無線傳感器畢業(yè)實(shí)習(xí)論文

1、<p><b>　　實(shí)習(xí)報(bào)告</b></p><p><b>　　實(shí)習(xí)目的與任務(wù)：</b></p><p>　　本次實(shí)習(xí)是研究基于S-MAC的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議的分析與優(yōu)化。了解S-MAC協(xié)議及其相關(guān)應(yīng)用方向和基本性能，以求對(duì)SMAC協(xié)議有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)，為畢業(yè)的開展打下良好的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)和知識(shí)儲(chǔ)備，并對(duì)該方向研究的可行性進(jìn)行評(píng)估 ，

2、以期在畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)能夠有的放矢，把握好方向。</p><p><b>　　實(shí)習(xí)單位：</b></p><p><b>　　河南理工大學(xué)</b></p><p><b>　　實(shí)習(xí)內(nèi)容：</b></p><p>　　主要是在圖書館查詢相關(guān)知識(shí)，二十多天的辛勞成果，現(xiàn)歸納如下：<

3、/p><p>　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)技術(shù)是指將傳感器技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸、儲(chǔ)存、處理與分析技術(shù)集成的現(xiàn)代信息技術(shù)(宮鵬, 2007)。WSN 由具備記憶能力的存儲(chǔ)器、處理器、傳感器、無線通訊和電池等硬件組成。在環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)用WSN 是遙感技術(shù)的新的生長點(diǎn)。Whelan 等(2008)把無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用稱為大尺度遙感。在環(huán)境應(yīng)用中, 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)結(jié)合被稱為環(huán)境傳感器網(wǎng)絡(luò)或生

4、態(tài)傳感器網(wǎng)絡(luò)(ESNs)(Rundel等, 2009)。對(duì)科學(xué)索引網(wǎng)(ISI Web of Science)搜索發(fā)現(xiàn), 過去10 多年來, 有關(guān)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的論文急劇增多。1998－2001 年僅發(fā)表13 篇, 但是2002－2005 年成倍增長, 到2006－2007 年每年發(fā)表400 多篇, 2008 年發(fā)表587 篇。到2009 年6 月初, 已經(jīng)發(fā)表290 余篇。《商業(yè)周刊》把WSN 技術(shù)做為21 世紀(jì)21 項(xiàng)最重要的技術(shù)之一

5、(Evans 等, 2008)。WSN 的傳感器一般與小型計(jì)算機(jī)和無線發(fā)送裝置集于一體, 稱作網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以掛接機(jī)械的、熱、生物、化學(xué)、光學(xué)和磁</p><p>　　HENAN POLYTECHNIC UNIVERSITY 畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告用紙</p><p>　　他工作的節(jié)點(diǎn)。最后通過網(wǎng)絡(luò)路由器傳到一個(gè)總站服務(wù)器上(圖1)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)既可以獲得位置, 又可以獲取相關(guān)的環(huán)境特征數(shù)

6、據(jù)。WSN 比一般的網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計(jì)和資源利用上有諸多的限制。設(shè)計(jì)限制來自所觀測的環(huán)境。環(huán)境應(yīng)用決定對(duì)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度、節(jié)點(diǎn)數(shù)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)搭建方案的設(shè)計(jì)要求。當(dāng)觀測環(huán)境人力不可及或?qū)θ说竭_(dá)太危險(xiǎn)時(shí), 或需要的節(jié)點(diǎn)數(shù)無法逐個(gè)安裝完成時(shí),即興網(wǎng)絡(luò)搭建方案比提前規(guī)劃好的網(wǎng)絡(luò)搭建方案更有效。環(huán)境屏障可能會(huì)影響節(jié)點(diǎn)間的連接性, 從而影響網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。首先對(duì)MAC協(xié)議進(jìn)行了相關(guān)介紹。然后重點(diǎn)介紹了一種基于競爭的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層協(xié)議S-MAC協(xié)議

7、。其核心是提出了一種新的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議設(shè)計(jì)方案。基于動(dòng)態(tài)調(diào)整占空比的思想，提出了ATC-SMAC協(xié)議。該協(xié)議在S-MAC協(xié)議的基礎(chǔ)上改進(jìn)了固定占空比的劣勢，根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)包的平均延遲調(diào)整占空比。通過動(dòng)態(tài)地調(diào)整每個(gè)節(jié)點(diǎn)的占空比，使不同流量的節(jié)點(diǎn)擁有不同的工作時(shí)間，協(xié)議根據(jù)不同節(jié)點(diǎn)的流量情況自適應(yīng)地對(duì)其占空比進(jìn)行調(diào)整。經(jīng)過仿真試驗(yàn)，得到ATC-MAC在網(wǎng)絡(luò)端對(duì)端延遲、能量消耗以及吞吐量方面較S-MAC協(xié)議都有比較明顯的提高

8、。無線</p><p>　　在資源限制方面, WS一般能源有限, 傳輸距離較短, 帶寬較低, 處理器的速度和存儲(chǔ)容量也較低。Yick 等(2008)把WSN每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要具備的核心技術(shù)內(nèi)容歸納為3 部分: 系統(tǒng), 通訊, 服務(wù)。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是一個(gè)系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由硬件平臺(tái)(類似一個(gè)計(jì)算機(jī))、操作系統(tǒng)和存儲(chǔ)方案組成。通訊部分主要是指為完成一項(xiàng)應(yīng)用任務(wù)所需要的與傳感器和用戶的通訊協(xié)議, 包括節(jié)點(diǎn)間的通訊協(xié)議。服務(wù)部分主要

9、為加強(qiáng)WSN 的應(yīng)用能力、提高系統(tǒng)性能以及改善網(wǎng)絡(luò)效率所需要的各種技術(shù)。服務(wù)部分的主要內(nèi)容包括: 定位、節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍、安全、同步、數(shù)據(jù)匯總和多層網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化等。對(duì)于由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成的WSN, 其關(guān)鍵技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)的自組織能力、數(shù)據(jù)傳輸精度和效率, 以及降低能耗, 捕獲能量的能力等。表1 列出目前市場上可以購買的部分WSN 技術(shù)產(chǎn)品。表2 列出了IEEE 通訊標(biāo)準(zhǔn)以及部分WSN采納的標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　由于環(huán)境科學(xué)

10、、工程和信息技術(shù)的交叉, 生態(tài)研究正經(jīng)歷一場前所未有的技術(shù)革命。環(huán)境感知硬件和軟件的價(jià)格不斷下降、硬件尺寸和重量等均隨電子器件的微型化大幅降低, 性</p><p>　　HENAN POLYTECHNIC UNIVERSITY 畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告用紙</p><p>　　能不斷提高。這些進(jìn)步與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展相結(jié)合為回答生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜過程中的關(guān)鍵科學(xué)問題提供了重要的技術(shù)保證。這些技術(shù)的集成就是環(huán)境傳

11、感器網(wǎng)絡(luò)(ESN)。人們開始在不同尺度的棲息環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)用ESN。空間尺度大到大陸尺度傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測, 小到數(shù)米尺度的植物環(huán)境。時(shí)間尺度從秒級(jí)林下太陽光斑動(dòng)態(tài), 到逐日尺度的CO2 通量, 直到年代尺度的溫度趨勢。人們使用地面以上的傳感器系統(tǒng)和地下土壤傳感器測量生態(tài)系統(tǒng)的物理和生物過程。使用水下和河岸帶傳感器監(jiān)測地下水和養(yǎng)分動(dòng)態(tài)。最新的動(dòng)態(tài)是把一系列復(fù)雜的成像和錄音傳感器組裝到一起進(jìn)行聲像一體化的生態(tài)系統(tǒng)觀測。美國即將實(shí)施的國家生態(tài)觀測

12、網(wǎng)(NEON)計(jì)劃構(gòu)建20 個(gè)區(qū)域生態(tài)觀測臺(tái), 用于長期觀測生物圈對(duì)土地利用和氣候變化的響應(yīng)以及土壤圈、水圈和大氣圈的相互反饋機(jī)制(Keller 等, 2008)。為了監(jiān)測湖泊功能以達(dá)到加深對(duì)氣候和土地利用變化引起的關(guān)鍵湖泊生態(tài)過程變化的理解, 湖泊生態(tài)學(xué)家、信息技術(shù)和工程技術(shù)人員正在建立全球湖泊生態(tài)觀測網(wǎng)(GLEON)。這些網(wǎng)絡(luò)的共同特點(diǎn)是大量使用定點(diǎn)和移動(dòng)的地面?zhèn)鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)技術(shù)和全面共享所得數(shù)據(jù)。</p><p&g

13、t;　　全球?qū)?CO2 和養(yǎng)分通量的管理需要改進(jìn)人們對(duì)土壤和大氣的碳、氮交換機(jī)制的理解。在陸地生態(tài)系統(tǒng)中, 植被通過光合作用捕獲大氣中的CO2, 并把它們存儲(chǔ)到根系及根區(qū)微生物中。但是, 人們對(duì)于這個(gè)土壤根系過程至今沒有很好的理解。使用傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)測量土壤中的各種交互作用和動(dòng)態(tài)過程來提高對(duì)土壤根系呼吸作用的理解。傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以幫助實(shí)時(shí)了解土壤自氧和異氧呼吸的時(shí)間動(dòng)態(tài)?，F(xiàn)在, 定點(diǎn)測量根系生長時(shí)的CO2 通量已經(jīng)成為可能(Baldo

14、cchi 等, 2006)。Allen 等(2007)使用土壤內(nèi)部成像技術(shù)獲取土壤中植物微根逐日生長動(dòng)態(tài)。還搭建了由一系列土壤傳感器組成的傳感器網(wǎng)絡(luò)用于監(jiān)測CO2 通量、土壤紋理、土壤溫度、濕度、硝酸根、氮?dú)浠衔锏鹊臐舛?。由于不能直接看到土壤下部的結(jié)構(gòu), 布設(shè)土壤傳感器又要求對(duì)土壤環(huán)境的擾動(dòng)最小化, 所以需要使用探地雷達(dá)等設(shè)備預(yù)先對(duì)土壤下部巖石、水位、植物粗根等進(jìn)行探測。今后的趨勢是將這些傳感器鏈接起來構(gòu)建密集的土壤觀測網(wǎng)絡(luò), 利用無

15、線傳輸技術(shù)收集土壤成像和通量數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　具體資料匯總：</b></p><p>　　1 S-MAC協(xié)議的分析和研究</p><p>　　S-MAC協(xié)議是一種基于競爭的控制協(xié)議，具有同步機(jī)制功能與無中心等特點(diǎn)，不需要局部或全局中心主節(jié)點(diǎn)的調(diào)度傳感器節(jié)點(diǎn)自己發(fā)現(xiàn)鄰居節(jié)點(diǎn)，并合理地安排占用信道的時(shí)間。</p>&

16、lt;p>　　1．1 S-MAC協(xié)議</p><p>　　HENAN POLYTECHNIC UNIVERSITY 畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告用紙</p><p>　　S-MAC協(xié)議時(shí)間分為若干個(gè)幀，幀長度由應(yīng)用程序來確定，幀內(nèi)分為活動(dòng)與睡眠兩個(gè)部分在睡覺時(shí)段，節(jié)點(diǎn)關(guān)閉發(fā)送器模塊，緩存在此時(shí)負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)在等待序列中，到活動(dòng)階段集中進(jìn)行發(fā)送。在活動(dòng)開始時(shí)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)進(jìn)入同步機(jī)制決定幀長度的

17、確定方式，之后通過(RTS／CTS／DATA／ACK)機(jī)制發(fā)送數(shù)據(jù)信息，這個(gè)機(jī)制能夠避免因沖突產(chǎn)生的能耗。通過同步機(jī)制，局部的節(jié)點(diǎn)之間可以采用相同的時(shí)間周期，采用相同的工作休眠策略，它方便了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)新節(jié)點(diǎn)。</p><p>　　1．2 S-MAC的節(jié)能機(jī)制分析</p><p>　　為了減少無線傳感器網(wǎng)絡(luò)消耗的能量，在IEEE 802．11基礎(chǔ)上提出了一種專門的傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議

18、S-MAc協(xié)議。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的沖突重傳、接收到不是發(fā)送給自己的數(shù)據(jù)、控制信號(hào)、空閑偵聽等造成傳感器網(wǎng)絡(luò)耗能的原因。它引入了節(jié)點(diǎn)間的SYNC機(jī)制，允許沒有數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)以節(jié)省耗能。但根據(jù)前文所討論的，睡眠的本身會(huì)引起數(shù)據(jù)的傳輸中斷，從而增加延時(shí)。下面將具體分析S-MAC協(xié)議是怎么節(jié)能的。</p><p>　　1．2．1 交替?zhèn)陕牐邫C(jī)制</p><p>　　S-MAC協(xié)

19、議的工作是按照周期進(jìn)行的，在每個(gè)周期里，每一個(gè)基于S-MAC協(xié)議的節(jié)點(diǎn)都會(huì)工作一段時(shí)間、睡眠一段時(shí)間，通過減少節(jié)點(diǎn)的工作時(shí)間來節(jié)省能量。如圖1所示S-MAC協(xié)議的一個(gè)周期包含了睡眠和偵聽兩個(gè)階段，偵聽階段屬于工作階段，偵聽階段如果收到數(shù)據(jù)包，則節(jié)點(diǎn)之間會(huì)建立通信。如果節(jié)點(diǎn)處于睡眠狀態(tài)，則節(jié)點(diǎn)不能接收任何數(shù)據(jù)，發(fā)送給它的數(shù)據(jù)都會(huì)被阻塞。處于睡眠狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)會(huì)在一定時(shí)間后醒來。在S-MAC協(xié)議中，相鄰的節(jié)點(diǎn)是盡量同時(shí)睡眠同時(shí)偵聽的，為了保證時(shí)

20、間上的一致，防止時(shí)鐘偏移，不同節(jié)點(diǎn)間需要定期廣播同步包來交換時(shí)間信息，從而進(jìn)行調(diào)整，做到同步。</p><p>　　1．2．2 “虛擬簇”機(jī)制</p><p>　　S-MAC協(xié)議使用了“虛擬簇”的機(jī)制，在“虛擬簇”機(jī)制下，節(jié)點(diǎn)之間的調(diào)度信息是通過節(jié)點(diǎn)廣播SYNC包來實(shí)現(xiàn)的。S-MAC協(xié)議使用調(diào)度表來保存調(diào)度信息，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)保存一個(gè)調(diào)度表。節(jié)點(diǎn)會(huì)在啟動(dòng)的初期監(jiān)聽一段時(shí)間，因?yàn)镾-MAC協(xié)議

21、是固定占空比的，所以這段時(shí)間是固定的。在監(jiān)聽的這段時(shí)間，如果節(jié)點(diǎn)能夠收到鄰居節(jié)點(diǎn)的調(diào)度信息，則它使用鄰居節(jié)點(diǎn)的調(diào)度周期更新自己的調(diào)度周期，并且它會(huì)在一段時(shí)間后廣播自己的調(diào)度信息。如果接收到的鄰居節(jié)點(diǎn)的調(diào)度方式與自己的調(diào)度方式相同，則調(diào)度方式不變；如果發(fā)現(xiàn)相鄰間的</p><p>　　HENAN POLYTECHNIC UNIVERSITY 畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告用紙</p><p>　　節(jié)點(diǎn)的調(diào)度

22、方式與自己不同，而且還沒有收到與自己調(diào)度方式相同的節(jié)點(diǎn)消息，則使用新的調(diào)度方式進(jìn)行調(diào)度。</p><p>　　1．2．3 串音避免機(jī)制</p><p>　　基于競爭MAC協(xié)議能量消耗的一個(gè)重要原因就是串音。在S-MAC協(xié)議中，如果節(jié)點(diǎn)收到不是發(fā)送給自己的RTS數(shù)據(jù)包或CTS數(shù)據(jù)包，節(jié)點(diǎn)會(huì)直接進(jìn)入睡眠狀態(tài)。這樣，發(fā)送數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)就不會(huì)把數(shù)據(jù)包和ACK報(bào)文發(fā)送到剛剛進(jìn)入睡眠的節(jié)點(diǎn)，從而減少了節(jié)

23、點(diǎn)處理這些數(shù)據(jù)包所消耗的能量。</p><p>　　1．2．4 沖突避免機(jī)制</p><p>　　競爭信道時(shí)產(chǎn)生的碰撞是每一個(gè)競爭類協(xié)議都會(huì)碰到的問題，S-MAC協(xié)議也對(duì)該問題進(jìn)行了解決，盡量減少不必要的能量浪費(fèi)。</p><p>　　1．2．5 消息分段機(jī)制</p><p>　　如果傳感器網(wǎng)絡(luò)傳遞比較長的數(shù)據(jù)包，一個(gè)包出錯(cuò)就會(huì)重傳，這就將耗

24、費(fèi)比較多的能量。S-MAC為了解決這個(gè)問題采用了消息分段機(jī)制，將長消息分成幾個(gè)小的消息發(fā)送出去。</p><p>　　1．2．6 自適應(yīng)偵聽機(jī)制</p><p>　　自適應(yīng)偵聽機(jī)制的基本思想是：當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)收到RTS或者CTS數(shù)據(jù)包，偵聽到鄰居節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)通信，就進(jìn)入睡眠，同時(shí)記錄它的通信時(shí)間。對(duì)通信時(shí)間的記錄幫助節(jié)點(diǎn)通信結(jié)束后能夠醒來，在一個(gè)較短的時(shí)間內(nèi)偵聽信道查看是否有數(shù)據(jù)包需要傳遞，這種

25、偵聽同樣是通過是否接收RTS數(shù)據(jù)包和CTS數(shù)據(jù)包來實(shí)現(xiàn)的。通信結(jié)束后節(jié)點(diǎn)會(huì)醒來，這個(gè)時(shí)候節(jié)點(diǎn)進(jìn)入工作狀態(tài)，偵聽是否有數(shù)據(jù)包到達(dá)，如果有數(shù)據(jù)包到達(dá)則建立信道進(jìn)行通信，如果沒有數(shù)據(jù)包到達(dá)，則結(jié)束偵聽，繼續(xù)進(jìn)入睡眠，按照既定調(diào)度方式工作。</p><p>　　2 改進(jìn)的MAC協(xié)議ATC-SMAC</p><p>　　如前面所述，S-MAC協(xié)議由于采用了固定的占空比，它不能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流的延遲情

26、況動(dòng)態(tài)調(diào)整占空比大小，造成了兩個(gè)主要的問題。本節(jié)提出了一種新的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC層協(xié)議——ATC-SMAC(Automation of Time Controlled-SMAC)，該協(xié)議在S-MAC協(xié)議的基礎(chǔ)上改進(jìn)了固定占空比的劣勢，采用根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)包的平均延遲調(diào)整占空比的策略。</p><p>　　2．1 ATC-SMAC協(xié)議的工作原理</p><p>　　HENAN POL

27、YTECHNIC UNIVERSITY 畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告用紙</p><p>　　ATC-SMAC協(xié)議支持傳感器網(wǎng)絡(luò)中的不同節(jié)點(diǎn)擁有不同的占空比?，F(xiàn)在假設(shè)節(jié)點(diǎn)的初始化占空比為P，幀長為T，睡眠時(shí)間為Tsleep，工作時(shí)間為Tactive，顯然有，P=Tactive／T。設(shè)數(shù)據(jù)包在某節(jié)點(diǎn)的平均阻塞延遲為Tblock。ATC-SMAC的節(jié)點(diǎn)占空比調(diào)整策略如下：如果Tblock的變化超過了Pctr，那么占空比也要調(diào)整相應(yīng)

28、的比例；不論這種變化是增加還是減少，只要變化的范圍超過了Pctr，占空比都會(huì)調(diào)整；根據(jù)Tblock變化的幅度，占空比調(diào)整的幅度也會(huì)相應(yīng)地變化。本文中Pctr選為20％，經(jīng)過后面的仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，Pctr為20％的ATC-SMAC協(xié)議要比自適應(yīng)的S-MAC協(xié)議更加優(yōu)秀。為了通過減少節(jié)點(diǎn)的計(jì)算量從而達(dá)到節(jié)省節(jié)點(diǎn)能量的目的，節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包平均時(shí)延為兩個(gè)同步周期計(jì)算一次。節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)在剛剛過去的兩個(gè)同步周期內(nèi)自己轉(zhuǎn)發(fā)的所有數(shù)據(jù)包的延遲。對(duì)于每一個(gè)數(shù)據(jù)包

29、，在它進(jìn)入節(jié)點(diǎn)的緩沖隊(duì)列的時(shí)候，從數(shù)據(jù)包的報(bào)頭中可以看到上一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送出該數(shù)據(jù)包的時(shí)刻Tin，忽略數(shù)據(jù)在物理介質(zhì)中傳播的時(shí)間，記錄該數(shù)據(jù)包從本節(jié)點(diǎn)上發(fā)送出去的時(shí)刻Tout，該節(jié)點(diǎn)的延遲Ti=Tout-Tin。對(duì)于該節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的</p><p>　　如果在剛剛過去的兩個(gè)同步周期內(nèi)，節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的量比較大，延遲較高，Teven>Tpast，那么計(jì)算Teven高于Tpast的百分比P，如果P不到20％，那么該節(jié)點(diǎn)

30、的占空比不做調(diào)整；如果P高于20％(包括20％)小于40％，那么該節(jié)點(diǎn)在下一個(gè)同步周期的時(shí)候?qū)⒆约旱恼伎毡壬险{(diào)20％；如果P高于40％(包括40％)小于60％，那么占空比往上調(diào)整40％；依次類推，如果P高于C％(包括C％，其中C為20的整數(shù)倍)而小于(C+20)％，那么</p><p>　　占空比往上調(diào)整C％。同理可得向下調(diào)整占空比的方式：如果在剛剛過去的兩個(gè)同步周期內(nèi)，節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的量比較小，延遲較低，Tev

31、enC％(包括C％，其中C為20的整數(shù)倍)而小于(C+20)％，那么占空比往下調(diào)整C％。</p><p>　　2．2 ATC-SMAC的節(jié)能策略分析</p><p>　　Pctr為20％的基于ATC-SMAC協(xié)議的傳感器在吞吐量、端到端延時(shí)以及能量消耗上都要略優(yōu)于動(dòng)態(tài)的S-MAC協(xié)議。與使用固定占空比的S-MAC協(xié)議相比，ATC-SMAC在吞吐量上平均要比S-MAC協(xié)議高大約1倍；在端到端

32、延時(shí)這項(xiàng)上，ATC-SMAC的數(shù)據(jù)包平均時(shí)延大約為S-MAC協(xié)議的0．6倍；ATC-SMAC平均每字節(jié)消耗的能量大概為S-MAC協(xié)議的0．4倍。與動(dòng)態(tài)調(diào)整的S-MAC協(xié)議相比，ATC-SMAC協(xié)議的平均端到端時(shí)間大概為動(dòng)態(tài)S-MAC協(xié)議的70％，</p><p>　　HENAN POLYTECHNIC UNIVERSITY 畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告用紙</p><p>　　ATC-SMAC協(xié)議的平均

33、吞吐量大概為動(dòng)態(tài)S-MAC協(xié)議的1．2倍，ATC-SMAC平均傳輸每字節(jié)消耗的能量大概為動(dòng)態(tài)S-MAC協(xié)議的75％。</p><p>　　前面提到, 目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集的數(shù)據(jù)主要是溫度、濕度等標(biāo)量數(shù)據(jù), 對(duì)攝像等視覺數(shù)據(jù)采集和傳輸能力均有限。人們已經(jīng)開始發(fā)展視覺傳感器網(wǎng)絡(luò)(VSN)技術(shù)。并將其視作無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的專門領(lǐng)域 (Akyildiz 等, 2007; Aghdasi 等, 2008;Czarlin

34、ska 和 Kundur,2009)。不難想象, 視覺傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有廣泛應(yīng)用。VSN 能夠用于遠(yuǎn)程分布式偵察或監(jiān)測。已經(jīng)有智能型分布式相機(jī)節(jié)點(diǎn)及多節(jié)394 Journal of Remote Sensing 遙感學(xué)報(bào) 2010, 14(2)點(diǎn)協(xié)作數(shù)據(jù)處理技術(shù), 并能把處理好的數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行摹＿@種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以與移動(dòng)電話網(wǎng)、局域網(wǎng)或因特網(wǎng)鏈接, 用于環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)護(hù)及老年或殘疾人生活輔助、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域。如何利用低能耗的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技

35、術(shù)傳輸大量的視頻數(shù)據(jù)需要在相機(jī)攝像場景優(yōu)化, 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和低能耗數(shù)據(jù)處理與傳輸方面加強(qiáng)研究(Charfi 等, 2009)。此外, 盡管宮鵬(2007)和Rundel 等(2009)提出把視覺傳感器和音頻傳感器數(shù)據(jù)有效結(jié)合進(jìn)行環(huán)境信息提取的設(shè)想,目前還很少有相關(guān)的研究報(bào)導(dǎo)。這方面的研</p><p>　　HENAN POLYTECHNIC UNIVERSITY 畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告用紙</p><p&

36、gt;　　強(qiáng)試驗(yàn)。未來幾年, 需要著力研究如何利用高時(shí)間頻率的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)與遙感數(shù)據(jù)的集成和多尺度融合, 輔助遙感數(shù)據(jù)反演的精度驗(yàn)證, 最終與遙感反演數(shù)據(jù)產(chǎn)品一起應(yīng)用到環(huán)境變化預(yù)測模型的開發(fā)、校驗(yàn)及同化過程中。</p><p>　　HENAN POLYTECHNIC UNIVERSITY 畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告用紙</p><p><b>　　實(shí)習(xí)收獲：</b><

37、/p><p>　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是21世紀(jì)將會(huì)產(chǎn)生重大影響的技術(shù)之一，有著很大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的應(yīng)用前景。通過對(duì)其相關(guān)知識(shí)的了解，我認(rèn)為SMAC協(xié)議將對(duì)這一技術(shù)的推廣和應(yīng)用產(chǎn)生舉足輕重影響。這是因?yàn)镾-MAC協(xié)議對(duì)能量的控制作用直接關(guān)系到無線網(wǎng)絡(luò)的生死和效用。所以我認(rèn)為對(duì)SMAC協(xié)議做深刻而全面的性能分析，進(jìn)而了解其使用中的優(yōu)缺點(diǎn)，從而針對(duì)其缺點(diǎn)提出改進(jìn)措施，對(duì)其優(yōu)點(diǎn)加以利用，以實(shí)現(xiàn)對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)的高效利用和全面推廣打下