基站分簇演算法
① 石為人的學術成就
科研、成果、專著和論文： 在控制科學與工程學科建設中，石為人教授作為課題負責人和主研人完成和承擔科研項目30餘項，獲省部級科技進步二等獎、三等獎各一項，國家實用新型專利二項。近五年，在國內外重要刊物上發表論文60餘篇（其中SCI收錄11篇、EI收錄8篇）,國際學術期刊9篇，教材1部。 政務信息化實用技術基礎，重慶大學出版社，2002年4月，副主編，編委會副主任,436千字,中
國版本圖書CIP數據核字(2002)第020556號, ISBN 7-5624-2603-1/TP.363 (按時間排序)：
1） 許磊、石為人， Stepwise refinement localizationalgorithm for wireless sensor network，儀器儀表學報Vol.29 No.3 2008（2）P314-319EI收錄，Accessionnumber：081211162459
2） 石為人、許磊、徐揚生，Localization algorithm with mobileanchor in static wireless sensor network 儀器儀表學報，Vol.28No.3 2007（3）p 385-393，EI收錄，Accession number：071610558896
3) 石為人、鄧鵬程、張 陽， The Application of Dynamic Programming AlgorithmIn Route Protocol of Wireless Sensor Network (WSN) Proceedings of the 26thChinese Control Conference July 26-31, 2007, Zhangjiajie, Hunan, China P615-618，EI收錄，Accessionnumber：080211015373
4) 石為人、張 陽、鄧鵬程，Time synchronization for wireless sensor networksbased on local level structure Proceedings of the 26th Chinese ControlConference July 26-31, 2007, Zhangjiajie, Hunan, China P652-655 ，EI收錄，Accessionnumber 080211015524
5) Weiren Shi, Chao Huang，Jiuyin Yuan，AnEnergy-Aware On-Demand Clustering Routing Algorithm for Ad Hoc Networks，2007 International Conference on ConvergenceInformation Technology Hydai Hotel Gyongju, Korea 21-23 Nov, 2007，P618-622，EI收錄，Accession number 083311457558
6) 石為人、許磊，一種面向無線感測器網路相對定位的分簇演算法，計算機工程與應用.Vol.44No.24 P15-18，2008年8月21日
7) 黃超、石為人、周彬，一種能量感知的無線移動自組網路由協議，計算機工程與應用.Vol.43No.36 P163-168，2007年12月21日
8) 袁久銀、石為人，基於聚合度的無線感測器網路自維護分簇演算法，計算機工程與設計。Vol.28No.19 Oct.，2007, p4661-4663
9) 袁久銀、石為人，基於慨率模型的無線感測器網路節點調度演算法，Thescheling algorithm of probability model of wireless sensor network，儀器儀表學報Vol.28 No.8 增刊Ⅲ 2007（8）P240-243 ，EI收錄，Accession number ：080211015524
10) 石為人、李瑋偉，一種基於粗糙集理論的高校學生個人信用評價方法研究Diagnosis on the application of rough set theory in personal credit foruniversity students，儀器儀表學報Vol.28No.8 增刊Ⅲ 2007（8）P253-256 EI收錄，Accessionnumber 080911125045
11) 黃 超、石為人，一種基於TDMA的AdHoc網路QoS路由演算法研究，計算機工程與應用.Vol.44 No.6 P130-132.
12) 石為人、歐國建，基於單調速率調度演算法的μC/OS-Ⅱ多任務周期的設計，計算機應用Vol.27 No.3 Mar。2007，P706-708
13)石為人、張傑、唐雲建，無線感測器網路嵌入式網關的設計與實現，計算機應用Vol.26 No.11 Nov。2007，P2525-2527
14) 石為人等，面向晶元的嵌入式實時操作系統設計模型，重慶大學學報.Vol.29 No.1 Nov. 2006, p81-84
15) 石為人等，HierarchicalAgent Platform Based Pervasive Computing Infrastructure Dynamics of ContinuousDiscrete and Impulsive Systems-Series B-Applications & Algorithms 2:504-508 Sp. Iss. SI, 2005 ，SCI收錄
16) 石為人等，LocationOptimization of Switch Apparatus in Radiation Electrical Distribution Network Using a TABU Search Algorithm ，Dynamicsof Continuous Discrete and Impulsive Systems-Series B-Applications &Algorithms 2: 509-512 Sp. Iss. SI, 2005，SCI收錄
17) 石為人等，ACoordination Model of Multi-Embedded System for Pervasive Computing Dynamics ofContinuous Discrete and Impulsive Systems-Series B-Applications &Algorithms 2: 513-516 Sp.Iss. SI, 2005，SCI收錄
18)石為人等，SensorNetwork Structure and Group Routing Strategy Based Pervasive Computing
Dynamics of Continuous DiscreteandImpulsive Systems-Series B-Applications & Algorithms 2: 810-815 Sp. Iss.SI, 2005，SCI收錄
19) 鮮曉東，石為人等，AStudy on Local Image Reconstruction Based on Improved Iteration and DSP，Dynamics of Continuous DiscreteandImpulsiveSystems-Series B-Applications & Algorithms 2: 517-519 Sp. Iss. SI, 2005，SCI收錄
20) 石為人、周彬等，普適計算：人本計算，計算機應用Vol.25No.7July. 2005, p1479-1484
21) 石為人等，關系型資料庫SOM表的遍歷演算法的改進及實現，重慶大學學報. Vol.28 No.7 Jul. 2005, p82-85，2005年7月
22) 石為人等，旅遊服務系統中的車輛監控與調度系統，重慶大學學報. ，Vol.28 No.8 Aug. 2005, p71-73，2005年8月
23) 石為人、馬振紅，基於DAG的拓撲排序改進演算法及在BOM中的運用，計算機工程與應用Vol.41No.28（總第515期） Oct. 2005, p192—194
24) 石為人等，基於模擬退火演算法的單機提前拖期模型，重慶大學學報.Vol.28 No.11 Nov. 2005, p50-52
25) 石為人等，GroupDecision Support System: Workflow And Models in GDSS Based on Coordination Mas Proceedings of 2004 International Conference on MachineLearning and Cybernetics IEEE, p228-232 Shanghai，China Aug 26-29 2004 ，EI收錄,Accession number：04458446426
26) 石為人等，Amatter-element evaluation model for the indivial credit of universitystudents loan Proceedings of 2004 International Conference on Machine Learningand Cybernetics IEEE, p2853-2858 ，Shanghai，China Aug 26-29 2004 EI收錄，Accession number:04458446948
27) 張黎、石為人，Anagent-based framework for distributed intelligent control systems Proceedingsof the SICE Annual Conference 2004 p 1795-1798 Sapporo, Japan Aug 4-6,2004，EI收錄，Accessionnumber: 05068825456
28) 石為人等，Amatter-element evaluation model for the indivial credit of universitystudents loan Proceedings of 2004 International Conference on Machine Learningand Cybernetics IEEE, p2853-2858，Shanghai，China Aug 26-29 2004 EI收錄，Accession number: 04458446948
29) Yang SX，Shi WR，Modellingthe Supercritical Fluid Extraction of Lycopene from Tomato Paste Waste UsingNeuro-Fuzzy Approaches Advances in Neural Networks - ISNN 2004: InternationalSymposium on Neural Networks, Proceedings, Part II Dalian,China, August 19-21,2004，SCI收錄
30) 石為人等，FuzzyOptimum Decision-Based Multi-objective Decision-making System and ItsApplication in Determining the Credibility of Enterprise，Dynamics of Continuous DiscreteandImpulsiveSystems-Series B-Applications & Algorithms. 231-235 Suppl. S 2003. WatamPress, 317 Karen Place, Waterloo, Ontario, Canada N2L 6K8 SCI收錄
31）石為人等，CooperativeManagement Model of Agent and Fuzzy Decision Algorithm under GroupDecision-making Systems.Dynamics of Continuous DiscreteandImpulsiveSystems-Series B-Applications & Algorithms. 231-235 Suppl. S 2003. WatamPress, 317 Karen Place, Waterloo, Ontario, Canada N2L 6K8，SCI收錄
32）石為人等，A NewNeural Network Approach to Evaluate the Potential of Public Works，Proceedings of 2003 IEEE International Conferenceon Systems, Man & Cybernetics. V 5, 2003, p 4688-4693， EI收錄，EIP03487751451
② 什麼叫做網路的分簇
你在網路上發送一個東西，就是以簇為單位傳送過去的
③ 5g接入密度怎麼實現
超密集組網。
5G無線接入網採用了控制面與數據面的別離的技術，通過簇化集中控制，提升了系統容量和資源利用率。為了解決特定區域內持續發生高流量業務的熱點高容量場景帶來的挑戰，5G超密集組網採用微基站進行熱點容量補充，同時結合大規模天線、高頻通信等無線技術，提高無線側的吞吐量。5G超密集組網可以劃分為宏基站+微基站及微基站+微基站兩種模式，兩種模式通過不同的方式實現干擾與資源的調度。在宏基站+微基站覆蓋模式下，宏基站負責覆蓋及微基站間資源協同管理，作為微基站間的接入集中控制模塊，負責無線資源協調、小范圍移動性管理，而由微基站負責容量，通過覆蓋與容量的別離，從而實現接入網根據業務開展需求以及分布特性靈活部署微基站。在微基站+微基站的超密集覆蓋模式下，微基站間的干擾協調、資源協同、緩存等那麼是通過分簇化集中控制來實現。5G超密集組網在此模式下，在業務層面，由宏基站負責低速、高移動性類業務的傳輸，微基站主要承載高帶寬業務。
基於超圖理論的資源分配：微用戶可共享頻帶，結合頻率和功率的資源分配策略，滿足小區用戶 最小速率需求的前提下最大化每個信道吞吐量（即一條信道可被分配給多個用戶），提高系統頻譜利用率和信道利用率。
④ 分布式天線系統的圖書目錄
第一部分 信道分析和理論研究
第1章 分布式天線系統中的分集和復用：信道模型分析
1.1 引言
1.2 系統非相關和系統相關信道模型的比較
1.3 系統相關的信道特性
1.3.1 多徑信道的一般描述
1.3.2 天線方向和系統工作頻率對於信道特性的影響
1.4 分布式天線系統拓撲機構和信道模型
1.5 退化的單簇單跳（SCSB）信道的分集和自由度
1.5.1 分集增益計算
1.5.2 自由度計算
1.6 完整模型：接收機非理想情況下的多簇多跳（MCMB）信道
1.6.1 分集增益計算
1.6.2 自由度計算
1.7 示例
1.7.1 接收機理想情況下的SCSB信道
1.7.2 接收機非理想情況下的SCSB信道
1.7.3 接收機非理想情況下的MCMB信道
1.8 小結及開放性問題
參考文獻
第2章 蜂窩系統中分布式天線處理的資訊理論分析
2.1 引言
2.2 系統模型
2.2.1 Wyner模型
2.2.2 發送/接收方法
2.3 上行信道
2.3.1 單單元處理
2.3.2 多單元處理
2.4 下行信道
2.4.1 單單元處理
2.4.2 多單元處理
2.4.3 分布式的迫零波束成型
2.5 終端間的協作
2.5.1 終端協作的Wyner模型
2.5.2 單單元處理和終端間的前向解碼協作
2.5.3 多單元處理和終端間的前向解碼協作
2.6 觀點和討論
2.7 文獻筆記
參考文獻
第3章 分布式天線蜂窩系統中的理論限
3.1 引言
3.2 分布式天線系統的結構優點
3.2.1 分布式天線蜂窩結構
3.2.2 傳輸策略和多接入
3.2.3 分布式天線系統的功率效率
3.2.4 信干噪比（SINR）
3.2.5 損耗概率
3.3 多單元分布式天線系統中的發射分集性能
3.4 多單元分布式天線系統中的容量
3.4.1 CSIT情況下的各態歷經容量
3.4.2 CSIR情況下的各態歷經容量
3.5 多單元分布式MIMO系統
3.5.1 系統模型
3.5.2 CSIT情況下的各態歷經容量
3.5.3 CSIR情況下的各態歷經容量
3.6 結論
參考文獻
第4章 移動AdHoc網路中的協作通信：抽象鏈接概念的重思考
4.1 引言
4.1.1 協作通信：由上而下的動力
4.1.2 網路模型
4.2 協作通信的要素
4.2.1 協作無線電的物理層模型
4.2.2 性能增益
4.3 現有網路結構中的協作鏈路
4.3.1 基礎網路的中心分割
4.3.2 含有協作網關的分組網路的連接
4.4 新AdHoc網路結構協作
4.4.1 隨機協作編碼
4.4.2 物理層協作的隨機分組
4.4.3 隨機協作的連接
4.5 結論
參考文獻
第5章 分布式天線系統和虧秩MIMO系統的線性中繼
5.1 引言
5.2 前向放大中繼的協議
5.2.1 信號和信道模型
5.2.2 可達速率
5.2.3 帶分布式中繼陣列的系統（DRA）
5.2.4 帶AdHoc中繼的系統
5.2.5 例子
5.3 一種中繼輔助虧秩MIMO信道的各項性能
5.3.1 系統模型
5.3.2 可達速率
5.3.3 結果
5.4 總結和展望
參考文獻
第二部分 MAC和協議
第6章 無線感測器網路中的分布式信號處理
6.1 分布式檢測和數據融合問題
6.2 融合架構
6.3 資源受限無線感測器網路中分布式檢測/估計的近期進展
6.3.1 大規模系統中的檢測
6.3.2 衰落信道下的檢測性能
6.3.3 利用分布式感測器進行參數估計
6.4 無線感測器網路中模擬數據融合的近期研究成果
6.4.1 功率和帶寬受限系統中確定性信號的分布式檢測
6.4.2 功率和帶寬受限系統中高斯隨機信號的分布式檢測
6.5 未來研究方向
6.6 小結
參考文獻
第7章 分布式天線系統的資源最優分配
7.1 無線系統的資源分配
7.1.1 資源分配的最優架構
7.1.2 自適應技術
7.2 分布式信道的資源分配
7.2.1 系統和信道模型
7.2.2 注水和等功率分配
7.2.3 發射機完全信道狀態信息（CSI）
7.2.4 發射機長期信道統計
7.2.5 小結
7.3 分布式天線系統中多用戶資源分配
7.3.1 基於CDMA的資源分配
7.3.2 機會傳輸
7.3.3 小結
7.4 結論
參考文獻
第8章 移動AdHoc網路中協同基於競爭的MAC協議和智能天線
8.1 簡介
8.2 智能天線使用條件
8.2.1 輸入
8.2.2 自適應結果
8.2.3 天線自適應模型
8.2.4 智能天線的使用條件
8.3 競爭MAC
8.3.1 機制
8.3.2 競爭MAC層協議
8.3.3 MANET競爭MAC協議的失敗模式
8.3.4 使用智能天線與流行的競爭MAC協議
8.4 同步沖突分解MAC層協議
8.4.1 概述
8.4.2 採用單時隙Phase設計沖突分解信令
8.4.3 回聲
8.4.4 天線使用策略
8.4.5 開發條件
8.5 MANET模擬中具有SCR的智能天線建模
8.5.1 智能天線建模過程
8.5.2 智能天線效果的建模
8.6 SCR的評估
8.6.1 模擬情況
8.6.2 實驗
8.7 開放的問題和研究機會
8.7.1 使用智能天線建立MANET節點
8.7.2 使用SCR的高級概念
8.7.3 新的技術
8.8 結論
參考文獻
第9章 具有虛擬MIMO的無線感測器網路跨層設計
9.1 引言
9.2 相關工作
9.2.1 無線感測器網路中關於虛擬MIMO設計的相關工作
9.2.2 無線感測器網路中關於可靠數據傳輸的相關工作
9.2.3 無線感測器網路中關於QoS保障的相關工作
9.3 基於虛擬MIMO方案的跨層設計
9.3.1 系統架構
9.3.2 單跳傳輸方案設計
9.3.3 端到端傳輸方案設計
9.4 跨層設計的理論分析
9.4.1 能耗及端到端QoS性能分析
9.4.2 參數優化
9.5 模擬分析
9.5.1 跨層設計的節能性能
9.5.2 跨層設計的QoS保障性能
9.6 結論及開放性的問題
參考文獻
第10章 協作天線系統的分布式組織
10.1 引言
10.2 協作天線引入的動因
10.2.1 理論性能限及演算法
10.2.2 室外測量
10.3 分布式系統概念
10.3.1 下行
10.3.2 上行
10.3.3 挑戰與優化
10.4 開放性的問題
10.5 結論
參考文獻
第三部分 案例及應用
第11章 室內分布式天線系統的實驗研究
11.1 引言
11.1.1 動因
11.1.2 方法及目的
11.1.3 概述
11.2 實驗描述
11.2.1 測量實驗
11.2.2 測量環境及所採用的天線
11.2.3 X-dB窗及數據完整性
11.3 發射分集的後處理
11.3.1 下行分集
11.3.2 選擇性分集
11.3.3 多徑天線分集
11.3.4 同相發射分集
11.4 實驗結果與問題
11.4.1 分集性能
11.4.2 覆蓋
11.4.3 非平衡鏈路SNR及最優功率分配
11.5 結論及將來的工作
11.5.1 結論
11.5.2 將來的工作
參考文獻
第12章 分布式天線系統案例
12.1 引言
12.2 案例：室內環境中的DAS
12.2.1 室內傳播特性
12.2.2 用戶配置方案
12.3 無線資源分配
12.3.1 功率分配與埠配置
12.3.2 動態信道分配
12.4 系統模擬
12.4.1 模擬假定
12.4.2 系統容量
12.5 結論及一些開放性問題
12.6 總結
參考文獻
第13章 CDMA分布式天線系統的RF系統工程
13.1 引言
13.2 DAS小區特徵
13.3 DAS小區室外傳播及鏈路預算
13.3.1 DAS小區室外傳播
13.3.2 DAS小區鏈路預算
13.4 DAS小區反向鏈路容量
13.5 DAS扇區分簇和基站分簇
13.5.1 CMI扇區分簇規則
13.5.2 BTS分簇
13.6 CMI小區重疊考慮
13.6.1 增量法
13.6.2 一致性方法
13.7 天線安裝配置
13.7.1 CMI天線電纜規格
13.7.2 電纜絞合線的CMI天線安裝配置
13.7.3 空間分集
13.7.4 天線隔離
13.7.5 天線靈敏度降低
13.8 DAS/CMI現場性能測量設計過程及效果
13.8.1 理論限
13.8.2 關於容量的現實因素
13.8.3 整體基站扇區容量
13.9 結論及將來的研究方向
13.9.1 結論
13.9.2 將來的研究方向
參考文獻
第14章 多跳虛擬蜂窩網
14.1 引言
14.2 多跳VCN概念
14.3 無線多跳路由
14.3.1 路由構建過程
14.3.2 MHMRC分集
14.3.3 計算機模擬
14.4 無線多跳信道分配
14.4.1 CS-DCA在上行多跳通信中的應用
14.4.2 計算機模擬
14.5 結論
參考文獻
第15章 DVB-H網路的DAS
15.1 DAS和DVB-H
15.1.1 DVB-H介紹
15.1.2 DVB-H中DAS的應用
15.2 DVB-H網路中有源中繼器的應用
15.2.1 DVB-H中的軟切換
15.2.2 使用中繼器形成DVB-H中的虛擬小區
15.2.3 中繼器輔助的軟切換演算法
15.2.4 模擬分析
15.3 DVB-H網路中有源中繼器的應用
15.3.1 目前的研究狀況
15.3.2 開放性問題
15.4 結論
參考文獻
⑤ 高分求助有關AD HOC網路的問題
前言
Ad hoc網路的前身是分組無線網（Packet Radio Network）。在Ad hoc網路中，結點具有報文轉發能力，結點間的通信可能要經過多個中間結點的轉發，即經過多跳（MultiHop），這是Ad hoc網路與其他移動網路的最根本區別。結點通過分層的網路協議和分布式演算法相互協調，實現了網路的自動組織和運行。目前的移動通信大多需要有線基礎設施（如基站）的支持才能實現。為了能夠在沒有固定基站的地方進行通信，一種新的網路技術——Ad Hoc網路技術應運而生。Ad Hoc網路不需要有線基礎設備的支持，通過移動主機自由的組網實現通信。Ad Hoc網路的出現推進了人們實現在任意環境下的自由通信的進程，同時它也為軍事通信、災難救助和臨時通信提供了有效的解決方案。
一、 Ad Hoc網路的概念
Ad hoc網路又稱為多跳網路(multi-hop network)、無固定網路設施的網路(infrastructure less network)自組（self organization）網，自愈網或是對等網，它是一種邏輯意義上的組網方式，即強調在不依賴基礎網路設施的前提下由一定范圍內的移動終端動態的建立可以互聯的網路。同時它還將現有的主要網路中廣泛應用的中央控制管理的功能進行分布式處理，由網路各個節點同步完成，從而提高了網路抗干擾，抗故障的能力，也使其成為在許多特殊場合進行網路互聯應用的主要方案。
Ad Hoc網路是一種沒有有線基礎設施支持的移動網路，網路中的節點均由移動主機構成。在Ad Hoc網路中，當兩個移動主機（如圖1中的主機A和B）在彼此的通信覆蓋范圍內時，它們可以直接通信。但是由於移動主機的通信覆蓋范圍有限，如果兩個相距較遠的主機（如圖1中的主機A和C）要進行通信，則需要通過它們之間的移動主機B的轉發才能實現。因此在Ad Hoc網路中，主機同時還是路由器，擔負著尋找路由和轉發報文的工作。在Ad Hoc網路中，每個主機的通信范圍有限，因此路由一般都由多跳組成，數據通過多個主機的轉發才能到達目的地。故Ad Hoc網路也被稱為多跳無線網路。其結構如圖2所示。
Ad Hoc網路可以看作是移動通信和計算機網路的交叉。在Ad Hoc網路中，使用計算機網路的分組交換機制，而不是電路交換機制。通信的主機一般是攜帶型計算機、個人數字助理（PDA）等移動終端設備。
Ad Hoc網路不同於目前網際網路環境中的移動IP網路。在移動IP網路中，移動主機可以通過固定有線網路、無線鏈路和撥號線路等方式接入網路，而在Ad Hoc網路中只存在無線鏈路一種連接方式。在移動IP網路中，移動主機通過相鄰的基站等有線設施的支持才能通信，在基站和基站（代理和代理）之間均為有線網路，仍然使用網際網路的傳統路由協議。而Ad Hoc網路沒有這些設施的支持。此外，在移動IP網路中移動主機不具備路由功能，只是一個普通的通信終端。當移動主機從一個區移動到另一個區時並不改變網路拓撲結構，而Ad Hoc網路中移動主機的移動將會導致拓撲結構的改變。
二、 網路性能測試體系結構
Ad Hoc網路協議主要包括網路接入層協議(MAC)和路由協議。不同層次的協議由於所完成的功能不同，所以具有不同的測試指針。在網路測試中，要合理評價網路性能必須充分考慮不同層次的協議在性能上的差別。同時，對於不同的網路應用來說，各個層次協議性能對網路整體性能的影響也不盡相同。
Ad Hoc網路性能測試按照網路功能層次進行區分，主要分為以下三個方面的內容：通信終端物理性能測試，接入層協議測試和路由協議測試。
1. 通信終端物理性能測試
通信終端種類很多，包括數字電台、PDA、移動筆記本電腦等等。不同的無線終端由於硬體配置不同，其物理性能也不盡相同。物理性能測試內容主要包括：
* 數據發送速率：即終端設備可支持的最大傳輸帶寬，對於多信道系統而言，還需要測試最大可用帶寬。
* 傳播距離：即設備的通信范圍，主要與終端的發送功率，接收門限(信噪比)有關。多跳網路中，傳播距離會對網路的拓撲關系產生重大的影響，也是MAC層協議設計通常需要考慮的問題[2][3]，也是影響網路吞吐量的因素之一。
* 差錯控制能力：無線信道通常是不可靠信道，所以需要相應的差錯控制能力，保證在一定的信道誤碼率下，可以完成正常數據通信。
2. 網路接入層性能測試
網路接入層(MAC)解決了隱終端和暴露終端的問題[2][3]。MAC層協議的性能會直接影響網路的整體性能。MAC層協議是Ad Hoc網路組網協議的基礎，也是網路結點通信的第一步，只有高效、公平、有序地組織網路中的所有通信結點的鏈路層通信能力，才能保證上層網路互聯協議(路由協議)的正常運行。網路接入層性能測試內容主要有：
* 接入時延：結點從有數據需要發送到數據的實際發送的時間間隔。是反映單個結點接入效率的重要參數，但是不能反映網路整體性能。
* 網路吞吐量：接入協議的性能還體現在網路吞吐量上，由於無線網路數據幀的碰撞會導致所有的發送方都要退避一段時間，然後重新發送數據，這就必然對系統的吞吐量產生影響。
* 優先順序：網路中的結點按照優先順序排序，優先順序高的結點比優先順序低的結點有更低的平均接入時延，這一點在同時承載數據業務和話音業務的網路中顯得尤為重要。
* 公平性：優先順序然保證了優先順序高的結點有更低的接入時延，但是網路接入協議還必須同時保證優先順序低的結點不會「餓死」，同等優先順序的結點還要有相同或接近的接入時延參數。
3. 路由協議性能測試
路由協議的任務是維護網路拓撲，為結點之間的通信提供及時准確的路由信息，保證報文按照協議所提供的路徑正確到達目的結點。針對現有Ad Hoc網路路由協議的特點，性能測試主要包括以下幾個方面：
* 端到端時延與吞吐量：路由協議所處理的是源結點到目的結點之間的路徑選擇信息，所以源結點到目的結點之間(端到端)的行為最直接的測試內容就是時延和吞吐量。但是，這兩個參數都與MAC層協議的效率直接相關。
* 路由發現時間(也稱為路由重建時間)：直接說明了路由演算法的效率，即從無法根? 萋酚殺淼玫鉸酚傻降玫嬌捎寐酚傻氖奔洹P枰�⒁獾氖牽�飧霾饈圓問�視糜諦棖笄��酚傷惴?span lang="EN-US">(反應式)[1][5]和具有事件觸發更新功能的路由表驅動型路由演算法(先應式)[1][6]。
* 路由表收斂時間：對於路由表驅動型路由演算法而言，路由協議在運行期間，路由表從初始狀態到路由表穩定狀態通常會有一個自動更新的過程，這個時間通常稱為路由表收斂時間。
* 路由協議的效率：任何路由協議在運行過程中，都要有一定的路由協議開銷，用於在結點之間維護網路的拓撲信息。對於無線網路而言，網路帶寬非常有限，協議開銷直接影響網路帶寬的利用率，進而影響網路的擴展性。所以路由協議的效率也是我們重點考慮的測試參數之一。
三、 Ad Hoc網路的特點
Ad hoc網路是一種特殊的無線移動網路。網路中所有結點的地位平等，無需設置任何的中心控制結點。網路中的結點不僅具有普通移動終端所需的功能，而且具有報文轉發能力。與普通的移動網路和固定網路相比，它具有以下特點：
1.無中心：Ad hoc網路沒有嚴格的控制中心。所有結點的地位平等，即是一個對等式網路。結點可以隨時加入和離開網路。任何結點的故障不會影響整個網路的運行，具有很強的抗毀性。
2.自組織：網路的布設或展開無需依賴於任何預設的網路設施。結點通過分層協議和分布式演算法協調各自的行為，結點開機後就可以快速、自動地組成一個獨立的網路。
3.多跳路由：當結點要與其覆蓋范圍之外的結點進行通信時，需要中間結點的多跳轉發。與固定網路的多跳不同，Ad hoc網路中的多跳路由是由普通的網路結點完成的，而不是由專用的路由設備（如路由器）完成的。
4.動態拓撲：Ad hoc網路是一個動態的網路。網路結點可以隨處移動，也可以隨時開機和關機，這些都會使網路的拓撲結構隨時發生變化。
這些特點使得Ad hoc網路在體系結構、網路組織、協議設計等方面都與普通的蜂窩移動通信網路和固定通信網路有著顯著的區別。
Ad Hoc網路作為一種新的組網方式，具有以下特點。
3．1 網路的獨立性
Ad Hoc網路相對常規通信網路而言，最大的區別就是可以在任何時刻、任何地點不需要硬體基礎網路設施的支持，快速構建起一個移動通信網路。它的建立不依賴於現有的網路通信設施，具有一定的獨立性。Ad Hoc網路的這種特點很適合災難救助、偏遠地區通信等應用。
3．2 動態變化的網路拓撲結構
在Ad Hoc網路中，移動主機可以在網中隨意移動。主機的移動會導致主機之間的鏈路增加或消失，主機之間的關系不斷發生變化。在自組網中，主機可能同時還是路由器，因此，移動會使網路拓撲結構不斷發生變化，而且變化的方式和速度都是不可預測的。對於常規網路而言，網路拓撲結構則相對較為穩定。
3．3 有限的無線通信帶寬
在Ad Hoc網路中沒有有線基礎設施的支持，因此，主機之間的通信均通過無線傳輸來完成。由於無線信道本身的物理特性，它提供的網路帶寬相對有線信道要低得多。除此以外，考慮到競爭共享無線信道產生的碰撞、信號衰減、噪音干擾等多種因素，移動終端可得到的實際帶寬遠遠小於理論中的最大帶寬值。
3．4 有限的主機能源 < /span>
在Ad Hoc網路中，主機均是一些移動設備，如PDA、便攜計算機或掌上電腦。由於主機可能處在不停的移動狀態下，主機的能源主要由電池提供，因此Ad Hoc網路有能源有限的特點。
3．5 網路的分布式特性
在Ad Hoc網路中沒有中心控制節點，主機通過分布式協議互聯。一旦網路的某個或某些節點發生故障，其餘的節點仍然能夠正常工作。
3．6 生存周期短
Ad Hoc網路主要用於臨時的通信需求，相對與有線網路，它的生存時間一般比較短。
3．7 有限的物理安全
移動網路通常比固定網路更容易受到物理安全攻擊，易於遭受竊聽、欺騙和拒絕服務等攻擊。現有的鏈路安全技術有些已應用於無線網路中來減小安全攻擊。不過Ad Hoc網路的分布式特性相對於集中式的網路具有一定的抗毀性。
四、Ad hoc網路的體系結構
1 結點結構
Ad hoc網路中的結點不僅要具備普通移動終端的功能，還要具有服文轉發能力，即要具備路由器的功能。因此，就完成的功能而言可以將結點分為主機、路由器和電台三部分。其中主機部分完成普通移動終端的功能，包括人機介面、數據處理等應用軟體。而路由器部分主要負責維護網路的拓撲結構和路由信息，完成報文的轉發功能。電台部分為信息傳輸提供無線信道支持。從物理結構上分，結構可以被分為以下幾類：單主機單電台、單主機多電台、多主機單電台和多主機多電台。手持機一般採用的單主機單電台的簡單結構。作為復雜的車載台，一個結點可能包括通信車內的多個主機。多電台不僅可以用來構建疊加的網路，還可用作網關結點來互聯多個Ad hoc網路。
2 網路結構
Ad hoc網路一般有兩種結構：平面結構和分級結構。
在平面結構中，所有結點的地位平等，所以又可以稱為對等式結構。
分級結構中，網路被劃分為簇。每個簇由一個簇頭和多個簇成員組成。這些簇頭形成了高一級的網路。在高一級網路中，又可以分簇，再次形成更高一級的網路，直至最高級。在分級結構中，簇頭結點負責簇間數據的轉發。簇頭可以預先指定，也可以由結點使用演算法自動選舉產生。
分級結構的網路又可以被分為單頻分級和多頻分級兩種。單頻率分級網路中，所有結點使用同一個頻率通信。為了實現簇頭之間的通信，要有網關結點（同時屬於兩個簇的結點）的支持。而在多頻率分組網路中，不同級採用不同的通信頻率。低級結點的通信范圍較小，而高級結點要覆蓋較大的范圍。高級的結點同時處於多個級中，有多個頻率，用不同的頻率實現不同級的通信。在兩級網路中，簇頭結點有兩個頻率。頻率1用於簇頭與簇成員的通信。而頻率2用於簇頭之間的通信。分級網路的每個結點都可以成為簇頭，所以需要適當的簇頭選舉演算法，演算法要能根據網路拓撲的變化重新分簇。
平面結構的網路比較簡單，網路中所有結點是完全對等的，原則上不存在瓶頸，所以比較健壯。它的缺點是可擴充性差：每一個結點都需要知道到達其他所有結點的路由。維護這些動態變化的路由信息需要大量的控制消息。在分級結構的網路中，簇成員的功能比較簡單，不需要維護復雜的路由信息。這大大減少了網路中路由控制信息的數量，因此具有很好的可擴充性。由於簇頭結點可以隨時選舉產生，分級結構也具有很強的抗毀性。分級結構的缺點是，維護分級結構需要結點執行簇頭選舉演算法，簇頭結點可能會成為網路的瓶頸。
因此，當網路的規模較小時，可以採用簡單的平面式結構；而當網路的規模增大時，應用分級結構。美軍在其戰術互聯網中使用近期數字電台（NTDR，Near Term Digital Radio）組網時採用的就是雙頻分級結構。
五、Ad Hoc網路的應用需求
Ad Hoc網路的應用范圍很廣，總體上來說，它可以用於以下場合：
a）沒有有線通信設施的地方，如沒有建立硬體通信設施或有線通信設施遭受破壞。
b）需要分布式特性的網路通信環境。
c）現有有線通信設施不足，需要臨時快速建立一個通信網路的環境。
d） 作為生存性較強的後備網路。
Ad Hoc網路技術的研究最初是為了滿足軍事應用的需要，軍隊通信系統需要具有抗毀性、自組性和機動性。Ad Hoc網路滿足了軍事通信系統的這些需求。Ad Hoc網路採用分布式技術，沒有中心控制節點的管理。當網路中某些節點或鏈路發生故障，其他節點還可以通過相關技術繼續通信。Ad Hoc網路由移動節點自己自由組合，不依賴於有線設備，因此，具有較強的自組性，很適合戰場的惡劣通信環境。Ad Hoc網路建立簡單、具有很高的機動性。
近年來，Ad Hoc網路的研究在民用和商業領域也受到了重視。在民用領域，Ad Hoc網路可以用於災難救助。在發生洪水、地震後，有線通信設施很可能因遭受破壞而無法正常通信，通過Ad Hoc網路可以快速地建立應急通信網路，保證救援工作的順利進行，完成緊急通信需求任務。Ad Hoc網路可以用於偏遠或不發達地區通信。在這些地區，由於造價、地理環境等原因往往沒有有線通信設施，Ad Hoc網路可以解決這些環境中的通信問題。Ad Hoc網路還可以用於臨時的通信需求，如商務會議中需要參會人員之間互相通信交流，在現有的有線通信系統不能滿足通信需求的情況下，可以通過Ad Hoc網路來完成通信任務。
民用方面，Ad hoc網路也有非常廣泛的應用前景。它的應用場合主要有以下幾類：
1.軍事應用：軍事應用是Ad hoc網路技術的主要應用領域。
2.感測器網路：感測器網路是Ad hoc網路技術的另一大應用領域。對於很多應用場合來說感測器網路只能使用無線通信技術。而考慮到體積和節能等因素，感測器的發射功率不可能很大。使用Ad hoc網路實現多跳通信是非常實用的解決方法。分散在各處的感測器組成Ad hoc網路，可以實現感測器之間和與控制中心之間的通信。
3.緊急和臨時場合：在發生了地震、水災、強熱帶風暴或遭受其他災難打擊後，固定的通信網路設施（如有線通信網路、蜂窩移動通信網路的基站等網路設施、衛星通信地球站以及微波接力站等）可能被全部摧毀或無法正常工作，對於搶險救災來說，這時就需要Ad hoc網路這種不依賴任何固定網路設施又能快速布設的自組織網路技術。
4.個人通信：個人區域網（PAN,Personal Area Network）是Ad hoc網路技術的另一應用領域。不僅可用於實現PDA、手機、手提電腦等個人電子通信設備之間的通信，還可用於個人區域網之間的多跳通信。藍牙技術中的超網（Scatternet）就是一個典型的例子。
5.與移動通信系統的結合：Ad hoc網路還可以與蜂窩移動通信系統相結合，利用移動台的多跳轉發能力擴大蜂窩移動通信系統的覆蓋范圍、均衡相鄰小區的業務、提高小區邊緣的數據速率等。
Ad Hoc網路在研究領域也很受關注，近幾年的網路國際會議基本都有Ad Hoc網路專題，隨著移動技術的不斷發展和人們日益增長的自由通信需求，Ad Hoc網路會受到更多的關注，得到更快速的發展和普及。
六、 與其他移動通信系統的比較
1 蜂窩系統
蜂窩系統是覆蓋范圍最廣的陸地公用移動通信系統。在蜂窩系統中，覆蓋區域一般被劃分為類似蜂窩的多個小區。每個小區內設置固定的基站，為用戶提供接入和信息轉發服務。移動用戶之間以及移動用戶和非移動用戶之間的通信均需通過基站進行。基站則一般通過有線線路連接到主要由交換機構成的骨幹交換網路。蜂窩系統是一種有連接網路，一旦一個信道被分配給某個用戶，通常此信道可一直被此用戶使用。蜂窩系統一般用於語音通信。
2 集群系統
集群系統與蜂窩系統類似，也是一種有連接的網路，一般屬於專用網路，規模不大，主要為移動用戶提供語音通信。
3 衛星通信系統
衛星通信系統的通信范圍最廣，可以為全球每個角落的用戶提供通信服務。在此系統中，衛星起著與基站類似的功能。衛星通信系統按衛星所處位置可分為靜止軌道、中軌道和低軌道3種。衛星通信系統存在成本高、傳輸延時大、傳輸帶寬有限等不足。
上述移動通信系統都需要有線網路通信基礎設施的支持，如基站、交換機、衛星等。這些設施的建立和運轉需要大量的人力和物力，因此成本比較高，同時建設的周期也長。Ad Hoc網路不需要基站的支持，由主機自己組網，因此，網路建立的成本低，同時時間短，一般只要幾秒鍾或幾分鍾。上述通信系統中，移動終端之間並不直接通信，並且移動終端只具備收發功能，不具備轉發功能。而Ad Hoc網路由移動主機構成，移動主機之間可以直接通信，而移動主機不僅收發數據，同時還轉發數據。此外目前的移動通信系統主要為用戶提供語音通信功能，通常採用電路交換，拓撲結構比較穩定。而Ad Hoc網路使用分組轉發技術，主要為用戶提供數據通信服務，拓撲結構易於變化。
七、移動IP和Ad Hoc網路的結合
實現移動和全IP是當今網路發展的兩大趨勢。隨著手機使用的日益廣泛和人們對移動所能提供的信息要求越來越高，人們更加希望能隨時隨地接入互聯網。
對於Ad Hoc網路，網路是隨時生成而且具有易構性，不需要事先存在的網路來支持，因此，應用很廣泛也很簡單。但是這種網路有很強的獨立性，它可以單獨存在，它的特性和它所使用的主動的、按需驅動的路由協議都令它難以與互聯網通信，達到交互信息的目的。為了達到Ad Hoc網路中的移動主機可以在不同的Ad Hoc網路間移動和隨時接入互聯網，我們利用移動IP協議可在不同網路中漫遊的特性，結合移動IP和Ad Hoc網路，即MIPMANET，提供一種將Ad Hoc網路使用按需驅動的路由機制，移動IP提供代理地址和反向隧道的Ad Hoc網路接入互聯網的解決方案。圖3為Ad Hoc網路接入互聯網的模型。
八、管理Ad Hoc網路面臨的問題
Ad Hoc網路的特性決定了管理上比有線網路復雜許多，因為網路拓撲的動態變化，要求網路管理也是動態自動配置。而且要考慮到移動節點本身的限制，例如能源有限、鏈路狀態變化和有限的存儲能力等，因此，要將管理協議給整個網路帶來的負荷考慮在內。最後還要考慮到網路管理對不同環境的適用性等。
具體Ad Hoc網路管理? 枰�餼齙奈侍饢�韻錄阜矯媯?span lang="EN-US">
a）網路管理協議的一個重要任務是使網管知道網路的拓撲結構。在有線網路中，由於網路變化不頻繁，所以這點容易做到。但在移動網路中，節點的移動導致拓撲結構變化太頻繁，網管需定期收集節點的連接信息，這無疑會加大網路的負荷。
b） 大多數節點使用電池供電，所以要保證網路管理的負荷限制在最小值以節省能源。要盡量減少收發和處理的節點數，但這是與需要拓撲結構的定期更新相矛盾的。
c） 能源的有限性和節點的移動性導致節點隨時可能與網路分離，這要求網路管理協議能夠及時覺察節點的離開和加入，而更新拓撲結構。
d）無線環境下信號質量變化大。信號的衰退和擁塞都會使網管誤認為節點已離開，因此，網管必須能夠區分是由於節點移動還是由於鏈路質量的原因導致連接中斷。網管必須詢問物理層，但這樣會違反OSI的層次管理結構。
f） Ad Hoc網路通常應用於軍事，因此，要防止竊聽、破壞和侵入。所以網管需要結合加密和認證過程。
由上可見Ad Hoc網路的網路管理是與傳統網路不同的，要解決的問題包括如何有效地收集網路的拓撲信息，如何處理動態的網路配置和安全保密問題。
特殊問題：
1． 特殊的信道共享方式
通信網路中的信道共享方式一般有三種：點對點、點對多點和多點共享。點對點是最簡單的共享方式，兩個結點可以共享一個信道（有線或無線）。點對多點共享一般用於有中心站控制的無線信道，例如蜂窩移動通信系統的無線信道。在這種方式中，終端（如行動電話）在中心站（如基站）的控制下共享一個或多個無線信道，所有終端均處在中心站的覆蓋范圍內。多點共享指多個終端共享一個廣播信道，乙太網就是最典型的多點共享方式。在多點共享方式中，一個終端發送報文，所有的終端都可以聽到，即相當於一個全互聯的網路，我們稱這種共享方式下的信道為一跳共享廣播信道。
Ad hoc網路的信道共享方式與它們不同。雖然Ad hoc網路的無線信道也是一個共享的廣播信道，但它不是一跳共享的。因為當一個結點發送報文時，只有在它覆蓋范圍內的結點（稱為鄰居）才能夠收到，而覆蓋范圍外的結點則感知不到任何通信的存在。這恰恰也是Ad hoc網路的優勢所在，發送結點覆蓋范圍外的結點不受發送結點的影響，它們也可以同時發送報文。我們稱Ad hoc網路的共享信道為多跳共享廣播信道。
多跳共享廣播信道帶來的直接影響就是報文沖突與結點所處的位置相關。在一跳共享的廣播信道中，報文沖突是個全局事件。所有結點要麼都收到正確的報文，要麼都會感知到報文沖突。而在Ad hoc網路中，報文沖突只是局部事件，並非所有結點都可以感知到。一個結點正確收到了一個報文，該報文可能會在另一個結點處發生沖突。也可能報文在接收結點處發生了沖突，而發送結點絲毫覺察不到。也就是說發送結點和接收結點感知到的信道狀況不一定相同，由此將會帶來隱終端、暴露終端等一系列的特殊問題。
由於Ad hoc網路特定的信道共享方式，基於點對多點共享信道和一跳共享廣播信道接入協議無法被Ad hoc網路直接使用，需要為它設計專用的信道接入協議。信道接入協議是報文在信道上發送和接收的直接控制者，它的行為對Ad hoc網路的性能起著決定性的作用。因此，信道接入協議一直是Ad hoc網路技術的研究重點之一。
2 動態拓撲
Ad hoc網路中的結點不僅可以自由移動，還可以隨時開機和關機。這將造成網路拓撲的動態變化。考慮到Ad hoc網路的多跳特性，結點要有報文轉發功能，這要求結點實現相應的路由協議。傳統的基於網際網路的路由協議是為相對穩定的網路拓撲而設計的，它們無法滿足快速變化拓撲網路的需要。因此，路由協議也成了Ad hoc網路的研究特點。
現有的Ad hoc網路路由協議可以分為先應式（Proactive）、反應式（Reactive）和混合式三種。（1）先應式路由協議又被稱為表驅動（Table-driven）路由協議，它通過連? �丶觳飭綽分柿浚�笨濤�ぷ既返耐�繽仄撕吐酚尚畔ⅰF?/span>優點是發送報文時可以立即得到正確的路由，缺點是開銷太大。（2）反應式路由協議，又稱為隨選 路由（On-Demand Routing），並不時刻維護准確的路由信息，僅當需要時才查找路由。其優點是降低了路由維護的開銷，缺點是查找路由會引入較大的時延。結點先應式和反應式特點的路由協議稱為混合式路由協議。它在局部范圍內使用先應式路由協議，以縮小路由控制消息傳播的范圍。當目標結點較遠時，通過查找發現路由。這樣既可以減少路由協議的開銷，時延特性也得到了改善。
鑒於路由協議的重要性，IETF的MANET工作組目前專注於Ad hoc網路路由協議的研究。雖然已經取得了一定的成果，但仍有很多問題沒有解決。
九、 結論
Ad Hoc網路是一種新穎的移動計算機網路的類型，它既可以作為一種獨立的網路運行，也可以作為當前具有固定設施網路的一種補充形式。其自身的獨特性，賦予其巨大的發展前景。在Ad Hoc網路的研究中還存在許多亟待解決的問題：設計具有節能策略、安全保障、組播功能和QoS支持等擴展特性的路由協議，以及Ad Hoc網路的網路管理等。今後將重點致力於Ad Hoc網路中網路監視、節點移動性管理、抗毀性管理和安全管理等方面的研究。
⑥ 專題推薦 - 農業感測器與物聯網專題
本專題我共整理了10篇文章，來自中國農業科學院農業質量標准與檢測技術研究所、南京農業大學、英國林肯大學、華南農業大學、江南大學、國家農業智能裝備工程技術研究中心、浙江大學、中國科學院、吉林農業大學、西北農林 科技 大學、國家信息農業工程技術中心等單位。
文章包含農產品質量安全納米感測器、太陽能殺蟲燈、分簇路由演算法、農田物聯網混合多跳路由演算法、水產養殖溶解氧感測器研製、土壤養分近場遙測方法、農機遠程智能管理平台、水肥濃度智能感知與精準配比、果園多機器人通信等內容，供大家閱讀、參考。
專題--農業感測器與物聯網
Topic--Agricultural Sensor and Internet of Things
[1]王培龍, 唐智勇. 農產品質量安全納米感測應用研究分析與展望[J]. 智慧農業(中英文), 2020, 2(2): 1-10.
WANG Peilong , TANG Zhiyong. Application analysis and prospect of nanosensor in the quality and safety of agricultural procts[J]. Smart Agriculture, 2020, 2(2): 1-10.
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[2]楊星, 舒磊, 黃凱, 李凱亮, 霍志強, 王彥飛, 王心怡, 盧巧玲, 張亞成. 太陽能殺蟲燈物聯網故障診斷特徵分析及潛在挑戰[J]. 智慧農業(中英文), 2020, 2(2): 11-27.
YANG Xing, SHU Lei, HUANG Kai, LI Kailiang, HUO Zhiqiang, WANG Yanfei, WANG Xinyi, LU Qiaoling, ZHANG Yacheng. Characteristics analysis and challenges for fault diagnosis in solar insecticidal lamps Internet of Things[J]. Smart Agriculture, 2020, 2(2): 11-27.
摘要： 太陽能殺蟲燈物聯網（SIL-IoTs）是一種基於農業場景與物聯網技術的新型物理農業蟲害防治工具，通過無線傳輸太陽能殺蟲燈組件狀態數據，用戶可後台實時查看太陽能殺蟲燈運行狀態，具有殺蟲計數、蟲害區域定位、輔助農情監測等功能。但隨著SIL-IoTs快速發展與廣泛應用，故障診斷難和維護難等矛盾日益突出。基於此，本研究首先闡述了SIL-IoTs的結構和研究現狀，分析了故障診斷的重要性，指出了故障診斷是保障其可靠性的主要手段。接著介紹了目前太陽能殺蟲燈節點自身存在的故障及其在無線感測網路（WSNs）中的體現，並進一步對WSNs中的故障進行分類，包括基於行為、基於時間、基於組件以及基於影響區域的故障四類。隨後討論了統計方法、概率方法、層次路由方法、機器學習方法、拓撲控制方法和移動基站方法等目前主要使用的WSNs故障診斷方法。此外，還探討了SIL-IoTs故障診斷策略，將故障診斷從行為上分為主動型診斷與被動型診斷策略，從監測類型上分為連續診斷、定期診斷、直接診斷與間接診斷策略，從設備上分為集中式、分布式與混合式策略。在以上故障診斷方法與策略的基礎上，介紹了後台數據異常、部分節點通信異常、整個網路通信異常和未診斷出異常但實際存在異常四種故障現象下適用的WSNs故障診斷調試工具，如Sympathy、Clairvoyant、SNIF和Dustminer。最後，強調了SIL-IoTs的特性對故障診斷帶來的潛在挑戰，包括部署環境復雜、節點任務沖突、連續性區域節點無法傳輸數據和多種故障診斷失效等情形，並針對這些潛在挑戰指出了合理的研究方向。由於SIL-IoTs為農業物聯網中典型應用，因此本研究可擴展至其它農業物聯網中，並為這些農業物聯網的故障診斷提供參考。
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[3]汪進鴻, 韓宇星. 用於作物表型信息邊緣計算採集的認知無線感測器網路分簇路由演算法[J]. 智慧農業(中英文), 2020, 2(2): 28-47.
WANG Jinhong, HAN Yuxing. Cognitive radio sensor networks clustering routing algorithm for crop phenotypic information edge computing collection[J]. Smart Agriculture, 2020, 2(2): 28-47.
摘要： 隨著無線終端數量的快速增長和多媒體圖像等高帶寬傳輸業務需求的增加，農業物聯網相關領域可預見地會出現無線頻譜資源緊缺問題。針對基於傳統物聯網的作物表型信息採集系統中存在由於節點密集部署導致數據傳輸過程容易出現頻譜競爭、數據擁堵的現象以及固定電池的網路由於能耗不均衡引起監測周期縮減等諸多問題，本研究建立了一個認知無線感測器網路（CRSN）作物表型信息採集模型，並針對模型提出一種引入邊緣計算機制的動態頻譜和能耗均衡（DSEB）的事件驅動分簇路由演算法。演算法包括：（1）動態頻譜感知分簇，採用層次聚類演算法結合頻譜感知獲取的可用信道、節點間的距離、剩餘能量和鄰居節點度為相似度對被監控區域內的節點進行聚類分簇並選取簇頭，構建分簇拓撲的過程對各分簇大小的均衡性引入獎勵和懲罰因子，提升網路各分簇平均頻譜利用率；（2）融入邊緣計算的事件觸發數據路由，根據構建的分簇拓撲結構，將待檢測各區域變化異常表型信息觸發事件以簇內匯聚和簇間中繼交替迭代方式轉發至匯聚節點，簇內匯聚包括直傳和簇內中繼，簇間中繼包括主網關節點和次網關節點-主網關節點兩種情況；（3）基於頻譜變化和通信服務質量（QoS）的自適應重新分簇：基於主用戶行為變化引起的可用信道改變，或分簇效果不佳對通信服務質量產生的干擾，觸發CRSN進行自適應重新分簇。此外，本研究還提出了一種新的能耗均衡策略去能量消耗中心化（假設sink為中心），即在網關或簇頭節點選取計算式中引入與節點到sink的距離成正比的權重系數。演算法模擬結果表明，與採用K-medoid分簇和能量感知的事件驅動分簇(ERP)路由方案相比，在CRSN節點數為定值的前提下，基於DSEB的分簇路由演算法在網路生存期與能效等方面均具有一定的改進；在主用戶節點數為定值時，所提演算法比其它兩種演算法具有更高頻譜利用率。
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[4]顧浩, 王志強, 吳昊, 蔣永年, 郭亞. 基於熒光法的溶解氧感測器研製及試驗[J]. 智慧農業(中英文), 2020, 2(2): 48-58.
GU Hao, WANG Zhiqiang, WU Hao, JIANG Yongnian, GUO Ya. A fluorescence based dissolved oxygen sensor[J]. Smart Agriculture, 2020, 2(2): 48-58.
摘要：溶解氧含量的測量對水產養殖具有極其重要的意義，但目前中國市面上的溶解氧感測器存在價格昂貴、不能持續在線測量及更新部件維護困難等問題，難以在水產養殖物聯網中大規模推廣和發揮作用。本研究基於熒光淬滅原理，利用水中溶解氧濃度與熒光信號相位差的關系進行低成本、易維護溶解氧感測器的研發。首先利用自製備溶氧敏感膜，經激發光照射後產生紅色熒光，該熒光壽命可由溶解氧濃度調節；然後利用光信號敏感器件設計光電轉化電路實現光信號感知；再以STM32F103微處理器作為主控晶元，編寫下位機程序實現激發光脈沖產生，利用相敏檢波原理以及快速傅里葉變換（FFT）計算激發光與參照光的相位差，進而轉化為溶解氧濃度，實現溶解氧的測量。熒光探測部分與系統主控部分採用分離式設計思想，利用屏蔽排線直接插拔連接，便於感測器探測頭的拆卸、更換、維護以及實現遠距離在線測量。經測試，本溶解氧感測器的測量范圍是0~20 mg/L，響應延遲小於2 s，溶氧敏感膜使用壽命約1年，可以實時不間斷地對溶解氧濃度進行測量。同時，本感測器具有測量方便、製作成本低、體積小等特點，為中國水產養殖低成本溶解氧感測器的研發與市場化奠定了良好的基礎。
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[5]矯雷子, 董大明, 趙賢德, 田宏武. 基於調制近紅外反射光譜的土壤養分近場遙測方法研究[J]. 智慧農業(中英文), 2020, 2(2): 59-66.
JIAO Leizi, DONG Daming, ZHAO Xiande, TIAN Hongwu. Near-field telemetry detection of soil nutrient based on molated near-infrared reflectance spectrum[J]. Smart Agriculture, 2020, 2(2): 59-66.
摘要： 土壤養分作為農業生產的重要指標，含量過少會降低農作物產量，過多則會造成環境污染。因此，快速、准確檢測土壤養分對於精準施肥和提高作物產量具有重要意義。基於取樣和化學分析的傳統方法能夠全面准確地檢測土壤養分，但檢測過程中土壤的取樣及預處理過程繁瑣、操作復雜、費時費力，不能實現土壤養分的原位快速檢測。本研究基於調制近紅外光譜，提出了一種土壤養分主動式近場遙測方法，可有效避免土壤反射自然光的干擾。該方法使用波長范圍1260~1610 nm的8通道窄帶激光二極體作為近紅外光源，通過測量8通道激光光束的土壤反射率，建立土壤養分中氮（N）關於土壤反射率的計量模型，實現了N的快速檢測。在74組已知N含量的土壤樣品中，選取54組作為訓練集，20組作為預測集。基於一般線性模型，對訓練集中土壤N含量與土壤反射率的定量化參數進行訓練，篩選顯著波段後的計量模型R2達到0.97。基於建立的計量模型，預測集中土壤N含量預測值與參考值的決定系數R2達到0.9，結果表明該方法具有土壤養分現場快速檢測的能力。
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[6]朱登勝, 方慧, 胡韶明, 王文權, 周延鎖, 王紅艷, 劉飛, 何勇. 農機遠程智能管理平台研發及其應用[J]. 智慧農業(中英文), 2020, 2(2): 67-81.
ZHU Dengsheng, FANG Hui, HU Shaoming, WANG Wenquan, ZHOU Yansuo, WANG Hongyan, LIU Fei, HE Yong. Development and application of an intelligent remote management platform for agricultural machinery[J]. Smart Agriculture, 2020, 2(2): 67-81.
摘要： 本研究針對農機管理實時數據少、農機實時作業監管困難、服務信息不對稱等問題，首先提出專業化遠程管理平台設計時應具有五大原則：專業化、標准化、雲平台、模塊化以及開放性。基於這些原則，本研究設計了基於大田作業智能感測技術、物聯網技術、定位技術、遙感技術和地理信息系統的可定製化的通用農機遠程智能管理平台。平台分別為各級政府管理部門、農機合作社、農機手、農戶設計並實現了基於WebGIS 的農機信息庫及農機位置服務、農機作業實時監測與管理、農田基礎信息管理、田間作物基本信息管理、農機調度管理、農機補貼管理、農機作業訂單管理等多個實用模塊。研究著重分析了在當前的技術背景下，平台部分關鍵技術的實現方法，包括採用低精度GNSS定位系統前提下的作業面積的計算方法、GNSS定位數據處理過程中的數據問題分析、農機調度演算法、作業感測器信息的集成等，並提出了以地塊為核心的管理平台建設思路；同時提出農機作業管理平台將逐步從簡單作業管理轉向大田農機綜合管理。本平台對同類型管理平台的研發具有一定的參考與借鑒作用。
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[7]金洲, 張俊卿, 郭紅燕, 胡宜敏, 陳翔宇, 黃河, 王紅艷. 水肥濃度智能感知與精準配比系統研製與試驗[J]. 智慧農業(中英文), 2020, 2(2): 82-93.
JIN Zhou, ZHANG Junqing, GUO Hongyan, HU Yimin, CHEN Xiangyu, HUANG He, WANG Hongyan. Development and testing of intelligent sensing and precision proportioning system of water and fertilizer concentration[J]. Smart Agriculture, 2020, 2(2): 82-93.
摘要： 為解決農場當地當時的復合肥料精準化配料問題，本研究將水肥一體化智能灌溉施肥系統作為研究對象，構建了水肥濃度智能感知與精準配比系統。首先提出現場在線水肥溶液智能感知模型的快速建立方法，利用數據分析演算法從感測器實時監測的一系列濃度梯度的肥料溶液中挖掘出模型。其次基於上述模型設計水肥濃度智能感知與精準配比系統的框架結構，闡述系統工作原理；並通過三種水體模擬在線配肥驗證了該系統原位指導水肥濃度配比的有效性，同時評價了水體電導率對水肥配比濃度的干擾。試驗結果表明，正則化條件下二階的多項式擬合曲線是表達溶液電導率與水肥濃度的變化關系最優的模型，相關系數R2均大於0.999，由此模型可得出用戶關心的復合肥各指標濃度。三種水體模擬在線配肥結果表明，水體會干擾電導率導致無法准確反演水肥配比的濃度，相對偏差值超過了0.1。因此，本研究提出的在線水肥智能感知與精準配比系統實現了消除當地水體電導率對水肥配比准確性的干擾，通過模型計算實現復合肥精準化配比，並得出各指標濃度。該系統結構簡單，配比精準，易與現有水肥一體機或者人工配肥系統結合使用，可廣泛應用於設施農業栽培、果園栽培和大田經濟作物栽培等環境下的精準智能施肥。
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[8]孫浩然, 孫琳, 畢春光, 於合龍. 基於粒子群與模擬退火協同優化的農田物聯網混合多跳路由演算法[J]. 智慧農業(中英文), 2020, 2(3): 98-107.
SUN Haoran, SUN Lin, BI Chunguang, YU Helong. Hybrid multi-hop routing algorithm for farmland IoT based on particle swarm and simulated annealing collaborative optimization method[J]. Smart Agriculture, 2020, 2(3): 98-107.
摘要： 農業無線感測器網路對農田土壤、環境和作物生長的多源異構信息的獲取起關鍵作用。針對感測器在農田中非均勻分布且受到能量制約等問題，本研究提出了一種基於粒子群和模擬退火協同優化的農田物聯網混合多跳路由演算法（PSMR）。首先，通過節點剩餘能量和節點度加權選擇簇首，採用成簇結構實現異構網路高效動態組網。然後通過簇首間多跳數據結構解決簇首遠距離傳輸能耗過高問題，利用粒子群與模擬退火協同優化方法提高演算法收斂速度，實現sink節點加速採集簇首中的聚合數據。對演算法的模擬試驗結果表明，PSMR演算法與基於能量有效負載均衡的多路徑路由策略方法（EMR）相比，無線感測器網路生命周期提升了57%；與貪婪外圍無狀態路由演算法（GPSR-A）相比，在相同的網路生命周期內，第1個死亡感測器節點推遲了兩輪，剩餘能量標准差減少了0.04 J，具有良好的網路能耗均衡性。本研究提出的PSMR演算法通過簇首間多跳降低遠端簇首額外能耗，提高了不同距離簇首的能耗均衡性能，為實現大規模農田復雜環境的長時間、高效、穩定地數據採集監測提供了技術基礎，可提高農業物聯網的資源利用效率。
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[9]毛文菊, 劉恆, 王東飛, 楊福增, 劉志傑. 面向果園多機器人通信的AODV路由協議改進設計與測試[J]. 智慧農業(中英文), 2021, 3(1): 96-108.
MAO Wenju, LIU Heng, WANG Dongfei, YANG Fuzeng, LIU Zhijie. Improved AODV routing protocol for multi-robot communication in orchard[J]. Smart Agriculture, 2021, 3(1): 96-108.
摘要： 針對多機器人在果園中作業時的通信需求，本研究基於Wi-Fi信號在桃園內接收強度預測模型，提出了一種引入優先節點和路徑信號強度閾值的改進無線自組網按需平面距離向量路由協議（AODV-SP）。對AODV-SP報文進行設計，並利用NS2模擬軟體對比了無線自組網按需平面距離向量路由協議（AODV）和AODV-SP在發起頻率、路由開銷、平均端到端時延及分組投遞率4個方面的性能。模擬試驗結果表明，本研究提出的AODV-SP路由協議在發起頻率、路由開銷、平均端到端時延及分組投遞率4個方面的性能均優於AODV協議，其中節點的移動速度為5 m/s時，AODV-SP的路由發起頻率和路由開銷較AODV分別降低了3.65%和7.09%，節點的移動速度為8 m/s時，AODV-SP的分組投遞率提高了0.59%，平均端到端時延降低了13.09%。為進一步驗證AODV-SP協議的性能，在實驗室環境中搭建了基於領航-跟隨法的小型多機器人無線通信物理平台並將AODV-SP在此平台應用，並進行了靜態丟包率和動態測試。測試結果表明，節點相距25 m時靜態丟包率為0，距離100 m時丟包率為21.01%；動態行駛時能使機器人維持鏈狀拓撲結構。本研究可為果園多機器人在實際環境中通信系統的搭建提供參考。
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[10]黃凱, 舒磊, 李凱亮, 楊星, 朱艷, 汪小旵, 蘇勤. 太陽能殺蟲燈物聯網節點的防盜防破壞設計及展望[J]. 智慧農業(中英文), 2021, 3(1): 129-143.
HUANG Kai, SHU Lei, LI Kailiang, YANG Xing, ZHU Yan, WANG Xiaochan, SU Qin. Design and prospect for anti-theft and anti-destruction of nodes in Solar Insecticidal Lamps Internet of Things[J]. Smart Agriculture, 2021, 3(1): 129-143.
摘要： 太陽能殺蟲燈在有效控制蟲害的同時，可減少農葯施葯量。隨著其部署數量的增加，被盜被破壞的報道也越來越多，嚴重影響了蟲害防治效果並造成了較大的經濟損失。為有效地解決太陽能殺蟲燈物聯網節點被盜被破壞問題，本研究以太陽能殺蟲燈物聯網為應用場景，對太陽能殺蟲燈硬體進行改造設計以獲取更多的感測信息；提出了太陽能殺蟲燈輔助設備——無人機殺蟲燈，用以被盜被破壞出現後的部署、追蹤和巡檢等應急應用。通過上述硬體層面的改造設計和增加輔助設備，可以獲取更為全面的信息以判斷太陽能殺蟲燈物聯網節點被盜被破壞情況。但考慮到被盜被破壞發生時間短，僅改造硬體層面還不足以實現快速准確判斷。因此，本研究進一步從內部硬體、軟體演算法和外形結構設計三個層面，探討了設備防盜防破壞的優化設計、設備防盜防破壞判斷規則的建立、設備被盜被破壞的快速准確判斷、設備被盜被破壞的應急措施、設備被盜被破壞的預測與防控，以及優化計算以降低網路數據傳輸負荷六個關鍵研究問題，並對設備防盜防破壞技術在太陽能殺蟲燈物聯網場景中的應用進行了展望。
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⑦ 英語翻譯求助
用群組傳遞信息到基站，合理利用了節點的小型傳輸距離，只需要少量的節點就可以傳輸到遠方的基站去。但是低能耗自適應分簇(LEACH)協議比傳統的群組傳遞演算法要厲害，
因為在該協議中,簇頭在簇內數據融合的過程中根據成員節點的位置信息估計感知到
相同事件的鄰居簇;然後數據在這些簇頭間進行多跳的數據融合後傳遞給基站.
這樣大量地節省了能量耗散，因為輔助計算比通訊的成本要低。
⑧ 無線感測器網路中的LEACH和LEACH-C有什麼具體區別
LEACH基本思想是通過隨機循環地選擇簇頭節點 ,從而將整個網路的能量負載平均分配到每個感測器節點中 ,達到降低網路能源消耗、 提高網路整體生存時間的目的。
簡單來說，LEACH-C是LEACH的後期版本，對分簇的演算法進行了一定的改進，不再是原先的隨機選擇簇頭節點的方式。LEACH-C協議是一種集中式的分簇路由協議，在LEACH-C協議每個周期的開始階段， 所有節點把自己的位置信息和剩餘能量值發往基站。 基站在收到這些信息後，首先計算所有節點的平均能量值，把能量不低於平均能量值的節點作為候選節點。 這種方式能夠減少選舉簇頭時因通信而消耗的能量， 從而有更多的剩餘能量用於傳輸數據。
⑨ 關於隨機生成節點，想在ns2里模擬分簇網路，但實現分簇演算法覺得挺麻煩的，就想模擬下已經分好簇的網路 。
這個很好弄啊，可以在tcl裡面實現也可以在C++裡面實現，用random就行。NS2裡面通過TCL機制和C++協同工作，入門有點暈，具體問題可以給我發郵件[email protected]
⑩ 什麼是無線感測技術
科技發展的腳步越來越快，人類已經置身於信息時代。作為信息獲取的一種重要、基本的技術——感測器技術，也得到了極大的發展。無線感測器網路是一種全新的信息獲取和處理技術，感測器節點可以連續不斷地進行數據採集、事件檢測、事件標識、位置監測和節點控制，感測器節點的這些特性和無線連接方式使得無線感測器網路的應用前景非常廣闊，隨著無線感測器網路的深人研究和廣泛應用，無線感測器網路將逐漸深入到人類生活的各個領域。感測器信息獲取技術已經從過去的單一化漸漸向集成化、微型化和網路化方向發展，並將會帶來一場信息革命。
【關鍵詞】：信息時代、感測器技術、無線連接、信息革命
1引言
無線感測器網路(WSN, Wireless Sensor Net-work )綜合了感測器技術、嵌入式計算技術、分布式信息處理技術和通信技術，能夠協作地實時監測、感知和採集網路分布區域內的各種環境或監測對象的信息，並對這些信息進行處理，獲得詳盡而准確的信息，傳送到需要這些信息的用戶。
無線感測器網路被認為是21世紀最重要的技術之一，它將會對人類未來的生活方式產生深遠影響。本文將先介紹無線感測器網路的概念和特點，再探討WSN在人們生活中的一些應用模型以及在發展中所遇到的一些問題。
2無線感測器網路
2.1無線感測器網路簡介
無線感測器網路（Wireless Sensor Network，WSN）是由許多個功能相同或不同的無線感測器節點通過自組織方式形成的無線網路。每個感測器節點由數據採集模塊(感測器、A/D轉換器)、數據處理和控制模塊(微處理器、存儲器)、通信模塊(無線收發器)以及供電模塊(電池、DC/DC能量轉換器)等組成。節點在網路中可以充當數據採集者、數據中轉站或簇頭節點(cluster-head node)的角色。作為數據採集者，數據採集模塊收集周圍環境的數據(如溫度和濕度)，通過通信路由協議直接或間接將數據傳輸給遠方基站(base station)或匯節點(sink node);作為數據中轉站，節點除了完成採集任務外，還要接收鄰居節點的數據，並將其轉發到距離基站最近的鄰居節點或者直接轉發到基站或匯節點，簇頭節點負責收集該類內所有節點採集的數據，經數據融合後，發送到基站或匯節點。這些感測器節點可以任意地部署在監測區域內，彼此通過無線通信形成一個多跳的、自組織的網路來完成信息採集、數據傳輸和信息處理。無線感測器網路通過節點的數據採集和傳輸，可以在任何時間、任何地點獲取對象的信息，對環境的變化具有很強的魯棒性，因此它具有廣泛的應用前景，可以應用於軍事情報偵察、工業生產過程式控制制、環境監測和保護以及現代化交通管理等領域。
2.2無線感測器網路的節點結構及網路體系結構
網路體系結構是網路的協議分層以及網路協議的集合，是對網路及其部件所應完成功能的定義和描述，對無線感測器網路來說，其網路體系結構不同於傳統的計算機網路和通信網路。網路體系結構由分層的網路通信協議、感測器網路管理以及應用支撐技術三部分組成。
2.2.1 感測器網路節點結構
感測器網路節點的基本組成包括如下4個基本單元：感測單元(由感測器和模數轉換功能模塊組成)、處理單元(包括CPU、存儲器、嵌入式操作系統等)、通信單元(由無線通信模塊組成)以及電源。此外，可以選擇的其他功能單元包括：定位系統、移動系統以及電源自供電系統等。
2.2.2 感測器網路的體系結構
網路體系結構是網路的協議分層以及網路協議的集合，是對網路及其部件所應完成功能的定義和描述，對無線感測器網路來說，其網路體系結構不同於傳統的計算機網路和通信網路。網路體系結構由分層的網路通信協議、感測器網路管理以及應用支撐技術三部分組成。分層的網路通信協議結構類似於TCP／IP協議體系結構；感測器網路管理技術主要是對感測器節點自身的管理以及用戶對感測器網路的管理；在分層協議和網路管理技術的基礎上，支持了感測器網路的應用支撐技術。
2.3無線感測器網路的物理組成
無線感測器網路的感測器節點個數通常很多,它們不僅體積小、成本低,另外還要求感測器節點功耗非常低,以滿足用電池即可維持長時間的工作狀態。因此這些特點決定了對感測器節點的設計需要在盡可能簡單的情況下滿足應用需求。無線感測器節點是由硬體層與軟體層的配合完成任務。
2.3.1 無線感測器硬體層
硬體層一般都包括以下四個單元:供電單元、數據採集單元(包括感測器和A/D模數轉換器件)、數據處理單元(包括存儲器和微控制器)、無線通信單元。微控 制器作為感測器節點運「心臟」,在上面運行著嵌入式系統軟體,從而對另外三個單元的工作進行控制。在硬體的選取上,盡量採用低功耗器件,還可以考慮在無數 據採集和無數據通信的時候命令微控制器進入「睡眠」狀態並可切斷無線通信單元的部分電源,從而降低功耗。
2.3.2 無線感測器軟體層
無線感測器網路的軟體層包括三個層次:硬體抽象層、系統服務層和應用層。硬體抽象層用來實現對硬體平台(供電、數據採集、數據處理和無線通信單元)的抽象,為上層屏蔽底層硬體細節,簡化系統平台移植。系統服務層包括通信服務、感測服務、能耗管理服務、實時內核等四部分,在這個層次中除了實現操作系統如任務調度、信號量等內核服務外,還將完成各種路由、安全演算法的實現,並支持各類通信傳輸協議。應用層是由用戶根據具體應用的需要定義,利用系統服務層提供的介面,能方便的設計出上層軟體。
軟體層用來控制硬體層,是整個感測器的「大腦」,除了最基本的數據採集和發送之外,根據應用的場合,還需要實現關於網路拓撲、自組織、路由選擇、能耗節 約、錯誤處理、可靠性保證等一系列的演算法與設計。對於一些簡單的應用可以使用單一循環邏輯的軟體來完成。而一些復雜性較高的應用場景就有必要使用針對無線感測器網路特點的嵌入式操作系統。。
2.4 無線感測器網路主要特點 1．自組織網路
在無線感測器網路應用中，通常情況下感測器節點被放置在沒有基礎設備的地方。感測器節點的位置不能預先精確設定。節點之間的相互鄰居關系也不能預先知道，如通過飛機撒播大量感測器節點在面積廣大的原始森林中，或隨意放置到人不可到達或危險的區域。這樣就要求感測器節點具有自組織的能力，能夠自動進行配置和管理，通過拓撲控制機制和網路協議自動形成轉發監測數據的多跳無線網路系統。在無線感測器網路使用過程中，部分感測器節點由於能量耗盡或環境因素造成失效，也有一些感測器節點為了彌補失效節點、增加監測精度而補充到網路中，這樣在無線感測器網路中的節點個數就動態的增加或減少，從而使網路的拓撲結構隨之動態變化。無線感測器網路的自組織性要能夠適應這種網路拓撲結構的動態變化。
2．多跳路由
網路中節點通信距離有限，一般在幾十到幾百米范圍內，節點只能與它的鄰居直接通信。如果希望與其射頻覆蓋范圍之外的節點進行通信，則需要通過中間節點進行路由。擬定網路的多跳路由使用網關和路由器來實現，而無線感測器網路中的多跳路由是由普通網路節點完成的，沒有專門的路由設備。這樣每個節點既可以是信息的發起者，也可以是信息的轉發者。
3．動態網路拓撲
無線感測器網路是一個動態的網路，節點可以隨處移動；一個節點可能會因為電池能量耗盡或其他故障，退出網路運行；一個節點也可能由於工作的需要而被添加到網路中。在某些特殊的應用中，無線感測器網路是移動的，感測器節點可能會因能量消耗完或其他故障而終止工作，這些因素都會使網路拓撲發生變化。
4.以數據為中心的網路
感測器網路是一個任務型的網路，脫離感測器網路談論感測器節點沒有任何意義。感測器網路中的節點採用編號標識，節點編號是否需要全網唯一取決於網路通信協議的設計。由於感測器節點隨機部署，構成的感測器與節點編號之間的關系是完全動態的，表現為節點編號與節點位置沒有必然聯系。用戶使用感測器網路查詢事件時，直接將所關心的事件通告給網路，而不是通告給某個確定編號的節點。網路在獲得指定事件的信息後匯報給用戶。這種以數據本身作為查詢或者傳輸線索的思想更接近於自然語言交流的習慣。所以通常說感測器是一個以數據為中心的網路。
2.5 無線感測器網路的發展現狀
早在上世紀70年代，就出現了將傳統感測器採用點對點傳輸、連接感測控制器而構成感測器網路雛形，我們把它歸之為第一代感測器網路。隨著相關學科的不斷發展和進步，感測器網路同時還具有了獲取多種信息信號的綜合處理能力，並通過與感測控制器的相聯，組成了有信息綜合和處理能力的感測器網路，這是第二代感測器網路。而從上世紀末開始，現場匯流排技術開始應用於感測器網路，人們用其組建智能化感測器網路，大量多功能感測器被運用，並使用無線技術連接，無線感測器網路逐漸形成。
近年來,無線通信技術和微電子技術的不斷進步,大大地推動了無線感測器網路的迅猛發展。無線感測器網路是任意部署在一定地理范圍內的大量體積微小的感測器節點所組成的自組織網路。這些微小的節點具有數據採集，信號處理和無線通信等功能，彼此通過無線通信，相互協調形成一個智能的感測網路。無線感測器網路通過節點的數據採集和傳輸，可以在任何時間，任何地點獲取對象的信息，對環境的變化具有很強的魯棒性。因此，通過合理的節點部署和網路設計，無線感測器網路能夠在危險，惡劣的環境中執行任務，比如敵方軍事報偵察。但是，由於節點本身設計製造成本低，體積微小的特點，單個節點只能攜帶有限的能量，進行簡單的局部信號處理及短距離的無線通信。因此，如何設計高效的分布式信號處理演算法以降低網路中能量和帶寬的消耗已成為當前無線感測器網路研究的熱點問題之一。
3 無線感測器網路的關鍵技術
無線感測器網路作為當今信息領域新的研究熱點，有非常多的關鍵技術有待發現和研究。而功耗和安全問題對於無線感測器網路來說，是兩個最重要的性能指標，所以WSN的關鍵技術必然以降低網路功耗和確保網路安全為主線。下面介紹網路拓撲控制、數據融合等部分關鍵技術。
3.1網路拓撲控制
對於自組織的感測器網路而言，網路拓撲控制具有特別重要的意義。通過拓撲控制自動生成的良好的網路拓撲結構，能夠提高路由協議和MAC協議的效率，可為數據融合、目標定位等很多方面奠定基礎，有利於節省節點的能量來延長網路的生存期。所以，拓撲控制是WSN研究的核心技術之一。WSN拓撲控制目前主要研究的問題是在滿足網路覆蓋度和連通度的前提下，通過功率控制和骨幹網節點選擇，剔除節點之間不必要的無線通信鏈路，生成一個高效的數據轉發的網路拓撲結構。拓撲控制分為節點功率控制和層次型拓撲結構控制兩個方面。功率控制機制調節網路中每個節點的發射功率，在滿足網路連通度的前提下，減少節點的發送功率，均衡節點單跳可達的鄰居數目；目前已經提出了以鄰居節點度為參考依據的演算法，以及利用鄰近圖思想生成拓撲結構的DRNG和DLSS演算法。層次型的拓撲控制利用分簇機制，讓一些節點作為簇頭，由簇頭形成一個處理並轉發數據的骨幹網，其他非骨幹網節點可以暫時關閉通信模塊，進入休眠狀態以節省能量。
3.2 數據融合
在無線感測器網路中，節點感測器採集數據並將它發送到網路終端。但是在數據的採集和傳輸過程中，總要對採集的數據進行處理，因此存在如何對採集的數據進行處理、融合的問題。
如果完全在本地節點上處理採集的數據而只發送處理後的結果，可以降低傳輸數據的功耗，但增加了本地節點處理器的功耗；如果傳輸原始採集的數據，可以降低節點處理器的功耗但增加了節點傳輸數據的功耗。因此，如何對採集的數據進行處理與融合對降低節點能耗起到相當大的作用。通常網路中的感測器數量很多，感測器採集的數據具有一定的冗餘度，因此將多個節點採集的數據相互結合起來進行處理可以降低整個網路數據的傳輸量，有效降低系統功耗，問題是如何尋找本地節點處理與節點聯合處理的平衡點。
3.3 定位技術
位置信息是感測器節點採集數據中不可缺少的部分，沒有位置信息的監測消息通常毫無意義。為了提供有效位置信息，隨機部署的感測器節點必須能夠在布置後確定自身位置。由於感測器節點存在資源有限、隨機部署、通信易受環境干擾甚至節點失效等特點，定位機制必須滿足自組織性、健壯性、能量高效、分布式計算等要求。現有的WSN定位演算法根據定位機制的不同，可以分為基於測距的方法與不基於測距的方法兩類。基於測距的定位機制利用到達時間延遲、信號到達時差和接收信號強度來估計距離或來波方向，然後使用三邊測量法或最大似然估計等計算未知節點的位置。而不基於測距的定位機制無需距離或角度信息，或者不用直接測量這些信息，僅根據網路的連通性等信息實現節點的定位。距離無關的定位機制的定位性受環境因素的影響小，雖然定位誤差相應有所增加，但定位精度能夠滿足多數感測器網路應用的需求，是目前大家重點關注的定位機制。
3.4 無線通信技術
感測器網路需要低功耗短距離的無線通信技術。IEEE802.15.4標準是針對低速無線個人域網路的無線通信標准，把低功耗、低成本作為設計的主要目標。由於IEEE802.15.4標準的網路特徵與無線感測器網路存在很多相似之處，故很多研究機構把它作為無線感測器網路的無線通信平台。另外，超寬頻無線通信以其高速率、低功耗、抗多徑、低成本等諸多優勢，已成為室內短距離無線網路的首選方案，這為WSN的數據傳輸開辟了一種嶄新的方案。
3.5 時間同步
感測器網路中由於節能策略,節點在大部分時間是休眠的,所以要求解決通信同步問題,即通信節點雙方需要在通信時同時喚醒。另外,感測器網路是一個分布式網路,所有節點在通信上地位對等,沒有優先順序可言。所以要讓整個網路能夠工作在有效狀態,往往需要做到全網或者一定范圍內所有節點的同步,而不是通信雙方的簡單同步。
4 無線感測器網路的應用
雖然無線感測器網路的大規模商業應用，由於技術等方面的制約還有待時日，但是最近幾年，隨著計算成本的下降以及微處理器體積越來越小，已經為數不少的無線感測器網路開始投入使用。目前無線感測器網路的應用主要集中在以下領域：
4.1 環境的監測和保護
隨著人們對於環境問題的關注程度越來越高，需要採集的環境數據也越來越多，無線感測器網路的出現為隨機性研究數據的獲取提供了便利，並且還可以避免傳統數據收集方式給環境帶來的侵入式破壞。比如，英特爾研究實驗室研究人員曾經將32個小型感測器連進互聯網，以測出緬因州"大鴨島"上氣候的變化情況，用來評價一種海燕巢的條件。無線感測器網路還可以跟蹤候鳥和昆蟲的遷移，研究環境變化對農作物的影響，監測海洋、大氣和土壤的成分等。
4.2 醫療護理
無線感測器網路在醫療研究、護理領域也可以大展身手。羅徹斯特大學的科學家使用無線感測器創建了一個智能醫療房間，使用微塵來測量居住者的重要徵兆（血壓、脈搏和呼吸）、睡覺姿勢以及每天24小時的活動狀況。英特爾公司也推出了無線感測器網路的家庭護理技術，該技術是作為探討應對老齡化社會的技術項目Center for Aging Services Technologies（CAST）的一個環節開發的。該系統通過在鞋、傢具以家用電器等家中道具和設備中嵌入半導體感測器，幫助老齡人士、阿爾茨海默氏病患者以及殘障人士的家庭生活。利用無線通信將各感測器聯網可高效傳遞必要的信息從而方便接受護理，而且還可以減輕護理人員的負擔。英特爾主管預防性健康保險研究的董事EricDishman稱，"在開發家庭用護理技術方面，無線感測器網路是非常有前途的領域"。
4.3 軍事領域
由於無線感測器網路具有密集型、隨機分布的特點，使其非常適合應用於惡劣的戰場環境中，使其非常適合應用於惡劣的戰場環境中，包括偵察敵情、監控兵力、裝備和物資，判斷生物化學攻擊等多方面用途。美國國防部遠景計劃研究局已投資幾千萬美元，幫助大學進行"智能塵埃"感測器技術的研發。哈伯研究公司總裁阿爾門丁格預測：智能塵埃式感測器及有關的技術銷售將從2004年的1000萬美元增加到2010年的幾十億美元。
4.4 建築結構監測
無線感測器網路用於監測建築物的健康狀況，不僅成本低廉，而且能解決傳統監測布線復雜、線路老化、易受損壞等問題。斯坦福大學提出了基於無線感測器網路的建築物監測系統，採用基於分簇結構的兩層網路系統，感測器節點由EVK915模塊和ADXL210加速度感測器構成，分簇首節點由Proxim Rangel LAN2無線調制器和EVK915連接而成。南加州大學的一種監測建築物的無線感測器網路系統NETSHM，該系統除了監測建築物的健康狀況外，並且能夠定位出建築物受損傷的位置。
4.5 自然災害的預防
在一些容易發生泥石流、滑坡等自然災害的地方，使用無線感測網路及時、長期地對這些地方的地形變化、各種環境因素的監測，採集相關數據並進行適當的分析，當災難將要發生時，我們就可以提前發出預警報告以做好准備或採取相應措施防止它們進一步的發生。
4.6 企業、家庭監控
在企業、家庭布設無線感測網路，可以實時地監控人員的流動和環境的變化，有利於企業、家庭採取有效的安全防護措施和災難應變措施。此外，國內還出現了大量的其他領域的應用，比如無線感測網路在地下無人採煤安全監測系統的應用，無線感測網路在溫室網路信息採集分析系統中的應用。
5.存在的問題
5.1 面臨的技術難題
就目前無線感測器網路的技術水平來說，無線感測器網路正常運行並大量投入使用還面臨著許多問題：
（1）網路內通信問題
無線感測器網路內正常通信聯系中，信號可能被一些障礙物或其他電子信號干擾而受到影響，怎麼安全有效的進行通信是個有待研究的問題。
（2）成本問題
在一個無線感測器網路裡面，需要使用數量龐大的微型感測器，這樣的話成本會制約其發展。
（3）系統能量供應問題
目前主要的解決方案有：使用高能電池；降低感測功率；此外還有感測器網路的自我能量收集技術和電池無線充電技術，其中後兩者備受關注。
（4）高效的無線感測器網路結構
無線感測器網路的網路結構是組織無線感測器的成網技術，有多種形態和方式，合理的無線感測器網路可以最大限度的利用資源。在這裡面，還包括網路安全協議問題和大規模感測器網路中的節點移動性管理等諸多問題有待解決。
5.2 安全問題
感測器網路多用於軍事、商業領域，安全性是其重要的研究內容。由於感測器網路中節點隨機部署、網路拓撲的動態性以及信道的不穩定性，使傳統的安全機制無法適用。因此需要設計新型的網路安全機制，可借鑒擴頻通信、接入認證／鑒權、數據水印、數據加密等技術。目前，保證網路安全性的方法也不少。
（1）藉助特殊的無線感測器終端。採用PTD(Personal Trust Device)作為感測器網路的終端，在網路中設立認證伺服器來提供感測器需要的服務，而在PTD和伺服器之間建立認證和加密體系，只有在伺服器注冊過的PTD終端才能獲得服務，未注冊的則不能，從而保證系統安全。通常，這種系統用在家庭環境中.
（2）採用安全罩(Secure Overlay)。採用一種稱為SCANv2(Secure Content Addressable Network Version 2)安全內容網路定址的安全罩，來實現無線感測器網路的安全。SCANv2其實是在蓋在實際網路層上的一個虛擬結構，通過採用Hash函數，把實際網路中的節點映射到這個罩空間之上，某一區域或某種功能的節點在罩空間的某一個共同的特定位置。用戶在從網路中獲取服務時，需要通過相應的安全認證進入罩空間，再進一步通過加密解密過程從這個映射空間進入實際網路中獲得所需服務。
6 結束語
無線感測器網路是一種新的信息獲取和處理技術，在特殊領域，它有著傳統技術不可比擬的優勢，人們對它的研究尚處於起步階段。無線感測器網路有著十分廣泛的應用前景，它不僅在工業、農業、軍事、環境、醫療等傳統領域有具有巨大的運用價值，在未來還將在許多新興領域體現其優越性，如家用、保健、交通等領域。我們可以大膽的預見，將來無線感測器網路將無處不在，將完全融入我們的生活。比如微型感測器網路最終可能將家用電器、個人電腦和其他日常用品同互聯網相連，實現遠距離跟蹤，家庭採用無線感測器網路負責安全調控、節電等，其應用可以涉及到人類日常生活和社會生產活動的所有領域。對這些網路的進一步研究，將滿足中國未來高技術民用和軍事發展的需要，不僅具有重要的社會和經濟意義，也具有十分重要的戰略意義。
但是，我們還應該清楚的認識到，無線感測器網路才剛剛開始發展，它的技術、應用都還還遠談不上成熟，國內企業應該抓住商機，加大投入力度，推動整個行業的發展。
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