【正文】 用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。s 協(xié)議模擬結(jié)果 .............................................................. 32 六個模擬結(jié)果比較分析 ................................................................................ 32 第七章 結(jié)論 ................................................................................................................ 34 參考文獻 ...................................................................................................................... 35 I 摘要 信息時代的今天，追求高效便捷的信息資源已成為生產(chǎn)生活中的重要活動，而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以其優(yōu)異的數(shù)據(jù)傳輸性 能，在各個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。由隨機運動的特定規(guī)律，提出新的數(shù)據(jù)傳輸方案，減少各種傳輸中的能量消耗和時間消耗。 這種新的數(shù)據(jù)傳輸方案的提出，能夠更好的適應(yīng)各種變化的實際要求，必將對無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。由于傳感器節(jié)點數(shù)量眾多，部署時只能采用隨機投放的方式，傳感器節(jié)點的位置不能預(yù)先確定；在任意時 刻，節(jié)點間通過無線信道連接，采用多跳 (multihop)、對等 (peer to peer)通信方式，自組織網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)；傳感器節(jié)點間具有很強的協(xié)同能力，通過局部的數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理以及節(jié)點間的數(shù)據(jù)交換來完成全局任務(wù)。 為了獲取精確信息，在監(jiān)測區(qū)域通常部署大 量傳感器節(jié)點，傳感器節(jié)點數(shù)量可能達到成千上萬，甚至更多。 3. 低功耗。 5. 短距離。 7. 獲取是靠分布在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的各個傳感器檢測到的，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。整個網(wǎng)絡(luò)在變化的不連通的節(jié)點網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中能夠保持實時、有效、可靠的通信，因而在各個領(lǐng)域都有極其廣泛的應(yīng)用。 2. 在環(huán)境領(lǐng)域。在 SSIM 項目中， 100 個微型傳感器被植入病人眼 中，幫助盲人獲得了一定程度的視覺。嵌入家具和家電中的傳感器和執(zhí)行單元組成的無線網(wǎng)絡(luò)與 Inter 連接在一起，能夠為人們提供更加舒適、方便和具有人性化的智能家居環(huán)境。 機會傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)策略研究 第一章 概述 ____________________________________________________________________________________________ 3 5. 在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。 機會傳感器網(wǎng)絡(luò)在社會需求中為各種問題提供了一個良好的解決方案，得到了極廣泛的應(yīng)用。 本章介紹了機會網(wǎng)絡(luò)的研究背景和意義后，對以下的內(nèi)容做如下安排。 第四章根據(jù)以上兩種協(xié)議的優(yōu)缺點提出兩點改進方法，使改進的方法在時間消耗和能量消耗上取得較好的平衡，并給出改進后的通信協(xié)議偽代碼。 第六章給出各種通信協(xié)議的模擬實驗結(jié)果并分析，可看出謠言協(xié)議和定向協(xié)議的性能符合第三章的分析，并且證明改進后的協(xié)議擁有更好的表現(xiàn)，而第四章提出的新協(xié)議在所有情況中具有最少的時間和能量消耗。 目前機會網(wǎng)絡(luò)還沒有一個統(tǒng)一的定義，本文通過查閱相關(guān)資料，綜合現(xiàn)有文獻分析機會網(wǎng)絡(luò)的 特點 ，找到一個描述性定義：機會網(wǎng)絡(luò)是一種不需要源節(jié)點和目標節(jié)點之間存在完整鏈路，利用節(jié)點移動帶來的相遇機會實現(xiàn)通信的自組織網(wǎng)絡(luò)。 DTN 網(wǎng)絡(luò)體系由多 個底層 運行獨立通信協(xié)議的 DTN 域組成，域間網(wǎng)關(guān)利用“存儲 轉(zhuǎn)發(fā)”的模式工作，當去往目標 DTN域的鏈路存在時轉(zhuǎn)發(fā)消息，否則，將消息存儲在本地持久存儲器中等待可用鏈路。 Grossglauser 等人 [10]證明，當允許節(jié)點移動時，通過增加數(shù)據(jù)傳輸延時可以提高網(wǎng)絡(luò)容量。源節(jié)點將消息傳輸給鄰居中繼節(jié)點，該節(jié)點緩存消息再將消息轉(zhuǎn)發(fā)給目標節(jié)點或遇到的其他中繼節(jié)點。 1. 物理層協(xié)議。研究核心是傳感器軟、硬件技術(shù)。 DSN 的 MAC 協(xié)議的兩個主機會傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)策略研究 第二章 機會傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀 ____________________________________________________________________________________________ 6 要目標是 :組網(wǎng)絡(luò)；共享信道接入。網(wǎng)絡(luò)層主要研究傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和各種傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 5. 應(yīng)用層。 1. 能量管理。負責(zé)保持網(wǎng)絡(luò)連通和數(shù)據(jù)有效傳輸。負責(zé)網(wǎng)絡(luò)維護、診斷，并向用戶提供網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)接口，通常包含數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析和故障處理等功能。 DSN 多用于軍事、商業(yè)領(lǐng)域，安全性是重要的研究內(nèi)容。由于晶體振蕩器頻率的差異及諸多物理因素的干擾，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點的時鐘會出現(xiàn)時間偏差。由于WSN 具有低功耗、自組織和通信距離有限等特點，傳統(tǒng)的 GPS 等算法不再適合WSN。 3. 應(yīng)用服務(wù)接口。 研究問題在 WSN 體系結(jié)構(gòu)中的位置 本文研究的數(shù)據(jù)分發(fā)策略 集中于網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層，屬于網(wǎng)絡(luò)平臺管理的能量控制和拓撲控制。由于節(jié)點的移動，兩個節(jié)點可以進入相互通信范圍而交換數(shù)據(jù)，這種節(jié)點對之間的逐條轉(zhuǎn)發(fā)就可以將數(shù)據(jù)從源節(jié)點傳輸?shù)侥繕斯?jié)點。它們靠不能補充能量的電池供電，具有優(yōu)先的 能量。 一種是按照數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较?，分為三類? 1. 源節(jié)點到 sink 節(jié)點的數(shù)據(jù)分發(fā)。 3. sink 節(jié)點到源節(jié)點的數(shù)據(jù)分發(fā)。 2. 連續(xù)數(shù)據(jù)分發(fā)（ continuous dissemination）。 第三種是根據(jù)應(yīng)用類型，也分為三類： 1. 固定源節(jié)點與固定 sink 節(jié)點間的數(shù)據(jù)分發(fā)。用戶使用如 PDA 等移動設(shè)備在傳感器區(qū)域內(nèi)移動，通過查詢源節(jié)點來獲得有關(guān)對象的當前狀態(tài)或進來目標活動的概況。具體闡述協(xié)議的基本思想，適用情況，性能和流程為偽代碼并將兩者進行對比。對于事件數(shù)比較多的情況，維護事件表和處理代理所花費的開銷會急劇增長。 最壞的情況：所有節(jié)點都遇不到目標節(jié)點，消息在其他所有節(jié)點間轉(zhuǎn)發(fā)，則能量消耗 E= em? ，時間消耗 T 。 Step1 判斷自身是否攜帶消息，是則繼續(xù)，否則跳至步驟 Step6。 Step5 碰撞節(jié)點若是目標 節(jié)點，修改全局變量 stop。 定向傳播協(xié)議的適用情況 適合應(yīng)用在范圍較小，傳感器節(jié)點較少的傳感器網(wǎng)絡(luò)中。 機會傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)策略研究 第三章 典型協(xié)議分析 ____________________________________________________________________________________________ 12 pm ??21pm ??21 定向傳播協(xié)議的性能分析 假設(shè)同 。 定向傳播協(xié)議在本設(shè)計中的運行流程偽代碼（以傳感器節(jié)點為單位） Process direct 選擇初始化節(jié)點數(shù)量，選中定向傳播協(xié)議，開始演示。 Step3 判斷節(jié)點是否為目標節(jié)點，是則繼續(xù)，否則跳至步驟 Step6。 Step7 調(diào)用 move()進行移動。時間越長，節(jié)點越多，整個系統(tǒng)消耗的活動能量就越多。即權(quán)衡時間成本和能量成本，使得二者都維持在較低的水平。數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)時，傳感器節(jié)點進行數(shù)據(jù)信息的通信傳輸，消耗較多的能量。 界面顯示運行過程。 Step4 碰撞節(jié)點是否攜帶消息，是則繼續(xù)，否則跳至步驟 7。 Step8 調(diào)用 move()進行移動。 3. X 和 Y 同時變化且互相獨立。 此時有 ， ， 則 , 即 。節(jié)點沿 x 軸與 y 軸方向運動規(guī)律相同且坐標軸均勻，因此在某一時刻，節(jié)點距離遠點越遠的概率越小。 由此，給定時間范圍和給定值 p，根據(jù)鄰域的大?。?L 的大?。蓪⒄麄€傳感器區(qū)域劃分為不同的子區(qū)域，使移動 sink 沿區(qū)域邊界經(jīng)過每一個子區(qū)域。將整個屏幕區(qū)域劃分為 16 個等大的舉行子區(qū)域，每個子區(qū)域的中心坐標如下。最后結(jié)合兩種協(xié)議的優(yōu)缺點，進行了權(quán)衡改進，以適應(yīng)更廣泛的范圍，取得更加優(yōu)化的性能。 第二層為數(shù)據(jù)處理層，以時間為單位，調(diào)用函數(shù)控制各個源節(jié)點和 sink 節(jié)點的隨機移動，判定各個節(jié)點是否在其他節(jié)點的通信范圍內(nèi)，并根據(jù)情況傳輸或存儲數(shù)據(jù)信息?？梢栽O(shè)置整個傳感器區(qū)域內(nèi)節(jié)點的數(shù)量。選擇第一個選項，系統(tǒng)將模擬謠言傳播協(xié)議進行數(shù)據(jù)分發(fā)。 圖 模擬系統(tǒng)功能描述圖 —— 選擇協(xié)議并運行 第三個功能模塊為網(wǎng)格模式，如下圖 。選擇后系統(tǒng)開始進行模擬。但是所有節(jié)點均具有同樣的屬性和方法，可以堪稱同一個類。 //傳感器編號 int x。 //標志位，判斷是否攜帶消息， 0 不攜帶， 1 攜帶 int target。 //傳感器 x 方向速度 int yv。以下均是用于管理的全局變量： SensorNode nodesArray[100]。 //時間總消耗 Int powerCost。該函數(shù)先讀取節(jié)點速度大小和方向，然后與判斷是否會移動出傳感器區(qū)域邊界，如果出邊界，則將速度反向并進行移動，不出邊界則按照原速度進行移動。 int xv = nodesArray[i].GetXv()。 //判斷邊界 //x 方向出邊界 if (x40||x1240) { nodesArray[i].SetXv(xv)。 //重新設(shè)置 x 軸速度、方向，以 50%的概率 +1 或者 1 if (rand()%2==0) { nodesArray[i].SetXv(1)。 } } 機會傳感器網(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)計與實現(xiàn) ____________________________________________________________________________________________ 21 模擬系統(tǒng)的表現(xiàn)形式 以窗口程序為表現(xiàn)形勢，使用 C++編程語言。 模擬系統(tǒng)流程圖 模擬系統(tǒng)演示流程圖 圖 模擬系統(tǒng)演示流程圖 設(shè)置結(jié)點個數(shù)，系統(tǒng)初始化 開始 選擇數(shù)據(jù)傳播協(xié)議 模擬系統(tǒng)開始反復(fù)描繪、擦出傳感器節(jié)點，演示數(shù)據(jù)分發(fā)過程，直至信息到達目標節(jié)點 顯示整個過程中的能量消耗和時間消耗 結(jié)束 機會傳感器網(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)計與實現(xiàn) ____________________________________________________________________________________________ 22 謠言傳播協(xié)議流程圖 N Y N Y Y N Y Y N 圖 謠言傳播協(xié)議流程圖 開始 自身是否攜帶消息？ 遍歷所有節(jié)點，由直角坐標系中兩點距離公式計算兩個傳感器節(jié)點之間距離 D D 小于或等于半徑？ 碰撞節(jié)點是否帶有消息？ 傳遞消息 給碰撞節(jié)點，自身能量減少 1000 碰撞節(jié) 點是目標節(jié)點？ 自身能量減少 1，調(diào)用 move（）進行移動 結(jié)束 修改系統(tǒng)變量 stop，使模擬過程結(jié)束 機會傳感器網(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)計與實現(xiàn) ____________________________________________________________________________________________ 23 定向傳播協(xié)議流程圖 N Y N Y N Y 圖 定向傳播協(xié)議流程圖 改進后的協(xié)議流程圖 圖 改進后的協(xié)議流程圖 開始 自身是否攜帶消息？ 遍歷所有節(jié)點，由直角坐標系中兩點距離公式計算兩個傳感器節(jié)點之間距離 D D 小于或等于半徑？ 傳遞消息給碰撞節(jié)點，自身能量減少 1000，修改系統(tǒng)變量stop，使模擬過程結(jié)束 自身能量減少 1，調(diào)用 move（）進行移動 結(jié)束 碰撞節(jié) 點是目標節(jié)點？ 開始 產(chǎn)生 10 以內(nèi)隨機數(shù) n 機會傳感器網(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)計與實現(xiàn) __________________________________________________________________________