【正文】 單擊編寫狀態(tài)的函數(shù)。 進(jìn)程模型 通過對(duì) LEACH 協(xié)議算法進(jìn)行分析后，我對(duì) LEACH 協(xié)議的進(jìn)程模型建模，得到如下所示的狀態(tài)圖。這樣到后面，剩余節(jié)點(diǎn)當(dāng)選簇頭的概率就增大了。雖然有一些分簇路由協(xié)議獨(dú)立于 LEACH 協(xié)議而單獨(dú)開發(fā)的，但大多數(shù)分簇路由協(xié)議是受到 LEACH 協(xié)議的啟發(fā)。另外，在大面積的單層網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)，傳感器節(jié)點(diǎn)不支持長距離的通行，而單層網(wǎng)絡(luò)是不可擴(kuò)展性的，所以為了 在不降低通信服務(wù)質(zhì)量的前提下，又能解決額外的和超監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的通信問題，我們提出了分簇路由。實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)濾器的性能提升較小，原因是最小跳策略與傳統(tǒng) DD 的最小延遲策略類似，但是兼顧考慮最大化路徑能量瓶頸還 是明顯提升了性能。實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的 QoS 需求對(duì)這兩項(xiàng)指標(biāo)非常敏感。規(guī)則 2反向調(diào)動(dòng)規(guī)則 1，可以大大減少由于對(duì)失效鏈路嘗試所帶來的時(shí)延開銷和能量消耗。算法的關(guān)鍵思想是利用節(jié)點(diǎn)的最大最小剩余能量 (MaxMinPathnodeEnergy， MaxMPE)和到觀測(cè)節(jié)點(diǎn)的最小跳數(shù) (MinHop Count)來建立梯度。路由建立或維護(hù)時(shí) 基于 OPNET 的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由仿真與研究 26 機(jī)基于按需驅(qū)動(dòng)模式，可在連接未斷時(shí)提供軟 QoS 保證；鏈路失效時(shí) ,需 通過備份路徑、路徑修復(fù)以及自適應(yīng)等機(jī)制來實(shí)現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量的平滑過渡。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，要求提供有保證的差別服務(wù) ,同時(shí)能在全網(wǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)資源的充分有效利用， QoS路由是解決該問題的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著時(shí)間變化，時(shí)延的增加，這是因?yàn)楦鶕?jù)節(jié)點(diǎn)剩余能量的變化，數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂揭矊?huì)發(fā)生變化。 total_energy_consume+=RECV_DATA_ENERGY。 Energy_stathandle_ptrremain_energy=RECV_DATA_ENERGY。值得一提的是“ sequence”，它標(biāo)記隊(duì)列中的興趣序號(hào)，我們以此表示某個(gè)具體的興趣，在實(shí)際應(yīng)用中，各種具體的興趣也是可以數(shù)字化的，所以，我們認(rèn)為這樣的設(shè)置方式也是具有普遍意義的。 SINK 節(jié)點(diǎn) 如圖 32 所示，描繪了在節(jié)點(diǎn)編輯器中看到 sink 節(jié)點(diǎn)的進(jìn)程流圖。 興趣即對(duì)一個(gè)具體要求的描述，為了取得數(shù)據(jù)，每一個(gè)興趣都包含了某個(gè)受傳感器網(wǎng)絡(luò)支持的感應(yīng)任務(wù)的描述。依據(jù)上述四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)本文所列舉的路由協(xié)議的比較見表 21。網(wǎng)格上同一個(gè)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的節(jié)點(diǎn)對(duì)分組路由的代價(jià)是等價(jià)的，因而可以使某個(gè)特定網(wǎng)格區(qū)域的一些節(jié)點(diǎn)睡眠，而且隨著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增加可以極大地提高網(wǎng)絡(luò)的壽命，在可擴(kuò)展性上有很好的表現(xiàn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選一個(gè)值，小于某閾值的節(jié) 點(diǎn)就成為簇首節(jié)點(diǎn)，之后廣播告知整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，完成簇的建立。 LEACH 協(xié)議是最早的分簇協(xié)議，許多其他層次路由協(xié)議都是基于 LEACH 的。 具體實(shí)現(xiàn)： A. Rao 等人 提出了 3 中策略確定信標(biāo)節(jié)點(diǎn)。 坐標(biāo)式路由協(xié)議 GEM（ Graph Embedding） J. Newsome 和 D. Song 提出了建立一個(gè)虛擬極坐標(biāo)系統(tǒng) GEM 路由協(xié)議，用來代表實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該協(xié)議假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)都是 Sink 節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有用戶需要的信息，而且相鄰的節(jié)點(diǎn)擁有類似的數(shù)據(jù)，所以只要發(fā)送其他節(jié)點(diǎn)所沒有的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)沿著建立好的梯度路徑傳輸。 廣播式路由協(xié)議 擴(kuò)散法（ Flooding） 擴(kuò)散法是一種傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信路由協(xié)議。但到目前為止，還是缺乏一個(gè)完整 和清晰的路由協(xié)議分類。 OPNET 的安裝 由于 OPNET 軟件不為眾人所熟悉，筆者在安裝過程也頗為坎坷，所以特此附上 OPNET的安裝的簡單過程： 安裝好 ，并選擇自動(dòng)配置環(huán)境變量； 圖 14 OPNET 安裝環(huán)境變量的配置 基于 OPNET 的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由仿真與研究 9 下載 OPNET 安 裝 文 件 ， 按 : Windows ,Windows\ 的順序安裝，即可安裝完成。 有限狀態(tài)機(jī) 在過程層次使用有限狀態(tài)機(jī)來對(duì)協(xié)議及其他過程進(jìn)行建模，在有限狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)和轉(zhuǎn)移條件中使用 C/C++語言對(duì)任何過程進(jìn)行模擬。進(jìn)程模型的基礎(chǔ)是用有限狀態(tài)機(jī) FSM(Finite State Machine)來描述各種協(xié)議。傳感器網(wǎng)絡(luò)除了具有一般無線網(wǎng)絡(luò)所面臨的信息泄露、重放攻擊、信息篡改、拒絕服務(wù)等多種威脅之外，還面臨著傳感器節(jié)點(diǎn)被攻擊者操縱，并獲取存儲(chǔ)在傳感器節(jié)點(diǎn)的信息，從而 控制部分網(wǎng)絡(luò)的威脅。通過拓?fù)淇刂谱詣?dòng)生成良好的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即能提高路由協(xié)議和 MAC 協(xié)議的使用效率，又可以為數(shù)據(jù)融合、時(shí)間同步等多個(gè)方面奠定基礎(chǔ)，有利于用節(jié)省節(jié)點(diǎn)的能量來延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期。 [1] 管理節(jié)點(diǎn)是用于動(dòng)態(tài)地管理整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，傳感器網(wǎng)絡(luò)的所有者通過管理節(jié)點(diǎn)訪問無線傳感器網(wǎng)絡(luò)上的資源。 Software：包含在節(jié)點(diǎn)端的嵌入式系統(tǒng)以及使用者端的管理程式，軟體確保資料感測(cè)的功能進(jìn)行流暢及提供容易閱讀的介面。作為數(shù)據(jù)采集者時(shí)，數(shù)據(jù)采集模塊收集周圍環(huán)境的數(shù)據(jù) (如溫度、濕度等 )，通過通信路由協(xié)議直接或間接將數(shù)據(jù)傳輸給遠(yuǎn)方基站 (Base Station)或匯節(jié)點(diǎn) (Sink Node)。毋庸置疑，無線傳感器網(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?。相比?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。 本科生畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 題 目： 基于 OPNET的無線傳感器網(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 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) .................................................... 2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基本概念 ...................................... 2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn) .......................................... 2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組成結(jié)構(gòu) ...................................... 3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧 ........................................ 5 OPNET 簡介 ......................................................... 7 OPNET Modeler 的主要特性 .................................... 7 OPNET 的安裝 ................................................ 8 OPNET 仿真 .................................................. 9 第二章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由研究 .............................. 11 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由概述 ........................................... 11 無線傳感器網(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 的無線傳感器路由仿真 ....................... 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 無線傳感器網(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。 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。 本文基于 OPNET 仿真平臺(tái)，首先通過對(duì)無線傳感器網(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)存的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由進(jìn)行研究分類，并研究和對(duì)比分析了各類路由協(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)存無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由進(jìn)行深入的研究；最后總結(jié)出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由的一般規(guī)律、研究方向和發(fā)展趨勢(shì)。作為數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站時(shí)，節(jié)點(diǎn)除了完成采集任務(wù)之外，還要接收鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給距離基站更近的鄰居節(jié)點(diǎn)或者直接轉(zhuǎn)發(fā)到基站或者匯節(jié)點(diǎn)，作為簇頭節(jié)點(diǎn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)收集該簇內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)融合之后，發(fā)送到基站或者匯節(jié)點(diǎn)。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組成結(jié)構(gòu) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常都會(huì)包括傳感器節(jié)點(diǎn) EndDevice、匯聚節(jié)點(diǎn) Router 和 管理節(jié)點(diǎn) Coordinator，如圖 11 所示： 節(jié)點(diǎn) Coordinator，如圖 11 所示： 圖 11 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 大量的傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)部或者附近，能夠通過自組織的方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。 處理器 傳感器 AC/DC 網(wǎng)絡(luò) MAC 收發(fā)器 儲(chǔ)存器 傳感器模塊 處理器模塊 無線通信模塊