【正文】 ，進行改進提高他們的性能。使可移動 sink 沿設定好的軌跡移動，穿過整個傳感器節(jié)點區(qū)域，讓所有節(jié)點都有較多的機會與 sink 節(jié)點通信，使得數(shù)據(jù)傳輸更快。 無線傳感器網(wǎng)絡 (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)點構成的一種網(wǎng)絡應用系統(tǒng)。 1. 大規(guī)模網(wǎng)絡。傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，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。應用 WSN 時，監(jiān)測區(qū)域廣、傳感器的節(jié)點多，且有些區(qū)域環(huán)境的地形復雜，甚至連工作人員都無法進入，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)域內的各個傳感器檢測到的，機會傳感器網(wǎng)絡數(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。 機會網(wǎng)絡的應用及研究意義 由于機會傳感器網(wǎng)絡不要求網(wǎng)絡的全連通，它就更加適合各種實際的自組網(wǎng)需求。由于其具有可快速部署、自組織、隱蔽性強和高容錯性的特 點，因此能夠實現(xiàn)對敵軍地形和兵力布防及裝備的偵察、戰(zhàn)場的實時監(jiān)視、定位攻擊目標、戰(zhàn)場評估、核攻擊和生物化學攻擊的監(jiān)測以及搜索等功能。機會傳感器網(wǎng)絡可以用于檢測人體的生理數(shù)據(jù)和健康狀況，對醫(yī)院藥品進行管理以及用于遠程醫(yī)療等醫(yī)療領域。 4. 在家庭應用領域。此外，利用無線傳感器網(wǎng)絡還可以監(jiān)測幼兒的早期教育環(huán)境，跟蹤兒童的活動范圍，讓研究人員、父母或是老師全面地了解和指導兒童的學習過程。在一 些危險的工作環(huán)境，如煤礦、石油鉆井、核電廠等，利用無線傳感器網(wǎng)絡可探測工作現(xiàn)場的一些重要信息。 本文研究 內容及組織結構 針對機會傳感器網(wǎng)絡有許多熱點問題，本文致力于網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)從源節(jié)點向目標節(jié)點的分發(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，與前兩種進行比較，證明新的策略在時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，總結優(yōu)缺點后找到他們的適用情況，再給出實現(xiàn)兩個協(xié)議的偽代碼。 第五章介紹畢業(yè)設計中所完成的模擬程序的設計結構、功能、表現(xiàn)形式、最核心的代碼和實 現(xiàn)前述通信協(xié)議的算法流程圖。例如，行駛在公路上載 有智能設備的車輛形成的 車載 網(wǎng)絡，實現(xiàn)交通事故預警和其他道路安全應用[4]；各種配備藍牙或 wifi 接口的 手持電子設備如 mp手機等自組網(wǎng)絡以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享或協(xié)作訪問互聯(lián)網(wǎng) [5]；放置在動物身上的傳感器組成的移動傳感器網(wǎng)絡以記錄動物的遷徙數(shù)據(jù) [6]等。 DTN 最 初 是 容 遲 網(wǎng) 絡 研 究 組 (DTNRG) 為星際網(wǎng)絡IPN(interplaary work)[8]通信而提出來的，其主要目標是支持 具有間歇性連通、延遲大、錯誤率高等通信特征的不同網(wǎng)絡的互聯(lián)和互操作，如互聯(lián) Inter 和傳感器網(wǎng)絡、移動自組織網(wǎng)絡等。研究 [9]發(fā)現(xiàn)，在若干個節(jié)點隨機部署的固定無線自組織網(wǎng)絡中，機會傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)分發(fā)策略研究 第二章 機會傳感器網(wǎng)絡的研究現(xiàn)狀 ____________________________________________________________________________________________ 5 當 網(wǎng)絡規(guī)模增大時，無線傳輸?shù)南嗷ジ蓴_導致網(wǎng)絡容量不斷降低，這個結果證明了靜態(tài)自組織網(wǎng)絡的不可擴展性。他們又提出利用節(jié)點移動性和中間節(jié)點臨時存儲轉發(fā)分組來提高網(wǎng)絡容量。 圖 無線傳感器網(wǎng)絡體系結構圖 分層的網(wǎng)絡通信協(xié)議 類似于傳統(tǒng) Inter 網(wǎng)絡中的 TCP/IP 協(xié)議體系，它由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層和應用層組成。 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；具有可擴展性和 健壯性傳輸協(xié)議。無線傳感器網(wǎng)絡的傳輸層負責數(shù)據(jù)流的傳輸控制，主要通過匯聚節(jié)點采集網(wǎng)絡內的數(shù)據(jù)，并使用衛(wèi)星、移動通信網(wǎng)絡、 Inter 或者其他的鏈路與外部網(wǎng)絡通信，是保證服務質量的重要部分。 網(wǎng)絡管理平臺 主要是對傳感器節(jié)點自身的管理以及用戶對傳感器網(wǎng)絡的管理，它包括了拓撲控制、服務質量管理、能量管理、安全管理、移動管理、網(wǎng)絡 管理等。 2. 拓撲控制。 3. 網(wǎng)絡管理。通信協(xié)議中的數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層和傳輸層都可以根據(jù)用戶的需求提供 QoS 支持。 1. 時間同步技術。 WSN 采集的數(shù)據(jù)往往需要與位置信息相結合才有意義。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法等算法計算節(jié)點位置。主要是傳感器管理協(xié)議，用來將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綉脤印? 機會傳感器網(wǎng)絡的通信特征 在機會傳感器網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡大多數(shù)時候不能連通，源節(jié)點和目標節(jié)點之間不機會傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)分發(fā)策略研究 第二章 機會傳感器網(wǎng)絡的研究現(xiàn)狀 ____________________________________________________________________________________________ 8 存在完整的通信路徑，這時傳統(tǒng)的通信協(xié)議就 無法有效運行，但這并不意味著無法實現(xiàn)通信。與傳統(tǒng)靜態(tài)網(wǎng)絡不同，這些節(jié)點處于移動狀態(tài)，在網(wǎng)絡中所在位置隨時變化，其鄰居節(jié)點不固定。 機會傳感器網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)分發(fā)的分類 在機會傳感器網(wǎng)絡中，數(shù)據(jù)分發(fā)的分類有三種。當源節(jié)點之間需要協(xié)作時，或者源節(jié)點與 sink節(jié)點之間不存在完整通信路徑時，由請求源節(jié)點發(fā)送消息給需要合作的其他源節(jié)點，對消息數(shù)據(jù)進行存儲和轉發(fā)。只有在感興趣的事件發(fā)生時才構建路徑，發(fā)送數(shù)據(jù)，從而減少了持續(xù) 更新路徑的費用。只有 sink 節(jié)點需要查詢時，才構建數(shù)據(jù)分發(fā)路徑，機會傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)分發(fā)策略研究 第二章 機會傳感器網(wǎng)絡的研究現(xiàn)狀 ____________________________________________________________________________________________ 9 符合條件的源節(jié)點響應查詢，并將感知數(shù)據(jù)發(fā)送給 sink 節(jié)點。 2. 固定源節(jié)點與移動 sink 節(jié)點間的數(shù)據(jù)分發(fā)。 機會傳感器網(wǎng)絡數(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 為解決機會傳感器網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)傳輸問題，在此分析兩個典型協(xié)議 —— 謠言傳播協(xié)議和定向傳播協(xié)議。定向擴散需要經(jīng)過查詢消息的泛洪發(fā)送和路徑增加機制才能確定一條優(yōu)化的數(shù)據(jù)傳輸路徑，當網(wǎng)絡的傳輸數(shù)據(jù)量很少時，定向擴散協(xié)議的開銷顯得太大。 最好的情況：源節(jié)點第一時間第一個就遇到目標節(jié)點，則能量消耗 E=e，時間消耗 T=1。 界面顯示運行過程。 Step4 傳輸消息給碰撞節(jié)點，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)點產(chǎn)生數(shù)據(jù)信息，但該節(jié)點并不處在目標節(jié)點的通信范圍內，或者源節(jié)點與目標節(jié)點之間不存在完整通信路徑，在該源節(jié)點的隨機運動中，對每個進入其通信范圍內的節(jié)點進行識別，當其遇到目標節(jié)點時將消息信息傳輸給目標節(jié)點，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)點遇到目標節(jié)點的時間期望 為 ，最后只有目標節(jié)點和源節(jié)點帶有消息，則能量消耗 E=e，時間消耗 T= 。 Step2 碰撞檢測，是否有其他節(jié)點在范圍內，是則繼續(xù)，否則跳至 Step6。 Step6 將自身屬性 power 減 1。單位時間內的消耗量隨小，但會和時間、節(jié)點數(shù)量 成正比例增加。 改進方法 a 對兩種協(xié)議進行折中，設定數(shù) 據(jù)傳輸?shù)母怕?P 為 50%，既能使傳感器區(qū)域內保持一定數(shù)量的節(jié)點帶有消息信息，又能保證消息信息遇目標節(jié)點相遇的概率維持在較大的范圍內。休眠階段時，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)絡壽命。 改進后的協(xié)議運行流程偽代碼（以傳感器節(jié)點為單位） Process improved 選擇初始化節(jié)點數(shù)量，選中改進的協(xié)議，開始演示。 機會傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)分發(fā)策略研究 第四章 數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的改進及其理論基礎 ____________________________________________________________________________________________ 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)點在范圍 內，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? ，且有該物體移動到 x 點的概率為 ， 現(xiàn)設兩個點 ,其中 ，即 離原點較遠。又節(jié)點在 x 軸和 y 軸方向的運動相互獨立， 則有 1，進而 1。 設該鄰域是邊長為 2L 的正方形，給出時間 t，使 t 時刻節(jié)點處于該正方形內的概率 P 大于給定值 p，則可求 L。 Sink 節(jié)點的信號覆蓋半徑為 40，則 Sink 節(jié)點的活動范圍是以（ 40， 40），（ 1240,728）為對點的矩形區(qū)域。 機會傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)分發(fā)策略研究 第五章 模擬系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) ____________________________________________________________________________________________ 16 第五章 模擬系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 針對畢業(yè)設計題目要求，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，結合機會傳感器網(wǎng)絡的特征，分析比較兩種協(xié)議的性能，總結兩種協(xié)議各自的適用范圍和適用情況，再根據(jù)問題的規(guī)模進行取舍。 圖 模擬系統(tǒng)層次架構圖 第一層為表示層，繪制圖形界面，實時更新畫面并顯示節(jié)點運動、信息傳播的信息，便于直接觀察。 模擬系統(tǒng)的功能描述 整個系統(tǒng)有 4 個功能模塊，如下圖 ，其中第一個模塊為初始化模塊。 圖 模擬系統(tǒng)功能描述圖 —— 初始化 第二個功能模塊為運行，如下圖 。選擇后系統(tǒng)開始進行模擬。選擇第三項，在每個子區(qū)域內使用 中提出的改進后的協(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 傳感器節(jié)點分為 sink 節(jié)點、源節(jié)點和目標節(jié)點。 Class SensorNode //傳感器節(jié)點類，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)點總數(shù)”、“能量總消耗”等不屬于單獨節(jié)點屬性，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)點總數(shù) int timeCost。 //試驗次數(shù)編號 節(jié)點隨機移動的 move 函數(shù) 每次節(jié)點進行隨機移動時調用該函數(shù)。 機會傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)分發(fā)策略研究 第五章 模擬系統(tǒng)的設計與實現(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)收集和分析機制 系統(tǒng)運行時，由系統(tǒng)管理類的實例記錄并處理每個節(jié)點的相關數(shù)據(jù)，實時記錄時間消耗和能量消耗信息，當系統(tǒng)演示結束時，