【正文】 3. 查詢驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)分發(fā)?？捎糜诒O(jiān)測(cè)和跟蹤移動(dòng)目標(biāo)的傳感器網(wǎng)絡(luò)。 謠言傳播協(xié)議性能分析 假設(shè)：在傳感器區(qū)域內(nèi)有 1 個(gè)信息源節(jié)點(diǎn)， 1 個(gè)信息目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，另有 m 個(gè)普通節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)每單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入另一節(jié)點(diǎn)通信半徑的概率為 p，每一次數(shù)據(jù)傳遞消耗能量為 e，總能量消耗為 E，總時(shí)間消耗為 T。 Step3 碰撞節(jié)點(diǎn)是否攜帶消息，是則繼續(xù)，否則跳至步驟 Step6。但隨著問題規(guī)模的擴(kuò)大，源節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)相遇的幾率急劇減小，數(shù)據(jù)分發(fā)的時(shí)間成本急劇增長(zhǎng)。 Step1 判斷自身是否攜帶消息，是則繼續(xù)，否則跳至 Step6。 若考慮節(jié)點(diǎn)活動(dòng)時(shí)的能量消耗，即節(jié)點(diǎn)不進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，僅僅探測(cè)是否有其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)入自己的通信范圍內(nèi)，這樣的探測(cè)消耗和移動(dòng)所造成的能量消耗?；顒?dòng)狀態(tài)時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)處于探測(cè)階段，即使沒有消息需要傳輸，也維持一定的能量消耗。 Step2 判斷自身是否攜帶消息，是則繼續(xù)，否則跳至步驟 7。對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)移動(dòng)進(jìn)行模擬，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都有屬性 X 和 Y 記錄節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，節(jié)點(diǎn)每秒鐘移動(dòng)一次，移動(dòng)時(shí)遵循以下規(guī)律： 1. X 以 50%的概率加 1 或減 1。 同理可得 y 軸上存在同樣規(guī)律。 網(wǎng)格 劃分協(xié)議具體描述 如下圖 ，在整個(gè)傳感器區(qū)域內(nèi)（模擬為整個(gè) 1280*768 的屏幕區(qū)域，左上角左邊（ 0,0），右下角坐標(biāo)（ 1280,768））隨機(jī)分布有若干個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中有一個(gè)是目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。 模擬系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)如下圖 所示，由三個(gè) 層次構(gòu)成。選擇后系統(tǒng)開始初始化。選擇第二項(xiàng)，在每個(gè)子區(qū)域內(nèi)使用定向傳播協(xié)議。以下是 SensorNode 類的部分定義。 //標(biāo)志位，判斷節(jié)點(diǎn)是否活動(dòng)， 0 不活動(dòng)， 1 活動(dòng) int powerleft。 //協(xié)議方法編號(hào)，用于記錄當(dāng)前使用協(xié)議 int totalNumber。 void Move(int i) { //讀取速度 int x = nodesArray[i].GetX()。 } //按照節(jié)點(diǎn)當(dāng)前速度、方向進(jìn)行移動(dòng) nodesArray[i].SetX(nodesArray[i].GetX()+nodesArray[i].GetXv())。每個(gè)物體隨時(shí)間而隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，每當(dāng)物體之間發(fā)生相互碰撞，即物體產(chǎn)生相交或重疊時(shí)，相應(yīng)的改變物體顏色，通過物體顏色的變化表示消息傳輸和存儲(chǔ)的過程，當(dāng)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)稱為綠色時(shí)表示消息已經(jīng)由源節(jié)點(diǎn)到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，演示過程結(jié)束。 } //重新設(shè)置 y 軸速度、方向，以 50%的概率 +1 或者 1 if (rand()%2==0) { nodesArray[i].SetYv(1)。 x = x + xv。 //標(biāo)志位，判斷演示是否結(jié)束， 1 為結(jié)束 int counter。 } Move() //移動(dòng)函數(shù)，使傳感器移動(dòng)到下一個(gè)位置 機(jī)會(huì)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(jì)與實(shí)現(xiàn) ____________________________________________________________________________________________ 19 { ...... } Transfer() //傳輸函數(shù)，在傳感器間通信，傳遞消息 { ...... } ...... }。 //傳感器位置 y 坐標(biāo) int radius。點(diǎn)擊彈出對(duì)話框，顯示程序作者。選擇第三個(gè)選項(xiàng)，系統(tǒng)將模擬 中提出的改進(jìn)后的協(xié)議進(jìn)行 數(shù)據(jù)分發(fā)。 第三層為分析層，根據(jù)數(shù)據(jù)處理層所記錄的各類參數(shù)，產(chǎn)生性能分析的表格，將謠言傳播協(xié)議、定向傳播協(xié)議和改進(jìn)后的協(xié)議的各項(xiàng)代價(jià)進(jìn)行比較，并繪制曲線圖，得出分 析結(jié)論。 圖 Sink 節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)路線圖 在每個(gè)子區(qū)域內(nèi)， Sink 節(jié)點(diǎn)對(duì)其中的普通節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳播。即在某一時(shí)間范圍內(nèi)，節(jié)點(diǎn)將在初始位置附近的某一鄰域內(nèi)運(yùn)動(dòng)。 證明：經(jīng)過若干時(shí)間之后，物體坐標(biāo)離原點(diǎn)距離越小的概率越大 考慮 x 軸上的移動(dòng)問題，設(shè)該物體每秒鐘移動(dòng) 1 個(gè)單位長(zhǎng)度，經(jīng)過時(shí)間 t，物體的坐標(biāo)為 x，初始坐標(biāo)為 (0,0)。 Step6 碰撞節(jié)點(diǎn)若是目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，修改全局變量 stop。而仍有 70%的傳感器處于活動(dòng)狀態(tài)，保證數(shù)據(jù)信息的流通。即節(jié)點(diǎn)遇到非目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的中間節(jié)點(diǎn)時(shí)，進(jìn)行 數(shù)據(jù)傳輸?shù)母怕?P 決定的該協(xié)議的時(shí)間成本和能量成本。 Step5 修改全局變量 stop。 最壞的情況：源節(jié)點(diǎn)永遠(yuǎn)無法遇到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，則能量消耗 E=0，時(shí)間消耗T ?? 。 Step7 調(diào)用 move()進(jìn)行移動(dòng)。 （易得 E em? ,1T ） 謠言傳播協(xié)議在本設(shè)計(jì)中的運(yùn)行流程偽代碼（以傳感器節(jié)點(diǎn)為單位） Process flood 選擇初始化節(jié)點(diǎn)數(shù)量，選中謠言傳播協(xié)議，開始演示。 謠言傳播協(xié)議的適用情況 適合應(yīng)用在數(shù)據(jù)傳輸量較少的傳感器網(wǎng)絡(luò)中，它可以看成是一種特殊的定向擴(kuò)散路由協(xié)議。也是最為傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分發(fā)。 第二種是根據(jù)通信周期，分為三類： 1. 事件驅(qū)動(dòng)（ eventdriven）數(shù)據(jù)分發(fā)。 源節(jié)點(diǎn)的主要目的是從監(jiān)測(cè)環(huán)境中收集用戶感興趣的數(shù)據(jù)，在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)中，將數(shù)據(jù)發(fā)送給 sink 節(jié)點(diǎn)。在接下來的內(nèi)容中，會(huì)具體闡述如何設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)分發(fā)協(xié)議、如何控制節(jié)點(diǎn)休眠狀態(tài)和通過實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的協(xié)議達(dá)到能量時(shí)間的雙重節(jié)約的效果。 WSN 的定位就是未知節(jié)點(diǎn)通過定位技術(shù)獲得自身位置信息的過程。 應(yīng)用支撐平臺(tái) 建立在分層網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)的基礎(chǔ)上，它包括一系列 給予檢測(cè)任務(wù)的應(yīng)用層軟件，通過應(yīng)用服務(wù)接口和網(wǎng)絡(luò)管理接口來為終端用戶提供具體的應(yīng)用支持。拓?fù)涔芾淼哪康木褪窃诒３志W(wǎng)絡(luò)連通和數(shù)據(jù)有效傳輸?shù)那疤嵯?，協(xié)調(diào) DSN 中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用十分廣泛，其中一些重要的應(yīng)用領(lǐng)域有：軍事方面，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以布置在敵方的陣地上，用來收集敵方一些重要目標(biāo)信息，并跟蹤敵方的軍事動(dòng)向：環(huán)境檢測(cè)方面，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠用來檢測(cè)空氣的質(zhì)量，并跟蹤污染源；民用方面，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也可用來構(gòu)建智能家居和個(gè)人健康等系統(tǒng)。主要完成數(shù)據(jù)的路由轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)傳感器與傳感器、傳感器與觀察者之間的通信，支持多傳感器協(xié)作完成大型感知任務(wù)。物理層傳輸方式涉及 DSN 采用的 傳輸媒體、選擇的頻段及調(diào)制方式。Grossglauser 等人提出的方法是源節(jié)點(diǎn)必須緩存數(shù)據(jù)直到進(jìn)入目標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信范圍內(nèi)才允許傳輸數(shù)據(jù)，但這種方法的延遲很大。 圖 機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)示意圖 機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)的部分概念來源于早期的延遲容忍網(wǎng)絡(luò) DTN(delay tolerant work)[7] 研究。本章最后會(huì)給出使用的隨機(jī)移動(dòng)模型，并分析他的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以此為依據(jù)，提出新的適用于機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)通信的傳輸協(xié)議。數(shù)據(jù)分是機(jī)會(huì)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋€(gè)基本功能，而帶寬和能量是網(wǎng)絡(luò)中最為缺乏的資源，為了延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間，設(shè)計(jì)能量有效的數(shù)據(jù)分發(fā)策略就能夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)提供更加優(yōu)化的性能，必將對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，進(jìn)而能夠?qū)C(jī)會(huì)傳感器網(wǎng)絡(luò)在各個(gè)行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用產(chǎn)生極大地促進(jìn)作用。在家居環(huán)境控制方面，將傳感器節(jié)點(diǎn)放在家庭里不同的房間，可以對(duì)各個(gè)房問的環(huán)境溫度進(jìn)行局部控制。 3. 在醫(yī)療領(lǐng)域。對(duì)于復(fù)雜環(huán)境的組網(wǎng)，其覆蓋區(qū)域往往會(huì)遇到各種電、磁環(huán)境的干擾，加之供電能量的不斷損耗，易引起傳感器節(jié)點(diǎn)故障， 因此要求傳感器網(wǎng)絡(luò)具有自組網(wǎng)、智能化和協(xié)同感知等功能。 4. 低成本。 除了傳感器節(jié)點(diǎn)可移動(dòng)，機(jī)會(huì)傳感器網(wǎng)絡(luò)還有很多鮮明的特征。通過研究隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的節(jié)點(diǎn)會(huì)局限在某一范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，因此節(jié)點(diǎn)之間通信機(jī)會(huì)較少。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 目錄 摘要 .................................................................................................................................I ABSTRACT.................................................................................................................. II 第一章 概述 .................................................................................................................. 1 機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)的研究背景 ....................................................................................... 1 機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用及研究意義 ........................................................................... 2 本文研究?jī)?nèi)容及組織結(jié)構(gòu) ............................................................................... 3 第二章 機(jī)會(huì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀 .......................................................................... 4 機(jī)會(huì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念和理論基礎(chǔ) ............................................................... 4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) ........................................................................... 5 分層的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議 ............................................................................. 5 網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái) ......................................................................................... 6 應(yīng)用支撐平臺(tái) ......................................................................................... 7 研究問題在 WSN 體系結(jié)構(gòu)中的位置 ............................................................ 7 機(jī)會(huì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信特征 ........................................................................... 7 機(jī)會(huì)傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)的分類 ................................................. 8 機(jī)會(huì)傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)分發(fā)的分類 ..................................................... 8 第三章 典 型協(xié)議分析 ................................................................................................ 10 謠言傳播協(xié)議分析 ......................................................................................... 10 謠言協(xié)議的基本思想 ........................................................................... 10 謠言傳播協(xié)議的適用情況 ................................................................... 10 謠言傳播協(xié)議性能分析 ....................................................................... 10 謠言傳播協(xié)議在本設(shè)計(jì)中的運(yùn)行流程偽代碼（以傳感器節(jié)點(diǎn)為單位） ................................................................................................................ 11 定向傳播協(xié)議分析 ......................................................................................... 11 定向傳播協(xié)議的基本思想 ................................................................... 11