【正文】 單擊編寫狀態(tài)的函數(shù)。 進程模型 通過對 LEACH 協(xié)議算法進行分析后，我對 LEACH 協(xié)議的進程模型建模，得到如下所示的狀態(tài)圖。這樣到后面，剩余節(jié)點當選簇頭的概率就增大了。雖然有一些分簇路由協(xié)議獨立于 LEACH 協(xié)議而單獨開發(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)絡監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，傳感器節(jié)點不支持長距離的通行，而單層網(wǎng)絡是不可擴展性的，所以為了 在不降低通信服務質(zhì)量的前提下，又能解決額外的和超監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的通信問題，我們提出了分簇路由。實時業(yè)務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。實時業(yè)務的 QoS 需求對這兩項指標非常敏感。規(guī)則 2反向調(diào)動規(guī)則 1，可以大大減少由于對失效鏈路嘗試所帶來的時延開銷和能量消耗。算法的關(guān)鍵思想是利用節(jié)點的最大最小剩余能量 (MaxMinPathnodeEnergy， MaxMPE)和到觀測節(jié)點的最小跳數(shù) (MinHop Count)來建立梯度。路由建立或維護時 基于 OPNET 的無線傳感器網(wǎng)絡路由仿真與研究 26 機基于按需驅(qū)動模式，可在連接未斷時提供軟 QoS 保證；鏈路失效時 ,需 通過備份路徑、路徑修復以及自適應等機制來實現(xiàn)服務質(zhì)量的平滑過渡。在無線傳感器網(wǎng)絡中，要求提供有保證的差別服務 ,同時能在全網(wǎng)范圍內(nèi)實現(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。隨著時間變化，時延的增加，這是因為根據(jù)節(jié)點剩余能量的變化，數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂揭矊l(fā)生變化。 total_energy_consume+=RECV_DATA_ENERGY。 Energy_stathandle_ptrremain_energy=RECV_DATA_ENERGY。值得一提的是“ sequence”，它標記隊列中的興趣序號，我們以此表示某個具體的興趣，在實際應用中，各種具體的興趣也是可以數(shù)字化的，所以，我們認為這樣的設置方式也是具有普遍意義的。 SINK 節(jié)點 如圖 32 所示，描繪了在節(jié)點編輯器中看到 sink 節(jié)點的進程流圖。 興趣即對一個具體要求的描述，為了取得數(shù)據(jù)，每一個興趣都包含了某個受傳感器網(wǎng)絡支持的感應任務的描述。依據(jù)上述四個標準，對本文所列舉的路由協(xié)議的比較見表 21。網(wǎng)格上同一個點關(guān)聯(lián)的節(jié)點對分組路由的代價是等價的，因而可以使某個特定網(wǎng)格區(qū)域的一些節(jié)點睡眠，而且隨著網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)目的增加可以極大地提高網(wǎng)絡的壽命，在可擴展性上有很好的表現(xiàn)。每個節(jié)點隨機選一個值，小于某閾值的節(jié) 點就成為簇首節(jié)點，之后廣播告知整個網(wǎng)絡，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。 具體實現(xiàn)： A. Rao 等人 提出了 3 中策略確定信標節(jié)點。 坐標式路由協(xié)議 GEM（ Graph Embedding） J. Newsome 和 D. Song 提出了建立一個虛擬極坐標系統(tǒng) GEM 路由協(xié)議，用來代表實際的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。該協(xié)議假設網(wǎng)絡中的所有節(jié)點都是 Sink 節(jié)點，每一個節(jié)點都有用戶需要的信息，而且相鄰的節(jié)點擁有類似的數(shù)據(jù)，所以只要發(fā)送其他節(jié)點所沒有的數(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 擴散法（ Flooding） 擴散法是一種傳統(tǒng)的網(wǎng)絡通信路由協(xié)議。但到目前為止，還是缺乏一個完整 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 在過程層次使用有限狀態(tài)機來對協(xié)議及其他過程進行建模，在有限狀態(tài)機的狀態(tài)和轉(zhuǎn)移條件中使用 C/C++語言對任何過程進行模擬。進程模型的基礎是用有限狀態(tài)機 FSM(Finite State Machine)來描述各種協(xié)議。傳感器網(wǎng)絡除了具有一般無線網(wǎng)絡所面臨的信息泄露、重放攻擊、信息篡改、拒絕服務等多種威脅之外，還面臨著傳感器節(jié)點被攻擊者操縱，并獲取存儲在傳感器節(jié)點的信息，從而 控制部分網(wǎng)絡的威脅。通過拓撲控制自動生成良好的網(wǎng)絡拓撲結(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、時間同步等多個方面奠定基礎，有利于用節(jié)省節(jié)點的能量來延長網(wǎng)絡的生命周期。 [1] 管理節(jié)點是用于動態(tài)地管理整個無線傳感器網(wǎng)絡，傳感器網(wǎng)絡的所有者通過管理節(jié)點訪問無線傳感器網(wǎng)絡上的資源。 Software：包含在節(jié)點端的嵌入式系統(tǒng)以及使用者端的管理程式，軟體確保資料感測的功能進行流暢及提供容易閱讀的介面。作為數(shù)據(jù)采集者時，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)傳輸給遠方基站 (Base Station)或匯節(jié)點 (Sink Node)。毋庸置疑，無線傳感器網(wǎng)絡的發(fā)展?jié)摿志薮?，也還有很多的地方需要我們?nèi)ヌ剿骱退伎肌Ｏ啾扔?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 (設計 ) 題 目： 基于 OPNET的無線傳感器網(wǎng)絡 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 .................................................... 2 無線傳感器網(wǎng)絡基本概念 ...................................... 2 無線傳感器網(wǎng)絡特點 .......................................... 2 無線傳感器網(wǎng)絡組成結(jié)構(gòu) ...................................... 3 無線傳感器網(wǎng)絡協(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)絡路由研究 .............................. 11 無線傳感器網(wǎng)絡路由概述 ........................................... 11 無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議研究 ....................................... 11 廣播式路由協(xié)議 ............................................. 12 坐標式路由協(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 定向擴散路由仿真與分析 .......................................... 18 定向擴散（ DirectedDiffusion）路由模式分析 .................. 18 運行仿真 ................................................... 19 結(jié)果分析 ................................................... 24 QoS 路由仿真與分析 .............................................. 25 QoS 路由策略分析 ........................................... 25 基于定向擴散路由的 QoS 路由擴展 ............................. 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 .................................................. 38 致 謝 ..................................................... 39 I 摘 要 無線傳感器網(wǎng)絡是一種全新的信息獲取和處理技術(shù)，其應用前景而日益受到學術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。 QoS 是在DD 模式上進行改進 ,它能很好的支持不同業(yè)務的資源需求分配，可達到全網(wǎng)最優(yōu)能耗均衡， 網(wǎng)絡生存期大大提高。 本文基于 OPNET 仿真平臺，首先通過對無線傳感器網(wǎng)絡的基本原理和 OPNET 平臺操作的 學習了解；其次對現(xiàn)存的無線傳感器網(wǎng)絡路由進行研究分類，并研究和對比分析了各類路由協(xié)議的核心算法和路由機制；再次利用 OPNET 對其中典型的路由 —— DD協(xié)議、LEACH 路由協(xié)議和 QoS 路由進行仿真模擬，同時對比其他路由協(xié)議進行仿真實驗，從具體的數(shù)據(jù)上探究不同路由機制優(yōu)缺點，從而對現(xiàn)存無線傳感器網(wǎng)絡的路由進行深入的研究；最后總結(jié)出無線傳感器網(wǎng)絡路由的一般規(guī)律、研究方向和發(fā)展趨勢。作為數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站時，節(jié)點除了完成采集任務之外，還要接收鄰居節(jié)點數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給距離基站更近的鄰居節(jié)點或者直接轉(zhuǎn)發(fā)到基站或者匯節(jié)點，作為簇頭節(jié)點時，節(jié)點負責收集該簇內(nèi)所有節(jié)點采集的數(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。 無線傳感器網(wǎng)絡組成結(jié)構(gòu) 無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)通常都會包括傳感器節(jié)點 EndDevice、匯聚節(jié)點 Router 和 管理節(jié)點 Coordinator，如圖 11 所示： 節(jié)點 Coordinator，如圖 11 所示： 圖 11 無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng) 大量的傳感器節(jié)點隨機部署在監(jiān)測區(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。 處理器 傳感器 AC/DC 網(wǎng)絡 MAC 收發(fā)器 儲存器 傳感器模塊 處理器模塊 無線通信模塊