智能楼宇模拟量监测之无线传感器网络及拓扑管控
第一章 绪论
引言
随着个人计算机、计算机网络的普及，因特网对人们生活方式的影
响越来越巨大，并将继续在未来的各领域持续发挥其影响力。集成了传感
器技术、微机电系统（MEMS）技术、无线通信技术和分布式信息处理技术
的无线传感器网络是因特网从虚拟世界到物理世界的延伸。因特网改变了
人与人之间交流、沟通的方式，而无线传感器网络将逻辑上的信息世界与
真实物理世界融合在一起，将改变人与自然交互的方式。2003年 2 月，
美国《技术评论》杂志论述对人类未来生活产生深远影响的十大新兴技
木，无线传感器网络被列为第一项未来新兴技术。同年，美国《商业周
刊》未来技术专版，论述四大新技术时，无线传感器网络也列入其中。美
国《今日防务》杂志更认为无线传感器网络的应用和发展，将引起一场划
时代的军事技术革命和未来战争的变革。2004年《IEEE Spectrum》杂志
发表一期专集：传感器的国度，论述无线传感器网络的发展和可能的广泛
应用。可以说，无线传感器网络(WSN: Wireless Sensor Network)是继
Internet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
[1]。
无线传感器网络的应用领域
..........
国内外对无线传感器网络的研究和发展
...............
论文的组织结构
论文的章节内容安排如下：第一章为绪论，主要介绍了无线传感器
网络的发展概况，应用领域及前景以第二章分析了无线传感器网络的体系
结构，特点及关键技术。第三章介绍了面向智能楼宇模拟量监测的无线传
感器网络系统的总体设计。第四章首先总结了现有的拓扑控制算法，并分
析了不能用于智能楼宇应用环境的原因，然后详细研究了基于智能楼宇模
拟量监测的三维网络的覆盖性和连通性并提出一种拓扑控制算法，讨论了
网络的生命周期，最后在应用环境中进行了仿真。第五章对本论文的研究
工作做了总结，并对后续研究方向作了展望。
第二章 无线传感器网络概述
无线传感器网络体系结构
...............
无线传感器网络的特点
..................
无线传感器网络的关键技术及问题
传感器网络获得的数据包括两种：静态数据和动态数据。传感器网
络采用传感器网络数据管理系统实现对数据的管理。传感器网络数据管理
系统尽可能在传感器网络内部进行处理数据，从而极大地减少能源消耗，
延长整个网络的生存期。传感器网络数据管理的特点：
1）传感器节点随时都有可能失效，网络层只能够提供非常有限的服
务质量保证，每个传感器节点都只有非常有限的存储容量、计算能力和电
池能量。
2）每个传感器节点产生的是连续的无线数据流。
3）传感器节点产生的测量值多数具有误差。
4）传感器节点能量有限。
5）传感器网络数据管理主要处理两类查询：持续查询（用户在指定
的时间范围内持续不断的监测传感器网络的状态。）和快照查询（查询传
感器当前的状态。）
6）传感器网络数据管理需要能源有效的网络内分布式数据处理算
法，以实现高效的查询处理和数据管理。
...............
第三章 智能楼宇模拟量监测的无线传感器网络系统总体设
计...............14
系统的总体层次架构
............................................ 14
应用环境介
绍.................................................. 15
硬件总体结
构.................................................. 16
网络协议架构设
计.............................................. 17
第四章 智能楼宇模拟量监测的三维无线传感器网络的拓扑控
制.............22
现有的无线传感器网络的拓扑控制算
法............................ 23
三维网络的覆盖性和连通
性...................................... 30
三维传感器网络的拓扑控制和生命周
期........................... 42
仿真结
果...................................................... 54
第四章 智能楼宇模拟量监测的三维无线传感器网络的拓扑控制
现有的无线传感器网络的拓扑控制算法
由于与传统 ad hoc网络的种种区别（本文在 章节中有详细阐
述），传统的针对 ad hoc 网络的拓扑控制的协议与算法不能很好的适用
于 WSN。传感器网络拓扑控制主要研究的问题是:在满足网络覆盖度和连
通度的前提下，通过功率控制和骨干网节点选择，剔除节点之间不必要的
通信链路，形成一个数据转发的优化网络结构。当前,拓扑控制的研究主
要以最大限度地延长网络的生命期作为设计目标,具体地讲，传感器网络
中的拓扑控制按照研究方向可以分为两类:节点功率控制和层次性拓扑结
构组织[15]。功率控制机制调节网络中每个节点的发射功率，在满足网络
连通度的前提下，均衡节点的单跳可达邻居数目。层次性拓扑控制利用分
簇机制，让一些节点作为簇首节点，形成一个处理并转发数据的骨干网，
其他非骨干网节点可以暂时关闭通信模块，进入休眠状态以节省能量。
.........
第五章 总结与展望
本论文研究总结
本文针对室内无线传感器网络系统的智能楼宇温度监测应用这一设
计背景，首先介绍了传统无线传感器网络的发展概况及现状，然后分析了
无线传感器网络的体系结构与特点及其对无线传感器网络技术的挑战，接
着本文提出了面向智能楼宇模拟量监测的无线传感器网络系统总体设计，
介绍了一种总体层次架构，接下来介绍了硬件设计和网络协议架构设计，
然后本文以这一应用环境为背景对三维无线传感器网络的覆盖率，连通
性，拓扑控制算法和网络的生命周期等问题做了详细的研究及仿真。
...........
参考文献（略）
