程管理局信息处认为该成果对公路处选择多元通讯系统具有广泛良好的应用价值。

美国、加拿大、德国、芬兰和日本等国家都有许多大学和研究机构纷纷投入了大量的研发力量从事无线传感器网络相关技术的研究。在相关外文期刊和国际会议中，每年有大量关于无线传感器网络节点定位技术研究成果的论文发表，且呈逐步增加趋势。

根据定位过程是否需要测量实际节点间的距离，节点自定位算法主要分为基于距离的(Range-based)定位算法和距离无关的(Range-free)定位算法。测距技术通过测量相邻节

点间点到点的实际距离或角度信息获取电波信号参数，常用的测距技术有RS SI(Received Signal Strength Indicator)、TOA(Time of Arrival)、TDOA(Time Difference on Arrival ) 和AOA（Angle of Arrial），再通过合适的定位算法计算节点位置。RSSI虽然符合低功率、低成本的要求，但产生的误差较大，主要来源是环境影响所造成的信号传播模型的建模复杂性，高达50%的测距误差；TOA需要节点间精确的时间同步，使用TOA技术最基本的定位系统是GPS，由于无线传感器网络节点硬件尺寸、成本和功耗的限制，实际应用TOA技术的定位方案较少，但近期UWB技术的发展以及在无线传感器网络中的应用，使得利用TOA定位具有了广阔的前景；TDOA技术的测距精度较高，可到达厘米级，但受限于超声波传播距离有限和NLOS问题对超声波的传播影响；AOA受噪声、NLOS等外界环境影响较大且需要额外硬件，无法满足传感器节点在硬件尺寸和功耗上的要求。Range-based定位机制使用各种算法来减小测距误差对定位的影响，包括多次测量，循环定位求精，这些都要产生大量计算和通信开销。通常定位精度相对较高，所以对节点的硬件也提出了很高的要求。Range-free定位算法不需要距离和角度信息，仅根据网络连通性和已知位置的锚节点等信息来实现相对精确的定位功能，因而降低了对节点硬件的要求，使得节点成本更适合于大规模传感器网络。Range-free定位算法由于不需要测量距离而倍受关注。典型的Range-free定位算法有DV-Hop定位算法，APIT定位算法、质心定位算法、Amorphous定位算法等。DV-Hop 算法简单、易于实现，对于各向同性的密集网络，可以得到合理的平均每跳距离，从而能够达到适当的定位精度。但对于网络拓扑不规则的网络，定位精度会迅速下降。APIT 定位算法通信量较小，定位精度相对较高，但要求较高的锚节点密度。质心定位算法虽然实现简单、通信开销小，但仅能实现粗精度定位，需要较高的锚节点密度。而Amorphous定位算法需要预知网络平均连通度，需要较高的节点密度。Map-growing算法不需要部署锚节点，通过建立独立的局部坐标系进行节点定位，该算法能够适应网络拓扑不规则的情况，但当网络规模较大时，由于累积误差的影响，距离局部坐标系中心节点较远的节点的定位误差会比较大。Range-free算法的精度和收敛速度一定程度上依赖于网络平均每跳距离估计的精度，而且当传感器网络各向异性或拓扑结构比较复杂时算法的性能将明显变差。与基于Range-free的算法相比，Range-based算法定位精度相对较高。但由于Range-free算法无需测量节点间的绝对距离或方位，因而降低了对节点的硬件要求，使得节点成本更适合于大规模传感器网络。距离无关的定位机制定位性能受环境因素的影响小，虽然定位的误差相应有所增加，因此也是目前大家普遍重点关注的定位机制。

近年来，各种新技术的发展和应用以及定位算法的研究都取得了丰富的成果，从提高定位精度和定位覆盖率、降低能耗和成本等不同方面不断的完善定位系统和算法，使得无线传感器网络定位系统更加实用化。最近已经有一些应用于无线传感器网络的定位系统被提出，比较有代表性的现有定位系统有RADAR，Active，Bats，SpotON，Cricket，AHLoS，Calamari等。在SpotON定位系统中，利用接收到的信号强度通过一些方法校准RSSI预测方程，从而更好地利用接收信号强度估计距离。这种方法易于实现，但受信道质量如反射等的影响较大，信号强度误差会达到±7dB，测距相对误差会达到±50 %。Cricket系统是麻省理工学院的Oxygen项目的一部分，用来确定移动或静止节点在大楼内的具体房间位置。Cricket系统将定位相对误差降低到10%以下，但受超声波

传播方向性限制，不能实现任意两点间的测距和定位。加州大学伯克利分校开发的Calamari定位系统基于Crossbow公司的Mica2节点平台和TinyOS，使用TDOA和RSSI 两种测距技术实现节点定位。在理想环境下信道的长期衰落服从对数正态分布，但是在某些干扰比较严重的环境下，Calamari定位系统的实验结果并不理想。

无线传感器网络节点定位问题，现有的研究基本都集中于理论上定位算法的设计、开发和仿真，但同样重要的算法实现却很少有人问津。针对这个问题，加州大学伯克利分校基于Mica2节点平台，利用0.13umCMOS工艺研制了第一款无线传感器网络专用定位芯片，为无线传感器网络节点定位算法的实现做出了贡献。国外虽然已经研究了很多传感器定位系统，这些系统都是专门为确定建筑物或办公室内人和物的位置而设计，与无线传感器网络定位系统不同，这些大多采用有线通信方式，定位计算由中心计算机完成。

随着无线传感器网络技术和短距无线通信技术的发展，2002年10月成立的ZigBee 联盟（ZigBee Alliance)提出了研究开发具有成本低、体积小、能量消耗和传输速率低的无线通信技术—ZigBee技术。随着ZigBee技术标准2004年底的正式发布，进一步推进和加速了ZigBee技术的实际应用和无线传感器网络技术的发展。许多公司和生产厂商陆续推出了自己的芯片产品和开发系统，比较典型的有CC2420、MC13192、ML7065、EM2420和UZ2400，这些芯片都支持IEEE802.15.4标准，并都具有低电压工作、低睡眠功耗、体积小等特点。2006年下半年Chipcon公司推出新一代工作在2.4GHz频段具有高性能8051内核的ZigBee芯片—CC2430，该芯片应用产品的主要趋势是降低芯片及系统成本、降低功耗、提高集成度。2007年CC2431的推出，为无线传感器网络定位系统硬件实现奠定了基础。

路由协议决定数据的传输路径，是无线传感器网络中涉及到的关键技术之一。但是，无线传感器网络不同于传统无线网络和Ad Hoc网络，前者是以数据为中心，而后两者是以传输数据为目的。同时，WSN的应用环境更加复杂，传感器节点本身的计算、存储、通信能力更有限，节点部署密度更高，其拓扑结构更易发生变化。因此传统无线网络和Ad Hoc网络设计的路由协议不适合无线传感器网络的特点和应用，必须专门研究设计适用于WSN的路由协议。

无线传感器网络在工业、农业、交通、军事、安全、医疗、家庭应用、空间探索、环境监测和商务办公等许多方面都有着广泛的应用。无线传感器网络是继因特网之后，将对21世纪人类生活方式产生重大影响的IT热点技术。美国商业周刊和MIT技术评论（Technology Review)在预测未来技术发展的报告中，分别将其列为21世纪最有影响的21项技术和改变世界的10大新技术之一。

1.3无线传感器网络所具有的特点

1、无线传感器网络是通过无线方式连通的。无限的连接具有很强的灵活性，电磁波可以进行“无介质传输”，它不需要有固定的事先建立好的节点之间的连接，而且即便网络节点的位置发生了变化，也不会太大的影响网络的连通，适合于动态的网络环境。最重要的一点是在很复杂的环境下，我们根本无法事先建立节点之间的连接。比如说某些恶劣的自然环境里，生物无法生存，人类不能亲自的深入到这些地方，只能通过飞机将大量的传感器节点随机的投放到监控区。这时，无线通信方式是唯一可用的方式。

2、无线传感器网络通过广播的方式进行通信，不同于传统的网络应用的端到端的信息传送。

3、无线传感器网络应该是一种自组织网络。与传统的有线网络相比，我们对无线传感器网络进行人工干预的机会可能很少。很多情况下，比如说在复杂的环境里，我们无法对网络进行人工的配置，这就需要各个节点可以相互协调建立之间的连接，完成网络的初始化，启动监测的任务。而且由于各种不可预测的环境变化，网络节点的分布，节点之间的连接情况，甚至网络节点的工作状态都会发生不可知的变化。所有的这些，都要求无线传感器网络具有自我调节的能力，即各个传感器节点能够感知到网络结构的变化，通过相互协调，适应网络的这种动态性，维护应用的正常运行。

4、无线传感器网络是一种分布式的传感系统。通过在某一区域分散了大量的传感器节点，各节点对其附近的有限的区域进行观测，全部的节点从整体上实现了对整个区域的监控。一个区域的空间越大，它各个部分的环境信息的差异也会越明显，这时，单单依靠一两个传感器在少量的几个点测得的环境信息根本不可能代表整个区域的情况。由于传感器节点的成本相对来说比较低，我们可以安置大量的传感器节点，使得它们覆盖了被测区域的各个角落，这样我们获得的信息综合起来，就会比较精确的反映整个区域的情况。节点的冗余度越高，获得信息的精确度也会越高。

5、无线传感器网络对系统的能量以及带宽资源的利用率要求很高。当传感器节点被用于某个无线传感器网络应用任务之后，我们几乎没有机会对它们的能量进行更新，各个节点所携带的电池的容量是有限的，是不可再生的资源，电能势必将会慢慢的耗尽，系统将会失去工作能力。所以，无线传感器网络需要高效的利用这些能量，以延长网络的“生命”，完成更多的工作。

6、无线传感器网络是以数据为中心的。不同于传统的具有中央控制节点的系统，无线传感器网络里并不是将各个节点的数据都传送中央节点统一处理。由于传感器网络是高密度网络，很多节点会探测同一个物理现象，因此传感器节点发送的数据就会存在冗余。每个节点都有数据处理的能力，把来自多条路由的数据进行聚合，消除冗余，让传输的数据最小化，从而达到节省能量的目的。

1.4无线传感器网络的实际应用

无线传感器网络的应用前景十分诱人。传统应用有军事、监控、应急、环境、防空等领域，新兴应用将涉及家用、企业管理、保健、交通等领域，随着传感器技术、无线通信技术、计算技术的不断发展和完善，各种传感器网络将遍布我们的生活环境，从而真正实现“无处不在的计算”。

1.4.1军事应用

传感器网络具有可快速部署、可自组织、隐蔽性强和高容错性的特点，因此非常适合在军事上应用。利用传感器网络能够实现对敌军兵力和装备的监控、战场的实时监视、目标的定位、战场评估、核攻击和生物化学攻击的监测和搜索等功能。通过飞机或炮弹直接将传感器节点播撤到敌方阵地内部，或者在公共隔离带部署传感器网络，就能够非常隐蔽而且近距离准确地收集战场信息，迅速获取有利于作战的信息。

传感器网络已经成为军事C4ISRT(command，control，communications，computing，intelligence，surveiliance，reconnaissance and targeting)系统不可少的一部分，受到军事发达国家的普遍重视，各国均投入了大量的人力和财力进行研究。

1.4.2环境观测和预报系统

传感器网络在环境研究方面可用于监视农作物灌溉情况、土壤空气情况、牲畜和家禽的环境状况和大面积的地表检测等，可用于行星探测、气象和地理研究，洪水监测等。ALERT系统中就有数种传感器来监测降雨量、河水水位和土壤水分，并依此来预测爆发山洪的可能性。还可以通过跟踪鸟类、小型动物和昆虫进行种群复杂度的研究等。传感器网络还有一个重要应用就是生态多样性的描述，能够进行动物栖息地生态监测。美国加州大学伯克利分校Intel实验室和大西洋学院联合在大鸭岛(Great Duck Island)上部署了一个多层次的传感器网络系统，用来监测岛上海燕的生活习性。

1.4.3医疗护理

传感器网络在医疗系统和健康护理方面的应用包括检测人体的各种生理数据，跟踪和监控医院内医生和患者的行动，医院的药物管理等。如果在住院病人身上安装特殊用途的传感器节点，如心率和血压监测设备，医生利用传感器网络就可以随时了解被监护病人的病情，发现异常能够及时抢救。

人工视网膜是无线传感器网络在医疗护理方面的典型应用。在SSIM（Smart Sensors and Integrated Microsystems) 计划中，替代视网膜的芯片由100个微型的传感器组成，并置入人眼，目的是使失明者或者视力极差者能够恢复到一个可以接收的视力水平。传感器的无线通信满足反馈控制的需要，有利于图像的识别和确认。

1.4.4智能家居

智能家居系统的设计目标是将住宅中各种家居设备联系起来，使它们能够自动运行，相互协作，为居住者提供尽可能多的便利和舒适。在家电和家具中嵌入传感器节点，通过无线网络与Internet连接在一起，将会为人们提供更加舒适、方便和更具人性化的智能家居环境，利用远程监控系统，可完成对家电的远程遥控，例如可以在回家之前半小时打开空调，这样无论是在炎热的夏天还是寒冷的冬天，都能在回家的时候直接享受合适的室温，也可以遥控电饭锅、微波炉、电冰箱、电话机、电视机等家电，按照自己的意愿完成相应的煮饭、烧菜、查收电话留言等工作，达到随时随地与家庭内部建立联系的目的。

1.4.5其它商业应用

自组织、微型化和对外部世界的感知能力是传感器网络的三大特点，这些特点决定了传感器网络在商业领域有不少的机会。比如工业自动化生产线上的品管控制，利用传感器去监测不良产品；传统办公室的空调系统是中央控制，各地方冷热不均，使用传感器网络，各角落的传感器可以知道当时的环境状况，进而要求控制当时的气温或空气流动。