【正文】 } } 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。 //判斷邊界 //x 方向出邊界 if (x40||x1240) { nodesArray[i].SetXv(xv)。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。以下均是用于管理的全局變量： SensorNode nodesArray[100]。 //標(biāo)志位，判斷是否攜帶消息， 0 不攜帶， 1 攜帶 int target。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。 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 。可以設(shè)置整個傳感器區(qū)域內(nèi)節(jié)點的數(shù)量。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。 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。 此時有 ， ， 則 , 即 。 Step8 調(diào)用 move()進行移動。 界面顯示運行過程。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。 Step7 調(diào)用 move()進行移動。 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。 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。 Step1 判斷自身是否攜帶消息，是則繼續(xù)，否則跳至步驟 Step6。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。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(dāng)前狀態(tài)或進來目標(biāo)活動的概況。 2. 連續(xù)數(shù)據(jù)分發(fā)（ continuous dissemination）。 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)。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?biāo)節(jié)點。 3. 應(yīng)用服務(wù)接口。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。負(fù)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。 1. 能量管理。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)。研究核心是傳感器軟、硬件技術(shù)。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(biāo)節(jié)點或遇到的其他中繼節(jié)點。 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(dāng)去往目標(biāo) 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。 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。 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。 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。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。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。 5. 短距離。 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。 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(yuǎn)的影響。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。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(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。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個 人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。進而完善整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作性能。而在各種實際自組織網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，節(jié)點移動、節(jié)點稀疏、射頻關(guān)閉或者障礙物造成信號衰減等多種原因都可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)大多數(shù)時候不能連通，被分為若干個不連通的子區(qū)域 [1]，類似這樣的網(wǎng)絡(luò)就是機會網(wǎng)絡(luò)。通常，傳感器節(jié)點利用電池供電，且分布區(qū)域復(fù)雜、廣闊，很難通過更換電池方式來補充能量，因 此，要求傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的功耗要低，傳感器的體積要小。 8. 動態(tài)性。機會傳感器網(wǎng)絡(luò)可以用于氣象和地理研究，自然和人為災(zāi)害(如洪水和火災(zāi) )的監(jiān)測，監(jiān)視農(nóng)作物灌溉及土壤、空氣變更的情況、牲畜和家禽的環(huán)境狀況，以及大面積的地表檢測和跟蹤珍稀鳥類、動物和昆蟲，進行瀕危種群的研究等。用戶可以方便地對家電進行遠(yuǎn)程監(jiān)控，如在下班前遙控家里的電 飯鍋、微波爐、電話機、錄像機、電腦等家電，按照自己的意愿完成相應(yīng)的煮飯、燒菜、查收電話留言、選擇電視節(jié)目以及下載網(wǎng)絡(luò)資料等工作。因而機會傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信方案研究就顯得尤為重要。本文研究的機會網(wǎng)絡(luò)由隨機移動的傳感器節(jié)點組成，因而給出一個隨機移動的模型非常重要。圖 是一個機會網(wǎng)絡(luò)示意圖， t1 時刻源節(jié)點 S 希望將數(shù)據(jù)傳輸給目標(biāo)節(jié)點 D，但 S 和 D 位于不同的連通域而沒有通信路徑，因此， S 首先將數(shù)據(jù)打包成消息發(fā)送 給鄰居節(jié)點 3，由于 3 并沒有合適的機會轉(zhuǎn)發(fā)下一跳節(jié)點，它將消息在本地存儲并等待傳輸機會，經(jīng)過一段時間到達 t2 時刻，節(jié)點 3 運動到節(jié)點 4 的通信范圍并轉(zhuǎn)發(fā)給節(jié)點 4，在 t3 時刻，節(jié)點 4 將消息傳輸給目標(biāo)節(jié)點 D，完成數(shù)據(jù)傳輸。其原理是通過控制導(dǎo)致相互干擾的并發(fā)通信，單個節(jié)點對之間的吞吐率在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增大時可以保持不變。物理層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的調(diào)制、發(fā)送與接收。 3. 網(wǎng)絡(luò)層。應(yīng)用層主要負(fù)責(zé)為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)提供安全支持，即實現(xiàn)密鑰管理和安全組播。由于傳感器節(jié)點被大量密集在部署于監(jiān)控區(qū)域，為了節(jié)約能源，延長 DSN 的生存時間，部分節(jié)點將按照某種規(guī)則進入休眠狀態(tài)。由于機會傳感器網(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 ____________________________________________________________________________________________ 7 DSN 中，傳感器節(jié)點隨機部署、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭討B(tài)性以及信道的不穩(wěn)定性，使傳統(tǒng)的安全機制無法適用，因此需要設(shè)計新型的網(wǎng)絡(luò)安全機制。 WSN 中需要定位的節(jié)點 稱為未知節(jié)點，而已知自身位置并協(xié)助未知節(jié)點定位的節(jié)點稱為錨節(jié)點 (anchor node)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)和存儲，并多次利用這種機制實現(xiàn)數(shù)據(jù)在不連通的子網(wǎng)間的傳輸；通過改進協(xié)議和算法來控制能量的損耗，通過控制節(jié)點的休眠與活動狀態(tài)達到控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞哪康摹? 2. 網(wǎng)關(guān)節(jié)點，也稱為 sink 節(jié)點（或基站），這些節(jié)點用于實現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)與 Inter 的連接，往往個數(shù)有限，但能量能夠得到補充，這些 sink 節(jié)點根 據(jù)實際需要，可以靜態(tài)分布，也可以進行移動，收集或分發(fā)數(shù)據(jù)。 Sink 節(jié)點可以改變部分或者全部傳感器節(jié)點的操作模式，向網(wǎng)絡(luò)中廣播一條新的消息，激活或者水面一個或者多個源節(jié)點，向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送查詢等。源節(jié)點與 sink 節(jié)點一旦配置好，它們的位置就不再改變，知道網(wǎng)絡(luò)中止，這是使用最廣泛的數(shù)據(jù)分發(fā)。 謠言傳播協(xié)議分析 謠言協(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，該源節(jié)點將信息傳輸給所有在其通信范圍內(nèi)的中間節(jié)點進行存儲，中間節(jié)點在其隨機運動中繼續(xù)將消息進行 “傳輸 存儲 轉(zhuǎn)發(fā)”的過程，直至消息傳輸?shù)竭_目標(biāo)節(jié)點，完成數(shù)據(jù)的分發(fā)過程。 一般的情況：源節(jié)點遇到普通節(jié)點，通過若干次轉(zhuǎn)發(fā)消息到達目標(biāo)節(jié)點，源 節(jié)點遇到目標(biāo)節(jié)點的時間期望為 ，普通節(jié)點 i（ i 代表下標(biāo)）遇到目標(biāo)節(jié)點的時間期望為 ，消息到達目標(biāo)時，有 i 個普通節(jié)點帶有消息，則機會傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)策略研究 第三章 典型協(xié)議分析 ____________________________________________________________________________________________ 11 em?2 ?????? ??????????? pimpmpmpm 21,...,2 21,2 11,2 1?????? ??????????? pimpmpmpm 21,...,2 21,2 11,2 1ei ??)1(能量消耗 E= ，時間消耗 T= 。 Step6 將自身屬性 power 減 1。 最好的情況：源節(jié)點第一時間第一個就遇到目標(biāo)節(jié)點，則能量消耗 E=e，時間消耗 T=1。 Step4 修改目標(biāo)節(jié)點屬性 withmassage，將自身屬性 power 減 1000。 機會傳感器網(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)議的改進及其理論基礎(chǔ) ____________________________________________________________________________________________ 13 第四章 數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的改進及其理論基礎(chǔ) 協(xié)議的改進 針對兩種協(xié)議的差異，總結(jié)造成兩種協(xié)議性能差距的原因為：謠言協(xié)議 和定向協(xié)議都是對數(shù)據(jù)進行 “傳輸 存儲 轉(zhuǎn)發(fā)”過程，區(qū)別僅存在于源節(jié)點遇到非目標(biāo)節(jié)點的中間節(jié)點時，謠言傳播協(xié)議以 100%的概率進行數(shù)據(jù)傳輸，而定向傳輸協(xié)議以 0%的概率進行數(shù)據(jù)傳輸。在整個網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)定每個傳感 器節(jié)點以 30%的概率進入休眠狀態(tài)，這樣減少區(qū)域中無關(guān)傳感器網(wǎng)絡(luò)的活動能耗，從而整體上降低傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量成本。 Step5 以 50%的概率傳輸消息給碰撞節(jié)點，修改其屬性 withmassage，將自身屬性 power 減 1000。 現(xiàn)提出假說：假設(shè)某節(jié)點 0 時刻處于坐標(biāo)系原點，每秒鐘按照上述規(guī)律運動，經(jīng)過若干秒之后，該節(jié)點離原點近的概率大于離遠(yuǎn)點遠(yuǎn)的概率。 機會傳感器網(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)議的改進及其理論基礎(chǔ) ____________________________________________________________________________________________ 15 提出新協(xié)議 —— 網(wǎng)格劃分協(xié)議 由 的結(jié)論得： 處于該隨機運動模型中的傳感器節(jié)點，將在以其初始 位置為中心的某一范圍內(nèi)做隨機運動。 Sink 節(jié)點將從左上角的子區(qū)域中心開始，按圖中路徑運動，經(jīng)過每個子區(qū)域的中心，從而遍歷整個傳感器區(qū)域。同時向表示層提供數(shù)值依據(jù)，并記錄通信代價和時間代價。選擇第二個選項，系統(tǒng)將模擬定向傳播協(xié)議進行數(shù)據(jù)分發(fā)。 圖 模擬系統(tǒng)功能描述圖 —— 選擇網(wǎng)格協(xié)議并運行 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) ____________________________________________________________________________________________ 18 第四個功能模塊為幫助，如下圖。 //傳感器位置 x 坐標(biāo) int y。 //傳感器 y 方向速度 public: SensorNode() //構(gòu)造方法 { Initiate()。 //能量總消耗