【正文】 本科生畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 題 目： 基于 OPNET的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò) 路由仿真與研究 目 錄 摘 要 ...................................................... I Abstract .................................................. II 引 言 ...................................................... 1 第一章 緒 論 ............................................... 2 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò) .................................................... 2 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)基本概念 ...................................... 2 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn) .......................................... 2 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)組成結(jié)構(gòu) ...................................... 3 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧 ........................................ 5 OPNET 簡(jiǎn)介 ......................................................... 7 OPNET Modeler 的主要特性 .................................... 7 OPNET 的安裝 ................................................ 8 OPNET 仿真 .................................................. 9 第二章 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由研究 .............................. 11 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由概述 ........................................... 11 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究 ....................................... 11 廣播式路由協(xié)議 ............................................. 12 坐標(biāo)式路由協(xié)議 ............................................ 14 分簇式路由協(xié)議 ............................................. 14 QoS 路由協(xié)議 ............................................... 15 比較與分析 ................................................. 16 第三章 基于 OPNET 的無(wú)線(xiàn)傳感器路由仿真 ....................... 18 定向擴(kuò)散路由仿真與分析 .......................................... 18 定向擴(kuò)散（ DirectedDiffusion）路由模式分析 .................. 18 運(yùn)行仿真 ................................................... 19 結(jié)果分析 ................................................... 24 QoS 路由仿真與分析 .............................................. 25 QoS 路由策略分析 ........................................... 25 基于定向擴(kuò)散路由的 QoS 路由擴(kuò)展 ............................. 26 分簇路由仿真與分析 ............................................... 30 LEACH 協(xié)議簡(jiǎn)介 ............................................. 30 LEACH 協(xié)議算法分析 ......................................... 31 LEACH 協(xié)議的仿真 ........................................... 32 結(jié)果分析 ................................................... 34 第四章 結(jié)論與展望 ......................................... 36 結(jié)論 ......................................................... 36 展望 ......................................................... 37 參考 文獻(xiàn) .................................................. 38 致 謝 ..................................................... 39 I 摘 要 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種全新的信息獲取和處理技術(shù)，其應(yīng)用前景而日益受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。由于該領(lǐng)域的研究還處于起步階段，傳感器網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)還有諸多的不足。因此，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由值得我們?nèi)ヌ剿骱退伎?。該論文以學(xué)習(xí)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)和 OPNET 為基礎(chǔ)，研究和探索無(wú)線(xiàn)傳感器路由及其發(fā) 展趨勢(shì)和研究方向。首先，通過(guò)學(xué)習(xí) OPNET 仿真平臺(tái)的使用和無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由原理，對(duì)現(xiàn)有的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由進(jìn)行分類(lèi)研究。其次，在 OPNET 上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，以無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的 DD 協(xié)議仿真為基礎(chǔ)，在 DD 協(xié)議的模式上，分別進(jìn)行 LEACH 協(xié)議的仿真和 QoS 路由改進(jìn)。通過(guò)不斷地研究對(duì)比各類(lèi)路由機(jī)制，總結(jié)仿真實(shí)驗(yàn)中 LEACH 和 QoS 的一些優(yōu)缺點(diǎn)。相比于 DD協(xié)議， LEACH 協(xié)議能夠有效地減少能量的耗損，壽命是 DD 協(xié)議的兩倍左右。 QoS 是在DD 模式上進(jìn)行改進(jìn) ,它能很好的支持不同業(yè)務(wù)的資源需求分配，可達(dá)到全網(wǎng)最優(yōu)能耗均衡， 網(wǎng)絡(luò)生存期大大提高。我們可以展望一個(gè)好的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由應(yīng)是以減少通信量、負(fù)載均衡、支持移動(dòng)性、容錯(cuò)性、組播路由、路由安全、可擴(kuò)展性、 QoS 路由、跨層協(xié)議優(yōu)化、與 IPv6 結(jié)合為發(fā)展趨勢(shì)和研究方向。 關(guān)鍵詞： 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由， OPNET， DD 協(xié)議， LEACH 協(xié)議， QoS 路由， II Abstract Wireless sensor work is a new information acquisition and processingtechnology, its application prospects increasingly attracted widespread attention inacademia and industry. As the research in this field is still in its infancy, there are many sensor work routing technology deficiencies. Therefore, the routing of wireless sensor works is worth exploring and thesis study of wireless sensor works and OPNETbased study of wireless sensor work routing, exploring trends and research directions of wireless sensor routing. First, by using wireless sensor works and its routing principles of learning OPNET simulation platform for wireless sensor work routing existing classification research. Secondly, in the OPNET simulation experiments to DD wireless sensor work protocol simulation, based on a model agreement DD, respectively LEACH routing protocol emulation and QoS continuous research and pare various types of routing mechanism, summarize some of the advantages and disadvantages of LEACH simulation and QoS. Compared to the DD protocol, LEACH protocol can effectively reduce energy consumption, and its life expectancy is about twice the DD agreement. QoS is performed on the DD model improvements, it is a good allocation of resources to support different business needs, the whole work can achieve optimal energy balance, work lifetime is greatly can envision a good wireless sensor work routing should be based on reducing traffic, load balancing, support mobility, fault tolerance, multicast routing, routing security, scalability, QoS routing, crosslayer protocol optimization, bined with IPv6 as trends and research directions. Keywords: wireless sensor work routing, OPNET, LEACH ， DD protocol, QoS routing, 基于 OPNET 的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由仿真與研究 1 引 言 近年來(lái)，隨著技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用變得范圍越來(lái)越廣。在環(huán)境監(jiān) 測(cè)、醫(yī)療、工業(yè)控制、科學(xué)研究、軍事、智能家居、智能辦公環(huán)境等方面都表現(xiàn)出巨大的前景。我們可以大膽的預(yù)見(jiàn)到，將來(lái)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)將會(huì)無(wú)處不在，將會(huì)完全融入我們的生活。可以說(shuō)，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)將是信息感知和采集的一場(chǎng)革命，是 21 世紀(jì)最重要技術(shù)之一。 總體而言，該領(lǐng)域的研究目前還處于起步階段，傳感器網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)還存在很多的不足，在很多領(lǐng)域還無(wú)法實(shí)現(xiàn)。毋庸置疑，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展?jié)摿?huì)十分巨大，也還有很多的地方需要我們?nèi)ヌ剿骱退伎肌? 本文基于 OPNET 仿真平臺(tái)，首先通過(guò)對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本原理和 OPNET 平臺(tái)操作的 學(xué)習(xí)了解；其次對(duì)現(xiàn)存的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由進(jìn)行研究分類(lèi)，并研究和對(duì)比分析了各類(lèi)路由協(xié)議的核心算法和路由機(jī)制；再次利用 OPNET 對(duì)其中典型的路由 —— DD協(xié)議、LEACH 路由協(xié)議和 QoS 路由進(jìn)行仿真模擬，同時(shí)對(duì)比其他路由協(xié)議進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，從具體的數(shù)據(jù)上探究不同路由機(jī)制優(yōu)缺點(diǎn)，從而對(duì)現(xiàn)存無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由進(jìn)行深入的研究；最后總結(jié)出無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由的一般規(guī)律、研究方向和發(fā)展趨勢(shì)。 基于 OPNET 的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由仿真與研究 2 第一章 緒 論 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò) 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)基本概念 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)，即 wireless sensor work，簡(jiǎn)稱(chēng) WSN。 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信的方式形成的一個(gè)多跳、自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)被感知對(duì)象的信息，并發(fā)送給觀察者。傳感器、感知對(duì)象和觀察者構(gòu)成無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)要素。 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)由許多個(gè)功能相同或不同的無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)組成。每一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都由數(shù)據(jù)采集模塊 (傳感器、 AID 轉(zhuǎn)換器 )、數(shù)據(jù)處理、控制模塊 (