单跳无线传感器网络中系统设计相关问题
SYSTEM DESIGN ISSUES IN SINGLE-HOP WIRELESS SENSOR NETWORKS
Sunayana Saha and Peter Bajcsy
单兵导弹National Center for Supercomputing Applications (NCSA)
University of Illinois at Urbana-Champaign, Illinois, USA河南省社保
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摘要
带着最大化信息内容和最小化信息丢失这两目的，在本文中我们提出一种对无线传感器网络优化的研究。信息内容有以下几方面组成：（a）参考时间点，（b）每一个传感器感知数据的时间戳，（c）原始传感器感知数据,（d）转化为工程单位的校准数据。传感器网络中信息的丢失是使用传感器感知数据的数量来衡量的，并且用来作为衡量丢失数据的感知数据必学是有网络中某节点对另外节点所请求而不能到达的数据。这里我们将对Crossbow公司的MTS-101CA Mica传感器节点进行描述，并且基于它对之前所说的那两个目标进行优化。与其他许多这方面研究的努力相比，我们主要集中对连续对周围环境进行
感知和连续传输数据给基站的传感器网络进行研究。这样我们研究的网络就固有地产生大量的通信量，但是这个可以应用于对危险环境连续变量的监控。
关键词
无线通信，传感器网络系统设计。
1.引言
任何需要连续感知，处理和对周围环境（如温度，亮度，运动，声音等）的应用都可以开发灵巧的微型电机系统传感器，传感器数据可加以分析，使智能推论有关环境在许多应用中，包括监测战场，生境监测[ 1 ]有趣的鸟类和动物，结构材料的健康监测[ 2 ] ，抗震结构设计，和家居安全或家中功率消耗控制。
虽然最近的MEMS传感器技术创新呈现出显着的承诺，在许多应用领域，它也暴露了若干技术限制，必须加以改善。简单来说，限制包括记忆和能源的限制，广播范围内，可用的处理能力（ CPU ）的，传输速率，同步困难和鲁棒性方面的无线信息的损失。许多这些技术上的限制，是可以克服的，由优化无线传感器网络的设计。
之前，利用智能传感器，微机电系统在任何应用程式， 1 ，需要解决许多系统的设计问题，如，（一）
决定什么是最有效的机制，接收信息，从无线传感器网络，（二）同步所有传感器，（三）指定的时间邮票每一个传感器读和（ d ）评价的应用环境方面的数目部署传感器，它们的空间安排和干扰，从其他无线设备。本文介绍了一优化研究这四个系统设计问题这两个目标最大化的信息内容（同步和时间邮票），以及尽量避免系统的无线信息损失（数据采集机制和传感器的安排）。小说的贡献，这方面的工作，在于（一）调查多传感器的数据收集机制及（ b ）优化多传感器网络设计问题基于上述设计目标。
该文件的结构如下：我们概述传感器网络系统设计问题，在第2和讨论相关的工作在第3 。第4节描述了传感器网络硬件，其次是所提议的解决方案数据的收集，同步和数据进行的评估损失在第5 。第6条中介绍了实验结果与分析。在第7条中，我们得出结论和清单的好处和限制，我们的研究
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2.传感器网络系统设计
我们设想，许多应用将使用这些基于MEMS的传感器传感器'不断'的意识室内环境。这不同于其他大多数传感器的应用传感器被置于户外和数据是后天只在特定条件下一样，当一个有趣的事件发生或提示时，由用户。一个简单的应用需要连续传感可以，例如，监测和检测，逐步改变在氛围条件的过程中，一些实验在实验室里。连续传感也可以须在室内危害检测系统的地方
环境必须不断地感受到，和反馈给人类督察。这种监测系统将需要意识，环境不断和发送数据，定期
向基地台。在我们调查的影响因素有效的数据收集在这样一个室内设置不断遥感传感器网络
基于MEMS的传感器运作，对有限的电力供应所提供的电池。因此，一必须设法制定能源效率传感器网络业务。它已发现，在大多数传感器网络，通信权力是一个重要的组成部分，总功率消耗。数据损失，通过碰撞和无用的传输意味着丧失宝贵的能源。我们尝试比较不同的设计方案通过评估数据丢失在每个。最好的设计是一个招致了至少有数据丢失
在这方面的工作，我们建议，评估和优化（ 1 ）简单的单跳网络安装不断传感
传感器，（ 2 ）的一种方法同步使用'重'的广播信号，（ 3 ）时间戳记技术使用CPU时钟计数器和'重' 信号，（ 4 ）两个机制，收集传感器读数（ ' autond '和'查询'的数据收集计划），（ 5 ）几个空间传感器的安排，所取得的不同（一）有多少传感器（二）几何安排; 提供量化的结果为无线智能基于MEMS的传感器系统的设计与最小信息损失。我们还确定的数据量，失去了应有的干预其他常用的无线设备。
虽然有很多的工作同步问题和沟通问题，在多跳无线网络[ 3 ] ， [ 4 ] ， [ 5 ] ，[ 6 ] ， [ 7 ] ，我们已进行我们的研究与单跳网，以了解那么复杂的网络。定量结果我们的研究可以被看作是下界的信息亏损为更复杂的多跳网络
3.相关工作团体活动
传感器网络中，像任何其他即将举行的领域，有许多有趣的挑战，并已总理的焦点，许多研究者。了大量的工作，已经做了对传输协议为介质访问控制（ MAC ）的[ 8 ] ， [ 9 ] ， [ 10 ]考虑到限制特定的传感器网络。不过，而非的MAC协议，我们更关注的数据在通信协议的应用水平和假定一个合理的MAC层是已经到位，在在较低的水平。想法一样， '数据聚集[ 6 ]和'定向扩散' [ 7 ]是小说范式效率和能源知道，数据通信，并应用于多跳网络。在一个单跳网络如一个，我们已聚集的数据是不是必需的。每个节点传输数据独立，向中央处理和测井单位，无需复杂的逻辑就聚集传感器节点。目的我们的研究是测量的数据量，失去了在'一单跳，不断遥感和转递网络' ，在室内环境。因此，我们的传感器网络在本质上产生的交通非常繁忙。
查克靠近我们还没有碰到类似的研究，以我们认为，将解决系统设计问题，根据交通繁忙。
我们并没有阐述了一些设计问题一样，时间同步，在深度，因为许多研究人员已经花了不少的努力，关于这一主题的[ 3 ] 。
4.传感器网络硬件7月30号是什么星座
为我们的实验中，我们使用的MTS - 101ca云母传感器提供的十字公司[ 11 ] 。这些传感器编程tinyos [ 12 ] ，一个开放的源代码作业系统开发的研究人员在加州大学伯克利分校，并积极支持由一个大的社区用户。每个传感器装有符合下列（ 1 ）热敏电阻和照片传感器，（ 2 ） 4兆赫atmega一百二十八升
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处理器，（ 3 ） 128 K字节的Flash ，面积字节SRAM 和面积字节的EEPROM ，（ 4 ） 916mhz 无线电收发器与数据速率最高的40kbits/c ，及（ 5 ）重视机管局（ 2 ）电池组
泥猛鱼图片5.实验结果分析
我们会先分析两个数据收集计划单独对越来越多的节点和三传感器节点的空间安排，我们所说的上面的。实验，以测试的干扰与其他无线设备只进行了最佳的数据收集计划。所有传感器节点提供全新的电池在开始实验，从而有类似的电池电量。这是很重要的一提，作为电池电量决定的力量数据传输和接待。
图表在图1显示的百分比读失去了作为一个功能越来越多的motes为每个上述三个mote空间的安排， ' autond ' '查询'计划，收集数据
我们注意到，在一般情况，在所有的网络空间安排，百分比读数，失去了增加人数motes 增加。增加在该百分比的读数是逐步失去了在开始时，但尖峰大幅我们继续的数目增加motes 。这是因为，传输次数增加线性的数目motes 。那个百分比读迷失在'查询'计划是至少10 ％，高于读迷失在' autond '计划。由于节点数量的增加，损失在'查询' 计划拍摄约50 ％，而那些在' autond逗留15 ％左右。因此，这是很明显，在条款规定有多少读败诉， ' autond '计划是远远优越的'查询'计划。
碰撞或初始启动稳定。然而，在'查询'计划，除了读，失去了应有的碰撞并初步稳定，还有其他的潜在原因可造成大量的阅读损失。例如，假设的情况下，在'查询'计划如果一个节点有一个数据包所需数量的读准备，但还没有受到质疑，由基地站。既然我们已有限，存储的数据量在当地阵列的一个节点，以10的读数只有中，在明年定时器的间隔，即使是有读要储存，这是下跌。读数下降，直到这mote 是质疑和当地阵列设置为空白。那个更多的数目motes ，时间越长，尤其是mote 将要等待之前，这是质疑，因此，越来越更多的读数将被删除。这将是一个问题在任何'查询'计划的经营在连续传感应用，除非我们删除限制对存储的数据量就一mote 。另一个问题是'查询'计划时，就会发生基地站查询一个节点时，它才刚刚开始充填其本地阵列。这个节点将不会有10个读数，在300毫秒，其中基地站等待，前它的另一个疑问mote 。在这种情况下，这个节点将发送包后，当是有10个读，增加一撞机事
件的可能性与另一mote的传输。另一个问题，具体到'查询'计划是，如果一节点模具列于两者之间。自节点质疑，在一个循环赛的方式，传输插槽死亡节点云浪费。不仅如此，在这个时候其他motes 五月开始松动读太多。这样的失败没有影响对' autond '计划，但不利的影响'查询'计划。其中一个可能，不知为何数据丢失在' autond ' 计划是不是百分之一百，自节点是同步的，在一开始，并会发送一包10读同时，每一秒。这可能是记有关的CSMA [ 13 ] ， [ 14 ] ，一个中等存取控制（ MAC ）议定书，这是实施在较低级别的tinyos ，并负责传送的安全性。它也可以由于损失同步之间的传感器节点（先前所述）。我们得出的结论的基础上，实验结果表明' autond '计划是优于'查询'计划。
6.结论
在这项研究中我们已讨论了很多设计问题关注的一个传感器的应用。我们曾尝试评估不同的传感
器网络设置估算的成效。我们进行的实验和分析的结果，找到最好的方法来部署传感器以及收集数据，从他们在一个单跳室内传感器网络。两国之间的数据收集技术-' a utond' 和'查询' ， ' autond '了较轻的数据损失。与'查询'计划有一定会有损失，除非基地站和传感器节点是完全同步，节点不失败，在两者之间。 1 应用程序需要不断的监测和传感该环境将需要的数据传输不断向基地站，以避免记忆体短缺对传感器。根据我们的实验，例如一应用的设计应该使用' autond ' 计划，以便收集数据。我们的实验也帮助我们实现的潜在可能出现的问题由于在场的其他装置，可以干预传感器网络的
广播电台播送。本研究探讨MEMS的智能网络系统设计问题。这项研究的结果将指导我们的未来的应用设计，并帮助兴建更多强大的无线传感器网络
