【正文】 ，進(jìn)行改進(jìn)提高他們的性能。使可移動(dòng) sink 沿設(shè)定好的軌跡移動(dòng)，穿過整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)區(qū)域，讓所有節(jié)點(diǎn)都有較多的機(jī)會(huì)與 sink 節(jié)點(diǎn)通信，使得數(shù)據(jù)傳輸更快。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) (Wireless Sensor Networks， WSN) 就是由大量的密集部署在監(jiān)控區(qū)域的智能傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的一種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)。 1. 大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通常只需定期傳輸溫度、濕度、壓力、流量、電量等被測參數(shù)，相對而言，被測參數(shù)的數(shù)據(jù)量小，采集數(shù)據(jù)頻率較低。應(yīng)用 WSN 時(shí)，監(jiān)測區(qū)域廣、傳感器的節(jié)點(diǎn)多，且有些區(qū)域環(huán)境的地形復(fù)雜，甚至連工作人員都無法進(jìn)入，一旦安裝傳感器則很難更換，因而要求傳感器的成本低廉。 WSN 的信息獲取是靠分布在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的各個(gè)傳感器檢測到的，機(jī)會(huì)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)策略研究 第一章 概述 ____________________________________________________________________________________________ 2 如傳感器本身不可靠，則其信息的傳輸和處理是沒有任何意義的。 機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用及研究意義 由于機(jī)會(huì)傳感器網(wǎng)絡(luò)不要求網(wǎng)絡(luò)的全連通，它就更加適合各種實(shí)際的自組網(wǎng)需求。由于其具有可快速部署、自組織、隱蔽性強(qiáng)和高容錯(cuò)性的特 點(diǎn)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)對敵軍地形和兵力布防及裝備的偵察、戰(zhàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)視、定位攻擊目標(biāo)、戰(zhàn)場評估、核攻擊和生物化學(xué)攻擊的監(jiān)測以及搜索等功能。機(jī)會(huì)傳感器網(wǎng)絡(luò)可以用于檢測人體的生理數(shù)據(jù)和健康狀況，對醫(yī)院藥品進(jìn)行管理以及用于遠(yuǎn)程醫(yī)療等醫(yī)療領(lǐng)域。 4. 在家庭應(yīng)用領(lǐng)域。此外，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還可以監(jiān)測幼兒的早期教育環(huán)境，跟蹤兒童的活動(dòng)范圍，讓研究人員、父母或是老師全面地了解和指導(dǎo)兒童的學(xué)習(xí)過程。在一 些危險(xiǎn)的工作環(huán)境，如煤礦、石油鉆井、核電廠等，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可探測工作現(xiàn)場的一些重要信息。 本文研究 內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu) 針對機(jī)會(huì)傳感器網(wǎng)絡(luò)有許多熱點(diǎn)問題，本文致力于網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)從源節(jié)點(diǎn)向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的分發(fā)過程的研究，先分析兩種經(jīng)典的數(shù)據(jù)分發(fā)策略 —— 謠言傳播協(xié)議和定向傳播協(xié)議，再提出一種新的數(shù)據(jù)分發(fā)策略，與前兩種進(jìn)行比較，證明新的策略在時(shí)間及能量方面都更加高效。闡述他們的基本思想，分析他們各自的性能，總結(jié)優(yōu)缺點(diǎn)后找到他們的適用情況，再給出實(shí)現(xiàn)兩個(gè)協(xié)議的偽代碼。 第五章介紹畢業(yè)設(shè)計(jì)中所完成的模擬程序的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、功能、表現(xiàn)形式、最核心的代碼和實(shí) 現(xiàn)前述通信協(xié)議的算法流程圖。例如，行駛在公路上載 有智能設(shè)備的車輛形成的 車載 網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)交通事故預(yù)警和其他道路安全應(yīng)用[4]；各種配備藍(lán)牙或 wifi 接口的 手持電子設(shè)備如 mp手機(jī)等自組網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享或協(xié)作訪問互聯(lián)網(wǎng) [5]；放置在動(dòng)物身上的傳感器組成的移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)以記錄動(dòng)物的遷徙數(shù)據(jù) [6]等。 DTN 最 初 是 容 遲 網(wǎng) 絡(luò) 研 究 組 (DTNRG) 為星際網(wǎng)絡(luò)IPN(interplaary work)[8]通信而提出來的，其主要目標(biāo)是支持 具有間歇性連通、延遲大、錯(cuò)誤率高等通信特征的不同網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)和互操作，如互聯(lián) Inter 和傳感器網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)等。研究 [9]發(fā)現(xiàn)，在若干個(gè)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署的固定無線自組織網(wǎng)絡(luò)中，機(jī)會(huì)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)策略研究 第二章 機(jī)會(huì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀 ____________________________________________________________________________________________ 5 當(dāng) 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增大時(shí)，無線傳輸?shù)南嗷ジ蓴_導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)容量不斷降低，這個(gè)結(jié)果證明了靜態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)的不可擴(kuò)展性。他們又提出利用節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性和中間節(jié)點(diǎn)臨時(shí)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)分組來提高網(wǎng)絡(luò)容量。 圖 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)圖 分層的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議 類似于傳統(tǒng) Inter 網(wǎng)絡(luò)中的 TCP/IP 協(xié)議體系，它由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層組成。 DSN 采用的傳輸媒體主要有 :無線電、紅外線、光波。目前對 DSN數(shù)據(jù)鏈路層的研究集中在媒體訪問控制子層 (MAC)。 DSN 路由協(xié)議必須具備以下一些特征 :協(xié)議簡單、節(jié)能；以數(shù)據(jù)為中心，具有數(shù)據(jù)融合能力；具有可擴(kuò)展性和 健壯性傳輸協(xié)議。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳輸層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流的傳輸控制，主要通過匯聚節(jié)點(diǎn)采集網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)，并使用衛(wèi)星、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、 Inter 或者其他的鏈路與外部網(wǎng)絡(luò)通信，是保證服務(wù)質(zhì)量的重要部分。 網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái) 主要是對傳感器節(jié)點(diǎn)自身的管理以及用戶對傳感器網(wǎng)絡(luò)的管理，它包括了拓?fù)淇刂啤⒎?wù)質(zhì)量管理、能量管理、安全管理、移動(dòng)管理、網(wǎng)絡(luò) 管理等。 2. 拓?fù)淇刂啤? 3. 網(wǎng)絡(luò)管理。通信協(xié)議中的數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層都可以根據(jù)用戶的需求提供 QoS 支持。 1. 時(shí)間同步技術(shù)。 WSN 采集的數(shù)據(jù)往往需要與位置信息相結(jié)合才有意義。在 WSN 定位中，通常使用三邊測量法、三角測量法和極大似然估計(jì)法等算法計(jì)算節(jié)點(diǎn)位置。主要是傳感器管理協(xié)議，用來將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綉?yīng)用層。 機(jī)會(huì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信特征 在機(jī)會(huì)傳感器網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)大多數(shù)時(shí)候不能連通，源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間不機(jī)會(huì)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)策略研究 第二章 機(jī)會(huì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀 ____________________________________________________________________________________________ 8 存在完整的通信路徑，這時(shí)傳統(tǒng)的通信協(xié)議就 無法有效運(yùn)行，但這并不意味著無法實(shí)現(xiàn)通信。與傳統(tǒng)靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)不同，這些節(jié)點(diǎn)處于移動(dòng)狀態(tài)，在網(wǎng)絡(luò)中所在位置隨時(shí)變化，其鄰居節(jié)點(diǎn)不固定。 機(jī)會(huì)傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)分發(fā)的分類 在機(jī)會(huì)傳感器網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)分發(fā)的分類有三種。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)之間需要協(xié)作時(shí)，或者源節(jié)點(diǎn)與 sink節(jié)點(diǎn)之間不存在完整通信路徑時(shí)，由請求源節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息給需要合作的其他源節(jié)點(diǎn)，對消息數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)。只有在感興趣的事件發(fā)生時(shí)才構(gòu)建路徑，發(fā)送數(shù)據(jù)，從而減少了持續(xù) 更新路徑的費(fèi)用。只有 sink 節(jié)點(diǎn)需要查詢時(shí)，才構(gòu)建數(shù)據(jù)分發(fā)路徑，機(jī)會(huì)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)策略研究 第二章 機(jī)會(huì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀 ____________________________________________________________________________________________ 9 符合條件的源節(jié)點(diǎn)響應(yīng)查詢，并將感知數(shù)據(jù)發(fā)送給 sink 節(jié)點(diǎn)。 2. 固定源節(jié)點(diǎn)與移動(dòng) sink 節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)分發(fā)。 機(jī)會(huì)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)策略研究 第三章 典型協(xié)議分析 ____________________________________________________________________________________________ 10 ??pim ???21pm ??21第三章 典型協(xié)議分析 為解決機(jī)會(huì)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸問題，在此分析兩個(gè)典型協(xié)議 —— 謠言傳播協(xié)議和定向傳播協(xié)議。定向擴(kuò)散需要經(jīng)過查詢消息的泛洪發(fā)送和路徑增加機(jī)制才能確定一條優(yōu)化的數(shù)據(jù)傳輸路徑，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的傳輸數(shù)據(jù)量很少時(shí)，定向擴(kuò)散協(xié)議的開銷顯得太大。 最好的情況：源節(jié)點(diǎn)第一時(shí)間第一個(gè)就遇到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，則能量消耗 E=e，時(shí)間消耗 T=1。 界面顯示運(yùn)行過程。 Step4 傳輸消息給碰撞節(jié)點(diǎn)，修改其屬性 withmassage，將自身屬性 power減 1000。 定向傳播協(xié)議分析 定向傳播協(xié)議的基本思想 傳感器區(qū)域中源節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生數(shù)據(jù)信息，但該節(jié)點(diǎn)并不處在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的通信范圍內(nèi)，或者源節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間不存在完整通信路徑，在該源節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)中，對每個(gè)進(jìn)入其通信范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別，當(dāng)其遇到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)時(shí)將消息信息傳輸給目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，完成數(shù)據(jù)的分發(fā)過程。使該協(xié)議的通信效率大大降低。 一般的情況：源節(jié)點(diǎn)遇到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間期望 為 ，最后只有目標(biāo)節(jié)點(diǎn)和源節(jié)點(diǎn)帶有消息，則能量消耗 E=e，時(shí)間消耗 T= 。 Step2 碰撞檢測，是否有其他節(jié)點(diǎn)在范圍內(nèi)，是則繼續(xù)，否則跳至 Step6。 Step6 將自身屬性 power 減 1。單位時(shí)間內(nèi)的消耗量隨小，但會(huì)和時(shí)間、節(jié)點(diǎn)數(shù)量 成正比例增加。 改進(jìn)方法 a 對兩種協(xié)議進(jìn)行折中，設(shè)定數(shù) 據(jù)傳輸?shù)母怕?P 為 50%，既能使傳感器區(qū)域內(nèi)保持一定數(shù)量的節(jié)點(diǎn)帶有消息信息，又能保證消息信息遇目標(biāo)節(jié)點(diǎn)相遇的概率維持在較大的范圍內(nèi)。休眠階段時(shí)，傳感器出去 0 能耗狀態(tài)，不消耗能量，能夠有效節(jié) 省能量，延長傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命。 改進(jìn)后的協(xié)議運(yùn)行流程偽代碼（以傳感器節(jié)點(diǎn)為單位） Process improved 選擇初始化節(jié)點(diǎn)數(shù)量，選中改進(jìn)的協(xié)議，開始演示。 機(jī)會(huì)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)策略研究 第四章 數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的改進(jìn)及其理論基礎(chǔ) ____________________________________________________________________________________________ 14 ? ?? ?21ypyp ? ? ? ?? ? ? ?2211 ypxp ypxp ??)()( 21 xPxP ?1x21 xx ?21,xxtxttCxP )21()( 11 ?? txttCxP )21()( 22 ??1)1()1()( 1)21()21()()(21122121????????????????xxxtxtCCxPxPtxtttxtttxttCxP )21()( ??Step3 碰撞檢測，是否有其他節(jié)點(diǎn)在范圍 內(nèi)，是則繼續(xù)，否則跳至步驟 7。 Step7 將自身屬性 power 減 1。 2. Y 以 50%的概率加 1 或減 1。 顯然， tx? ，且有該物體移動(dòng)到 x 點(diǎn)的概率為 ， 現(xiàn)設(shè)兩個(gè)點(diǎn) ,其中 ，即 離原點(diǎn)較遠(yuǎn)。又節(jié)點(diǎn)在 x 軸和 y 軸方向的運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立， 則有 1，進(jìn)而 1。 設(shè)該鄰域是邊長為 2L 的正方形，給出時(shí)間 t，使 t 時(shí)刻節(jié)點(diǎn)處于該正方形內(nèi)的概率 P 大于給定值 p，則可求 L。 Sink 節(jié)點(diǎn)的信號覆蓋半徑為 40，則 Sink 節(jié)點(diǎn)的活動(dòng)范圍是以（ 40， 40），（ 1240,728）為對點(diǎn)的矩形區(qū)域。 機(jī)會(huì)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)策略研究 第五章 模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ____________________________________________________________________________________________ 16 第五章 模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 針對畢業(yè)設(shè)計(jì)題目要求，深入分析兩種重要的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議 —— 謠言傳播協(xié)議和定向傳播協(xié)議后，結(jié)合機(jī)會(huì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的特征，分析比較兩種協(xié)議的性能，總結(jié)兩種協(xié)議各自的適用范圍和適用情況，再根據(jù)問題的規(guī)模進(jìn)行取舍。 圖 模擬系統(tǒng)層次架構(gòu)圖 第一層為表示層，繪制圖形界面，實(shí)時(shí)更新畫面并顯示節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)、信息傳播的信息，便于直接觀察。 模擬系統(tǒng)的功能描述 整個(gè)系統(tǒng)有 4 個(gè)功能模塊，如下圖 ，其中第一個(gè)模塊為初始化模塊。 圖 模擬系統(tǒng)功能描述圖 —— 初始化 第二個(gè)功能模塊為運(yùn)行，如下圖 。選擇后系統(tǒng)開始進(jìn)行模擬。選擇第三項(xiàng)，在每個(gè)子區(qū)域內(nèi)使用 中提出的改進(jìn)后的協(xié)議。 圖 模擬系統(tǒng)功能描述圖 —— 幫助 模擬系統(tǒng)主要類和屬性 傳感器節(jié)點(diǎn) 傳感器節(jié)點(diǎn)分為 sink 節(jié)點(diǎn)、源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。 Class SensorNode //傳感器節(jié)點(diǎn)類，省略部分代碼和函數(shù) { private: Int number。 //傳感器通信半徑 int withmessage。 //傳感器剩余能量 int xv。 用于管理的全局變量 有些變量如“節(jié)點(diǎn)總數(shù)”、“能量總消耗”等不屬于單獨(dú)節(jié)點(diǎn)屬性，但又需記錄保存一邊系統(tǒng)使用的變量，定義為全局變量。 //節(jié)點(diǎn)總數(shù) int timeCost。 //試驗(yàn)次數(shù)編號 節(jié)點(diǎn)隨機(jī)移動(dòng)的 move 函數(shù) 每次節(jié)點(diǎn)進(jìn)行隨機(jī)移動(dòng)時(shí)調(diào)用該函數(shù)。 機(jī)會(huì)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)策略研究 第五章 模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ____________________________________________________________________________________________ 20 int y = nodesArray[i].GetY()。 y = y + yv。 nodesArray[i].SetY(nodesArray[i].GetY()+nodesArray[i].GetYv())。 }else{ nodesArray[i].SetYv(1)。 模擬系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集和分析機(jī)制 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，由系統(tǒng)管理類的實(shí)例記錄并處理每個(gè)節(jié)點(diǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)記錄時(shí)間消耗和能量消耗信息，當(dāng)系統(tǒng)演示結(jié)束時(shí)，