基于opnet的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由仿真與研究本科生畢業(yè)論文

本科生畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 題目：基于OPNET的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由仿真與研究

目錄TOC\o"1-3"\h\z\u15149摘要 引言近年來(lái)，隨著技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用變得范圍越來(lái)越廣。在環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療、工業(yè)控制、科學(xué)研究、軍事、智能家居、智能辦公環(huán)境等方面都表現(xiàn)出巨大的前景。我們可以大膽的預(yù)見(jiàn)到，將來(lái)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將會(huì)無(wú)處不在，將會(huì)完全融入我們的生活?？梢哉f(shuō)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將是信息感知和采集的一場(chǎng)革命，是21世紀(jì)最重要技術(shù)之一?？傮w而言，該領(lǐng)域的研究目前還處于起步階段，傳感器網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)還存在很多的不足，在很多領(lǐng)域還無(wú)法實(shí)現(xiàn)。毋庸置疑，無(wú)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?。本文基于OPNET仿真平臺(tái)，首先通過(guò)對(duì)無(wú)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由進(jìn)行研究分類(lèi)，并研究和對(duì)比分析了各類(lèi)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(wú)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(wú)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)。第一章緒論1.1無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)1.1.1無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)基本概念無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，即wirelesssensornetwork，簡(jiǎn)稱WSN。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線通信的方式形成的一個(gè)多跳、自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)被感知對(duì)象的信息，并發(fā)送給觀察者。傳感器、感知對(duì)象和觀察者構(gòu)成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)要素。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由許多個(gè)功能相同或不同的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)組成。每一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都由數(shù)據(jù)采集模塊(傳感器、AID轉(zhuǎn)換器)、數(shù)據(jù)處理、控制模塊(微處理器、存儲(chǔ)器)、通信模塊(無(wú)線收發(fā)器)和供電模塊(電池、AC/DC能量轉(zhuǎn)換器)組成。節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中可以充當(dāng)數(shù)據(jù)的采集者、數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站或組頭、簇頭節(jié)點(diǎn)的角色。作為數(shù)據(jù)采集者時(shí)，數(shù)據(jù)采集模塊收集周?chē)h(huán)境的數(shù)據(jù)(如溫度、濕度等)，通過(guò)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(BaseStation)或匯節(jié)點(diǎn)(SinkNode)。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)。[1]無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)所具具有的眾多類(lèi)型的傳感器，可探測(cè)包括地震、電磁、溫度、噪聲、濕度、光強(qiáng)度、土壤成分、壓力、移動(dòng)物體的大小、方向和速度等周邊環(huán)境中多種多樣現(xiàn)象?；跓o(wú)線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和MEMS的微傳感技術(shù)為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)賦予了廣闊的應(yīng)用前景。這些潛在的應(yīng)用領(lǐng)域可以歸納為:軍事、航空、防爆、反恐、醫(yī)療、救災(zāi)、環(huán)境、保健、工業(yè)、家居、商業(yè)等領(lǐng)域。1.1.2無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有大規(guī)模、自組織、可靠性、動(dòng)態(tài)性、以數(shù)據(jù)為中心、集成化、協(xié)作方式執(zhí)行任務(wù)、具有密集的節(jié)點(diǎn)布置、自組織方式等特點(diǎn)。WSN并不界定網(wǎng)路型態(tài)，就是可以是star、mesh、P2P或者綜合以上型態(tài)的網(wǎng)路，但都一定具備下列的功能：

1、Sensors/microcontroller：偵測(cè)、搜集以及處理環(huán)境中包含的資料，例如偵測(cè)濕度、溫度等。

2、Radiofrequency：gateway或節(jié)點(diǎn)用以收發(fā)資料。

3、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。1.1.3無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)組成結(jié)構(gòu)無(wú)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1-1所示：節(jié)點(diǎn)Coordinator，如圖1-1所示：ED互聯(lián)網(wǎng)和衛(wèi)星ED互聯(lián)網(wǎng)和衛(wèi)星BC匯聚節(jié)點(diǎn)BC匯聚節(jié)點(diǎn)AA任務(wù)管理節(jié)點(diǎn)任務(wù)管理節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域用戶監(jiān)測(cè)區(qū)域用戶傳感器節(jié)點(diǎn)傳感器節(jié)點(diǎn)圖1-1無(wú)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(guò)自組織的方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)沿著其他傳感器節(jié)點(diǎn)逐跳的進(jìn)行傳輸，在傳輸過(guò)程中監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)可能被多個(gè)節(jié)點(diǎn)處理，經(jīng)過(guò)多跳后路由到匯聚節(jié)點(diǎn)，最后通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或者衛(wèi)星到達(dá)管理節(jié)點(diǎn)。用戶通過(guò)管理節(jié)點(diǎn)對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相應(yīng)的配置和管理，發(fā)布監(jiān)測(cè)任務(wù)及收集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。傳感器節(jié)點(diǎn)處理能力、存儲(chǔ)能力和通信的能力都相對(duì)較弱，通過(guò)小容量電池供電。從網(wǎng)絡(luò)功能上看，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)除了要進(jìn)行本地信息收集和數(shù)據(jù)處理之外，還要對(duì)其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)而來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理和融合，并與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)作完成一些特定任務(wù)。匯聚節(jié)點(diǎn)的處理能力、存儲(chǔ)能力和通信能力就相對(duì)較強(qiáng)，它是連接傳感器網(wǎng)絡(luò)與Internet等外部網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)兩種協(xié)議間的相互轉(zhuǎn)換，同時(shí)向傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)布來(lái)自管理節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)任務(wù)，并把無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)上收集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到外部網(wǎng)絡(luò)上。匯聚節(jié)點(diǎn)可以是一個(gè)具有增強(qiáng)功能的傳感器節(jié)點(diǎn)，有足夠的能量供給、更多的Flash和SRAM中的所有信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通過(guò)匯編軟件，可很便捷地把獲取的信息轉(zhuǎn)換為匯編文件格式，從而分析出傳感節(jié)點(diǎn)所存儲(chǔ)的程序代碼、路由協(xié)議和密鑰等信息，同時(shí)也可以修改程序代碼，并加載到傳感節(jié)點(diǎn)當(dāng)中。[1] 管理節(jié)點(diǎn)是用于動(dòng)態(tài)地管理整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，傳感器網(wǎng)絡(luò)的所有者通過(guò)管理節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)上的資源。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(wú)線通信模塊能量供應(yīng)模塊圖1-2無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)模塊結(jié)構(gòu)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)通常由四部分組成（如圖1-2）：1、傳感器模塊：用來(lái)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)信息的采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；2、處理器模塊：用來(lái)控制整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的操作、存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)；3、無(wú)線通信模塊：用來(lái)與其他傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線通信、交換控制消息和收發(fā)采集消息，它有四種狀態(tài)：發(fā)送、接受、空閑、睡眠；4、能量供應(yīng)模塊：用來(lái)為傳感器節(jié)點(diǎn)提供運(yùn)行所需的能量，通常會(huì)采用微電池型。1.1.4無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧多采用五層協(xié)議：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層，是與以太網(wǎng)協(xié)議棧的五層協(xié)議相對(duì)應(yīng)的。另外，協(xié)議棧還應(yīng)包括能量管理器、拓?fù)涔芾砥鳌⑷蝿?wù)管理器。這些管理器使得傳感器節(jié)點(diǎn)能夠按照能源高效方式進(jìn)行協(xié)同工作，在節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)去中轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，并且支持多任務(wù)和資源共享，如圖1-3所示。物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層應(yīng)用層移動(dòng)管理平臺(tái)能量管理平臺(tái)任務(wù)管理平臺(tái)物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層應(yīng)用層移動(dòng)管理平臺(tái)能量管理平臺(tái)任務(wù)管理平臺(tái)圖1-3無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧各層協(xié)議、管理器的功能如下：1、物理層提供簡(jiǎn)單并且健壯的信號(hào)調(diào)制和無(wú)線收發(fā)技術(shù)；2、數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)成幀、幀檢測(cè)、媒體訪問(wèn)、差錯(cuò)控制；3、網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)路由生成與選擇；4、傳輸層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流傳輸控制，是保證通信服務(wù)質(zhì)量的重要組成部分；5、應(yīng)用層通常包括一系列基于監(jiān)測(cè)任務(wù)的應(yīng)用層軟件；6、能量管理器是管理傳感器節(jié)點(diǎn)如何使用能源，在各個(gè)協(xié)議層都需要考慮到節(jié)省能量；7、移動(dòng)管理器檢測(cè)并且注冊(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)，維護(hù)到匯聚節(jié)點(diǎn)的路由，使傳感器節(jié)點(diǎn)能夠動(dòng)態(tài)跟蹤其鄰居的位置；8、任務(wù)管理器在一個(gè)給定的區(qū)域內(nèi)平衡、調(diào)度監(jiān)測(cè)任務(wù)。1.1.5無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為，目前新領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)，是涉及多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，還有很多的關(guān)鍵技術(shù)有待發(fā)現(xiàn)和探索，下面就列舉部分關(guān)鍵技術(shù)：1、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼夹g(shù)對(duì)于無(wú)線自組織的傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼夹g(shù)具有極其重要的意義。與此同時(shí)，拓?fù)浼夹g(shù)對(duì)路由協(xié)議性能的影響也非常大。通過(guò)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(lái)延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼夹g(shù)現(xiàn)在研究的主要問(wèn)題是在滿足網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通度和覆蓋度的前提下，通過(guò)功率控制和骨干網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的選擇，剔除節(jié)點(diǎn)之間一些不必要的無(wú)線通信鏈路，生成一個(gè)高效率的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。2、路由控制技術(shù)保證數(shù)據(jù)的傳輸，在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間建立可靠的路由是路由協(xié)議的目的。首先，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量多，沒(méi)有采用全網(wǎng)統(tǒng)一的編址；此外，節(jié)點(diǎn)能量有限并且大都處于靜止?fàn)顟B(tài)等特點(diǎn)，使得傳感器網(wǎng)絡(luò)不能采用傳統(tǒng)的基于IP的路由協(xié)議。而Adhoe網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)有的路由協(xié)議，如基于距離矢量的按需路由(AdhocOnDemandDistanceVector，AODV)協(xié)議等，不完全適用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議必須考慮有效地使用能量，以數(shù)據(jù)為中心，或者利用地理位置信息進(jìn)行路由。因此，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要一套新型的適合自身的路由協(xié)議，對(duì)我們提出了設(shè)計(jì)可靠、講究能量效率，且能保證網(wǎng)絡(luò)能量消耗平衡的路由協(xié)議要求。3、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常都會(huì)布置在無(wú)人維護(hù)、不可控制的環(huán)境情況中，所以傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全性一直是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。傳感器網(wǎng)絡(luò)除了具有一般無(wú)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。另外，在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，安全的概念也發(fā)生了變化，隱私保護(hù)是極其重要，而授權(quán)重要性卻降低。目前傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全研究?jī)H僅處于初級(jí)階段，要針對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和安全的威脅，研究新型的安全的優(yōu)化的路由協(xié)議。1.2OPNET簡(jiǎn)介OPNET是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)軟件包，它能準(zhǔn)確的分析復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的性能和行為。在網(wǎng)絡(luò)模型中的任何地方都可以插入標(biāo)準(zhǔn)的或用戶指定的探頭，以采集數(shù)據(jù)和進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。通過(guò)探頭得到的仿真輸出能夠以圖形化顯示、數(shù)字方式觀察、輸出到第三方的軟件包去。其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)通常有三個(gè)模塊組成，能為用戶提供一系列的仿真模型庫(kù)，在電信、航天航空、軍事、系統(tǒng)集成、大學(xué)、咨詢服務(wù)、行政機(jī)關(guān)等方面被廣泛應(yīng)用。1.2.1OPNETModeler的主要特性O(shè)PNETModeler的主要特性包含以下幾點(diǎn)：1、層次化的網(wǎng)絡(luò)模型OPNETModeler提供了三層建模機(jī)制，分別在進(jìn)程層、節(jié)點(diǎn)層、網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行由下到上的建模機(jī)制。進(jìn)程模型的基礎(chǔ)是用有限狀態(tài)機(jī)FSM(FiniteStateMachine)來(lái)描述各種協(xié)議。各個(gè)狀態(tài)再分別進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)。節(jié)點(diǎn)模型由進(jìn)程模型構(gòu)成，可以組成完整的協(xié)議棧，真實(shí)的描繪所建模設(shè)備的特性。各模塊間通過(guò)數(shù)據(jù)包和狀態(tài)信息的傳遞來(lái)進(jìn)行各種操作，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的功能。2、簡(jiǎn)單明了的建模方法Modeler建模過(guò)程分為3個(gè)層次：過(guò)程層次、節(jié)點(diǎn)層次以及網(wǎng)絡(luò)層次。在過(guò)程層次模擬單個(gè)對(duì)象的行為，在節(jié)點(diǎn)層次中將其互連成設(shè)備，在網(wǎng)絡(luò)層次中將這些設(shè)備互連組成網(wǎng)絡(luò)。幾個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景組成項(xiàng)目，用來(lái)比較不同的設(shè)計(jì)方案。這也是Modeler建模的重要機(jī)制，這種機(jī)制對(duì)項(xiàng)目的管理和分工很有幫助。3、有限狀態(tài)機(jī)在過(guò)程層次使用有限狀態(tài)機(jī)來(lái)對(duì)協(xié)議及其他過(guò)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(yǔ)言對(duì)任何過(guò)程進(jìn)行模擬。用戶可以隨心所欲地控制仿真的詳細(xì)程度。有限狀態(tài)機(jī)加上標(biāo)準(zhǔn)的C/C++以及OPNET本身提供的400多個(gè)庫(kù)函數(shù)構(gòu)成了Modeler編程的核心。4、對(duì)協(xié)議編程的全面支持支持400多個(gè)庫(kù)函數(shù)以及書(shū)寫(xiě)風(fēng)格簡(jiǎn)潔的協(xié)議模型。OPNET的核心已經(jīng)存儲(chǔ)了眾多協(xié)議，因此對(duì)于很多協(xié)議，無(wú)需進(jìn)行額外的編程。5、系統(tǒng)的完全開(kāi)放性Modeler中源碼全部開(kāi)放，用戶可以根據(jù)個(gè)人的需要添加或者修改已有的源碼。6、集成調(diào)試器快速地驗(yàn)證仿真或者發(fā)現(xiàn)仿真中存在的問(wèn)題，OPNET本身有自己的調(diào)試工具——OPNETDebugger。另外，OPNET在Windows平臺(tái)下還支持和編程語(yǔ)言VC的聯(lián)合調(diào)試。1.2.2OPNET的安裝由于OPNET軟件不為眾人所熟悉，筆者在安裝過(guò)程也頗為坎坷，所以特此附上OPNET的安裝的簡(jiǎn)單過(guò)程：安裝好VC6.0，并選擇自動(dòng)配置環(huán)境變量；圖1-4OPNET安裝環(huán)境變量的配置下載OPNET安裝文件，按:models_14.5.A_PL1_27-Feb-2008.exeWindowsmodeler_docs_145A_7015_28Jan2008.exe,Windows\modeler_145A_7116.exe的順序安裝，即可安裝完成。圖1-5OPNET安裝圖1.2.3OPNET仿真OPNET提供了三層機(jī)制，分別為：進(jìn)程層、節(jié)點(diǎn)層、網(wǎng)絡(luò)層。其中，在進(jìn)程層對(duì)每個(gè)對(duì)象的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理仿真；在節(jié)點(diǎn)層，對(duì)進(jìn)程層的對(duì)象進(jìn)行互連形成設(shè)備；在網(wǎng)絡(luò)層，將設(shè)備通過(guò)鏈路連接成網(wǎng)絡(luò)，將多個(gè)網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景交織在一起，形成工程，就是我們所說(shuō)的仿真平臺(tái)，具體流程如圖1-6所示。開(kāi)始理解系統(tǒng) 理解系統(tǒng)理解仿真目的理解仿真目的選擇需要建模的方面選擇需要建模的方面定義輸入和輸出定義輸入和輸出確定系統(tǒng)模型確定系統(tǒng)模型確定運(yùn)行仿真確定運(yùn)行仿真否系統(tǒng)結(jié)果精確？否系統(tǒng)結(jié)果精確？是是否否結(jié)果足夠詳細(xì)？否否結(jié)果足夠詳細(xì)？結(jié)束結(jié)束結(jié)果統(tǒng)計(jì)可用？結(jié)果統(tǒng)計(jì)可用？結(jié)束結(jié)束圖1-6OPNET仿真流程圖第二章無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由研究2.1無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由概述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)的路由具有很大的差別。盡管它和無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)都是無(wú)線自組織多跳網(wǎng)絡(luò)，但二者存在著很大的差異。這使得傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議和MANET的路由協(xié)議均不適用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，必須依據(jù)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)新的路由協(xié)議，使之有效地保證無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)功能的正常實(shí)施。2.2無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議負(fù)責(zé)在匯聚節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)間可靠地傳輸數(shù)據(jù)。由于其應(yīng)用相關(guān)性，單一的路由協(xié)議不能滿足各種應(yīng)用需求,因而研究人員提出了多種不同的路由協(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(lèi)。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議，它具有能量?jī)?yōu)先、基于局部的拓?fù)湫畔ⅰ⒁詳?shù)據(jù)為中心和應(yīng)用相關(guān)四個(gè)特點(diǎn)，因而，根據(jù)具體的應(yīng)用設(shè)計(jì)路由機(jī)制時(shí)，從四個(gè)方面衡量路由協(xié)議的優(yōu)劣：1、能量高效傳統(tǒng)路由協(xié)議在選擇最優(yōu)路徑時(shí)，很少考慮節(jié)點(diǎn)的能量問(wèn)題。由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的能量有限，傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議不僅要選擇能量消耗小的消息傳輸路徑，更要能量均衡消耗，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單而且高效的傳輸，盡可能地延長(zhǎng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生存期。2、可擴(kuò)展性無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用決定了它的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不是永遠(yuǎn)不變的，而且很容易造成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)發(fā)生變化，所以要求路由協(xié)議有可擴(kuò)展性，可以適應(yīng)結(jié)構(gòu)的變化。具體表現(xiàn)于傳感器的數(shù)量、網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域、網(wǎng)絡(luò)生命周期、網(wǎng)絡(luò)時(shí)間延遲和網(wǎng)絡(luò)感知精度等方面。3、魯棒性無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，由于環(huán)境和節(jié)點(diǎn)的能量耗盡造成傳感器的失效、通信質(zhì)量的降低使網(wǎng)絡(luò)變得不可靠，所以在路由協(xié)議的設(shè)計(jì)過(guò)程中必須考慮軟硬件的高容錯(cuò)性，保障網(wǎng)絡(luò)的健壯性。4、快速收斂性由于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，要求路由協(xié)議能夠快速收斂，以適應(yīng)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)變化，提高帶寬和節(jié)點(diǎn)能量等有限資源的利用率和消息傳輸效率。本文根據(jù)不同的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸模型,對(duì)目前的路由協(xié)議作了以下四種分類(lèi)：廣播式路由協(xié)議、坐標(biāo)式路由協(xié)議、分簇式路由路由和QoS的路由協(xié)議，并對(duì)各類(lèi)路由協(xié)議進(jìn)行了分析。2.2.1廣播式路由協(xié)議1、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。它實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，不需要為保持網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒑蛯?shí)現(xiàn)復(fù)雜的路由算法消耗計(jì)算資源，適用于健壯性要求高的場(chǎng)合。但是，擴(kuò)散法存在信息爆炸問(wèn)題，即能出現(xiàn)一個(gè)節(jié)點(diǎn)可能得到數(shù)據(jù)多個(gè)副本的情況，并且也會(huì)出現(xiàn)部分重疊的現(xiàn)象，另外，擴(kuò)散法沒(méi)有計(jì)算各個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量，不能作出相應(yīng)的自適應(yīng)路由選擇，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)能量耗盡時(shí)，網(wǎng)絡(luò)就會(huì)消滅。具體實(shí)現(xiàn)：節(jié)點(diǎn)A希望發(fā)送數(shù)據(jù)給節(jié)點(diǎn)B，節(jié)點(diǎn)A首先通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)的副本傳給其每一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)又將其傳給除A外的其他的鄰居節(jié)點(diǎn)，直到將數(shù)據(jù)傳到B為止或者為該數(shù)據(jù)設(shè)定的生命期限變?yōu)榱銥橹够蛘咚泄?jié)點(diǎn)擁有此副本為止。2、定向路由擴(kuò)散DD（DirectedDiffusion）它通過(guò)泛洪方式給所有的傳感器節(jié)點(diǎn)廣播興趣消息，伴隨興趣消息在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中傳播，協(xié)議逐跳地在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上建立反向的從數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)到基站或者匯聚節(jié)點(diǎn)的傳輸梯度。該協(xié)議通過(guò)將來(lái)自不同源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)聚集再重新路由達(dá)到消除冗余和最大程度降低數(shù)據(jù)傳輸量的目的，因此可以節(jié)約網(wǎng)絡(luò)能量、延長(zhǎng)系統(tǒng)的生存期。然而，路徑建立時(shí)的興趣消息擴(kuò)散要執(zhí)行一個(gè)泛洪廣播操作，時(shí)間和能量消耗非常大。具體實(shí)現(xiàn)：首先是興趣消息擴(kuò)散，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都在本地保存一個(gè)興趣列表，其中專門(mén)存在一個(gè)表項(xiàng)用來(lái)記錄發(fā)送該興趣消息的鄰居節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)發(fā)送速率和時(shí)間戳等相關(guān)信息，之后建立傳輸梯度。數(shù)據(jù)沿著建立好的梯度路徑傳輸。3、謠傳路由（RumorRouting）D.Braginsky等人提出的適用于數(shù)據(jù)傳輸量較小的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議。它的基本思想是時(shí)間監(jiān)測(cè)區(qū)域的感應(yīng)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生代理消息，代理消息沿著隨機(jī)路徑向鄰居節(jié)點(diǎn)擴(kuò)散傳播。同時(shí)，基站或者匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送的查詢消息也會(huì)沿著隨機(jī)路徑在網(wǎng)絡(luò)中傳播。當(dāng)查詢消息和代理消息的傳播路徑交叉在一起時(shí)就會(huì)形成一條基站或匯聚節(jié)點(diǎn)到時(shí)間監(jiān)測(cè)區(qū)域的完整路徑。具體實(shí)現(xiàn)：每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)維護(hù)一個(gè)鄰居列表和一個(gè)事件列表，當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到一個(gè)事件發(fā)生時(shí)，在事件列表中增加一個(gè)表項(xiàng)并根據(jù)概率產(chǎn)生一個(gè)代理消息，代理消息是一個(gè)包含事件相關(guān)信息的分組，將事件傳給經(jīng)過(guò)的節(jié)點(diǎn)，收到代理消息的節(jié)點(diǎn)檢查表項(xiàng)進(jìn)行更新和增加表項(xiàng)的操作。節(jié)點(diǎn)根據(jù)事件列表到達(dá)事件區(qū)域的路徑，或者節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選擇鄰居轉(zhuǎn)發(fā)查詢消息。4、SPIN（SensorProtocolsforInformationviaNegotiation）W.Heinzelman等人提出的一種自適應(yīng)的SPIN路由協(xié)議。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(lèi)似的數(shù)據(jù)，所以只要發(fā)送其他節(jié)點(diǎn)所沒(méi)有的數(shù)據(jù)。SPIN協(xié)議通過(guò)協(xié)商完成資源自適應(yīng)算法，即在發(fā)送真正數(shù)據(jù)之前，經(jīng)過(guò)協(xié)商壓縮重復(fù)的信息，避免冗余數(shù)據(jù)的發(fā)送；另外，SPIN協(xié)議有權(quán)訪問(wèn)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前能量水平，根據(jù)節(jié)點(diǎn)剩余能量水平調(diào)整協(xié)議，所以可以延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存期。具體實(shí)現(xiàn)：SPIN采用了3種數(shù)據(jù)包來(lái)通信：ADV用于新數(shù)據(jù)的廣播，當(dāng)節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，利用該數(shù)據(jù)包向外廣播；REQ用于請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)希望接收數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送該報(bào)文；DATA包含帶有Meta-data頭部數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)報(bào)文；當(dāng)一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)在發(fā)送一個(gè)DATA數(shù)據(jù)包之前，首先向其鄰居節(jié)點(diǎn)廣播式地發(fā)送ADV數(shù)據(jù)包，如果一個(gè)鄰居希望接收該DATA數(shù)據(jù)包，則像該節(jié)點(diǎn)發(fā)送REQ數(shù)據(jù)包，接著節(jié)點(diǎn)向其鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送DATA數(shù)據(jù)包。5、GEAR（GeographicalandEnergyAwareRouting）Y.Yu等人提出了GEAR路由協(xié)議，即根據(jù)時(shí)間區(qū)域的地址位置，建立基站或者匯聚節(jié)點(diǎn)到時(shí)間區(qū)域的優(yōu)化路徑。把GEAR劃分為廣播式路由協(xié)議有點(diǎn)不合適，但是由于它是在利用地理信息的基礎(chǔ)上將數(shù)據(jù)發(fā)送到合適的區(qū)域，而且又是基于DD提出，這里仍然作為廣播式的一種。具體實(shí)現(xiàn)：首先向目標(biāo)區(qū)域傳遞數(shù)據(jù)包，當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)包時(shí)，先檢查是否有鄰居比它更接近目標(biāo)區(qū)域。如有就選擇離目標(biāo)區(qū)域最近的節(jié)點(diǎn)作數(shù)據(jù)傳遞的下一跳節(jié)點(diǎn)。如果數(shù)據(jù)包已經(jīng)到達(dá)目標(biāo)區(qū)域，利用遞歸的地理傳遞方式和受限的擴(kuò)散方式發(fā)布該數(shù)據(jù)。2.2.2坐標(biāo)式路由協(xié)議1、GEM（GraphEmbedding）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(lái)代表實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)以基站或匯聚節(jié)點(diǎn)為根的帶環(huán)樹(shù)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)用距離樹(shù)根的跳數(shù)距離和角度范圍兩個(gè)參數(shù)表示：具體實(shí)現(xiàn)：首先建立虛擬極坐標(biāo)系統(tǒng)，主要有三個(gè)階段：由跳數(shù)建立路由并擴(kuò)展到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)形成生成樹(shù)型結(jié)構(gòu)，再?gòu)娜~節(jié)點(diǎn)開(kāi)始反饋?zhàn)訕?shù)的大小，即樹(shù)中包含的節(jié)點(diǎn)數(shù)目，最后確定每個(gè)子節(jié)點(diǎn)的虛擬角度范圍。建立好系統(tǒng)之后，利用虛擬極坐標(biāo)算法發(fā)送消息，即節(jié)點(diǎn)收到消息檢查是否在自己的角度范圍之內(nèi)，不在就向父節(jié)點(diǎn)傳遞消息，直到消息到達(dá)包含目的位置角度的節(jié)點(diǎn)。另外，當(dāng)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，需要及時(shí)更新，如節(jié)點(diǎn)加入和節(jié)點(diǎn)失效。2、GRWLI（GeographicRoutingWithoutLocationInformation）A.Rao等人提出了建立全局坐標(biāo)系的路由協(xié)議，其前提是需要少數(shù)節(jié)點(diǎn)精確位置信息。首先確定節(jié)點(diǎn)在坐標(biāo)系中的位置，根據(jù)位置進(jìn)行數(shù)據(jù)路由。關(guān)鍵是利用某些知道自己位置信息的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)確定全局坐標(biāo)系及其他節(jié)點(diǎn)在坐標(biāo)系中的位置。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)。一是確定邊界節(jié)點(diǎn)都為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，則非邊界節(jié)點(diǎn)通過(guò)邊界節(jié)點(diǎn)確定自己的位置信息。在平面情況下，節(jié)點(diǎn)通過(guò)鄰居節(jié)點(diǎn)位置的平均值計(jì)算。二是使用兩個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，則邊界節(jié)點(diǎn)只知道自己處于網(wǎng)絡(luò)邊界不知道自己的精確位置消息。引入兩個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，并通過(guò)邊界節(jié)點(diǎn)交換信息建立全局坐標(biāo)系。三是使用一個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，到信標(biāo)節(jié)點(diǎn)最大的節(jié)點(diǎn)標(biāo)記自己為邊界節(jié)點(diǎn)。2.2.3分簇式路由協(xié)議為了保證網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性而且不降低服務(wù)質(zhì)量，很多路由協(xié)議的設(shè)計(jì)中使用了分簇的思想。通過(guò)將整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)區(qū)域分為若干個(gè)簇，每個(gè)簇中選舉一個(gè)簇頭，通過(guò)多跳通信及數(shù)據(jù)融合來(lái)減少傳送到匯聚節(jié)點(diǎn)的信息量，從而節(jié)約能量消耗。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。1、LEACH（LowEnergyAdaptiveClusteringHierarchy）MIT的Chandrakasan等人為無(wú)線傳感器設(shè)計(jì)的一種分簇路由算法，它的基本思想是以循環(huán)的方式隨機(jī)選擇簇首節(jié)點(diǎn)，平均分配整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量到每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，從而可以降低網(wǎng)絡(luò)能源消耗，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間。簇首的產(chǎn)生是簇形成的基礎(chǔ)，簇首的選取一般基于節(jié)點(diǎn)的剩余能量、簇首到基站或匯聚節(jié)點(diǎn)的距離、簇首的位置和簇內(nèi)的通信代價(jià)。簇首的產(chǎn)生算法可以被分為分布式和集中式兩種。與節(jié)點(diǎn)直接與匯聚節(jié)點(diǎn)通信相比，LEACH協(xié)議降低了7倍的能耗，與最小傳輸能量路由相比，其降低了4到8倍的能耗。但利用LEACH算法選舉出的簇頭分布不均勻，且不適合大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)及能量不均衡的網(wǎng)絡(luò)。具體實(shí)現(xiàn)：LEACH不斷地循環(huán)執(zhí)行簇的重構(gòu)過(guò)程，可以分為兩個(gè)階段：一是簇的建立，即包括簇首節(jié)點(diǎn)的選擇、簇首節(jié)點(diǎn)的廣播、簇首節(jié)點(diǎn)的建立和調(diào)度機(jī)制的生成。二是傳輸數(shù)據(jù)的穩(wěn)定階段。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。在穩(wěn)定階段中，節(jié)點(diǎn)將采集的數(shù)據(jù)送到簇首節(jié)點(diǎn)，簇首節(jié)點(diǎn)將信息融合后送給匯聚點(diǎn)。一段時(shí)間后，重新建立簇，不斷循環(huán)。2、GAF（GeographicAdaptiveFidelity）Y.Xu等人提出的一種利用分簇進(jìn)行通信的路由算法。它最初是為移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用設(shè)計(jì)的，也可以適用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。其基本思想是網(wǎng)絡(luò)區(qū)被分成固定區(qū)域，形成虛擬網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格里選出一個(gè)簇首節(jié)點(diǎn)在某段時(shí)間內(nèi)保持清醒，其他節(jié)點(diǎn)都進(jìn)入睡眠狀態(tài)，但是簇首節(jié)點(diǎn)并不做任何數(shù)據(jù)匯聚或者融合工作。GAF算法即關(guān)掉網(wǎng)絡(luò)中不必要的節(jié)點(diǎn)節(jié)省能量，同樣可以達(dá)到延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存期的目的。具體實(shí)現(xiàn)：當(dāng)劃分好固定的虛擬網(wǎng)格之后，網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)利用GPS接受卡指示的位置信息將節(jié)點(diǎn)本身與虛擬網(wǎng)格中某個(gè)點(diǎn)關(guān)聯(lián)映射起來(lái)。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)。2.2.4QoS路由協(xié)議除了上述三種路由協(xié)議分類(lèi)之外，還有一些路由協(xié)議在路由建立時(shí)，需要考慮吞吐量、端到端時(shí)延等QoS性能參數(shù)，特別是在采集視頻和音頻數(shù)據(jù)時(shí)。QoS是一個(gè)提供軟實(shí)時(shí)端到端速率保證、網(wǎng)絡(luò)擁塞控制及負(fù)載均衡的路由協(xié)議。該協(xié)議要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)其鄰居信息，使用SNGF（statelessgeographicnon-deterministicforwarding）算法尋找路徑，并確保每個(gè)報(bào)文分組能以指定速度轉(zhuǎn)發(fā)給匯聚節(jié)點(diǎn)。SPEED中的路由模塊SNGF和其它四個(gè)模塊一起構(gòu)成其協(xié)議的框架，其中信標(biāo)交換模塊主要是搜集節(jié)點(diǎn)的地理位置信息；延遲估計(jì)模塊主要計(jì)算數(shù)據(jù)包的傳輸延遲并將其發(fā)送給SNGF模塊；鄰居反饋模塊NFL主要提供數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)率并將其返回給SNGF模塊；反向重路由模塊主要通過(guò)向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送回送消息來(lái)避免路由空洞。與MANET的DSR和AODV協(xié)議相比，SPEED在端到端時(shí)延、丟包率及能量消耗上均優(yōu)于二者。但是SPEED協(xié)議在路由過(guò)程沒(méi)有考慮在多條路徑上傳輸以提高平均壽命,傳輸?shù)膱?bào)文也沒(méi)有優(yōu)先級(jí)機(jī)制.[2]2.2.5比較與分析表2-1三種協(xié)議性能比較能量高效可擴(kuò)展性魯棒性快速收斂性廣播擴(kuò)散法不是好不好不好DD是受限好好謠傳路由不是好不好不好SPIN是受限好好GEAR是受限好好坐標(biāo)坐標(biāo)GEM是好好好GRWLI是好好很好分簇分簇LEACH是不好好很好GAF是不好好很好 經(jīng)過(guò)上面的簡(jiǎn)單介紹，每個(gè)協(xié)議在其設(shè)計(jì)的時(shí)候都有各自的側(cè)重點(diǎn)和最優(yōu)的方面，按照衡量標(biāo)準(zhǔn)可以把以上協(xié)議做簡(jiǎn)略的比較并找出相對(duì)較好的一類(lèi)協(xié)議。其中，如何提供有效的節(jié)能，即能量有效性是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議最首要注重的方面，可擴(kuò)展性和魯棒性是路由協(xié)議應(yīng)該滿足的基本要求，而快速收斂性和網(wǎng)絡(luò)存在的時(shí)間有緊密的聯(lián)系。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(jiàn)表2-1。由上表可見(jiàn)，廣播式總是存在一種矛盾，當(dāng)具有好的擴(kuò)展性時(shí)勢(shì)必以差的魯棒性和能量高效為代價(jià)，即以犧牲魯棒性換取擴(kuò)展性和高能量，這同時(shí)也嚴(yán)重影響了節(jié)點(diǎn)的快速收斂性。而坐標(biāo)式彌補(bǔ)了廣播式的不足，可以同時(shí)達(dá)到四個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)。分簇式相對(duì)于前兩種方式來(lái)說(shuō)，具備了較好的性能，可以滿足人們對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的一般要求。所以，以能量高效、可擴(kuò)展性、魯棒性和快速收斂性四個(gè)基本標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量路由協(xié)議，分簇式是最佳的選擇。第三章基于OPNET的無(wú)線傳感器路由仿真為了比較無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由的優(yōu)劣，探索無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由的發(fā)展趨勢(shì)，本文選取無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)比較有代表性的路由在OPNET軟件上進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。1、通過(guò)對(duì)定向擴(kuò)散路由的模式分析，了解DD路由的運(yùn)做過(guò)程，從而進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)和分析；2、通過(guò)對(duì)QoS路由策略分析，基于DD路由（DirectedDiffusion）對(duì)QoS路由擴(kuò)展和改進(jìn)，比較傳統(tǒng)DD與QoS路由在不同條件的性能，研究QoS路由的優(yōu)勢(shì)；3、通過(guò)對(duì)分簇路由協(xié)議中LEACH協(xié)議研究和算法的分析，將其與另一種簡(jiǎn)單的直接傳輸（DirectTrans）協(xié)議進(jìn)行比較，從OPNET的分析結(jié)果中研究分簇路由的優(yōu)勢(shì)。3.1定向擴(kuò)散路由仿真與分析3.1.1定向擴(kuò)散（DirectedDiffusion）路由模式分析定向擴(kuò)散包括以下幾個(gè)要素：“興趣”、數(shù)據(jù)消息、“梯度”以及路徑加強(qiáng)。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?？傮w而言，傳播的傳感器網(wǎng)絡(luò)中是收集一個(gè)物理現(xiàn)象的信息或數(shù)據(jù)處理信息。這些數(shù)據(jù)構(gòu)成的感應(yīng)現(xiàn)象的簡(jiǎn)要說(shuō)明為“事件”。在DD路由中，數(shù)據(jù)以“屬性對(duì)”的形式被命名的，如：“區(qū)域—湖南文理學(xué)院”、“編號(hào)——0010”等。感應(yīng)任務(wù)在傳感器網(wǎng)絡(luò)里是以對(duì)被命名數(shù)據(jù)的興趣的形式建立拓?fù)涞摹Ｔ趥鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)之中，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通過(guò)建立梯度來(lái)“引導(dǎo)”事件。事件事件源節(jié)點(diǎn)興趣源節(jié)點(diǎn)興趣Sink節(jié)點(diǎn) Sink節(jié)點(diǎn)(a)興趣擴(kuò)散事件事件梯度源節(jié)點(diǎn)梯度源節(jié)點(diǎn)Sink節(jié)點(diǎn) Sink節(jié)點(diǎn)(b)路徑選擇事件事件源節(jié)點(diǎn)源節(jié)點(diǎn)Sink節(jié)點(diǎn) Sink節(jié)點(diǎn) (c)路徑加強(qiáng)和數(shù)據(jù)傳輸圖3-1定向擴(kuò)散模式流程3.1.2運(yùn)行仿真在仿真模型中，設(shè)定了一個(gè)sink節(jié)點(diǎn)和多個(gè)感應(yīng)節(jié)點(diǎn)，這些感應(yīng)節(jié)點(diǎn)有些作為源節(jié)點(diǎn)，有些作為中繼節(jié)點(diǎn)，有些則在某次任務(wù)中暫時(shí)不發(fā)揮作用。節(jié)點(diǎn)的角色是隨著任務(wù)的不同，以及目標(biāo)狀況不斷變換的。1、SINK節(jié)點(diǎn)如圖3-2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。rec和trans分別表示收發(fā)機(jī)進(jìn)程，sink_gene表示了在sink節(jié)點(diǎn)中興趣產(chǎn)生進(jìn)程，sink表示對(duì)sink節(jié)點(diǎn)的控制進(jìn)程。圖3-2sink節(jié)點(diǎn)接下來(lái)主要介紹sink和sink_gene進(jìn)程:在sink進(jìn)程中，我進(jìn)行了一些對(duì)sink節(jié)點(diǎn)的設(shè)定。其中主要實(shí)現(xiàn)的是能量監(jiān)視功能，首先設(shè)置特定的能量消耗和能量?jī)?chǔ)備，我們能夠動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)的能量變化情況。節(jié)點(diǎn)的能量也是可以耗盡的，我們?cè)O(shè)定了一個(gè)標(biāo)識(shí)符以及對(duì)一些特定時(shí)刻的記錄，這些將會(huì)在對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理的時(shí)候發(fā)揮作用。在sink_gene進(jìn)程中，我們主要的工作室興趣創(chuàng)建，如圖3-3所示，在進(jìn)程編輯器中見(jiàn)到的sink_gene進(jìn)程的各個(gè)模塊。在進(jìn)程中，我們?cè)O(shè)定包間隔是隨機(jī)變量，以模仿在實(shí)際情況中因地形、傳輸方式、地理距離等不可測(cè)情況的區(qū)別而造成的時(shí)延。圖3-3sink_gene進(jìn)程在興趣設(shè)定過(guò)程中，我們將包格式設(shè)定包括了發(fā)送者“send_id”、類(lèi)型“type”、興趣序號(hào)“sequence”、時(shí)間戳“timestamp”的屬性，這些都是在興趣擴(kuò)散后反過(guò)來(lái)建立梯度網(wǎng)的必要屬性。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。2、感應(yīng)節(jié)點(diǎn)如圖3-4所示，在感應(yīng)節(jié)點(diǎn)的設(shè)定中，process和trans兩個(gè)進(jìn)程是核心進(jìn)程。他們分別的作用是節(jié)點(diǎn)中的包的建立和對(duì)包傳輸進(jìn)行處理從而建立拓?fù)洌⑴袛喙?jié)點(diǎn)在特定情況下的角色等。圖3-4感應(yīng)節(jié)點(diǎn)3、仿真波形針對(duì)節(jié)點(diǎn)的剩余能量、總能量和數(shù)據(jù)延遲進(jìn)行了仿真觀測(cè)。其中，剩余能量、總能量和數(shù)據(jù)延遲都是局部變量，它們都反映了一個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)變化。在我們的仿真中，我們?cè)O(shè)定了每個(gè)節(jié)點(diǎn)的總能量值以及在某些特殊情況下的節(jié)點(diǎn)能量消耗值。具體的設(shè)置如下：#defineRECV_CONTROL_ENERGYRX_ENERGY*CONTROL_MESSAGE#defineRECV_DATA_ENERGYRX_ENERGY*DATA_MESSAGE#defineTRANS_CONTROL_ENERGYTX_RF*CONTROL_MESSAGE#defineTRANS_DATA_ENERGYTX_RF*DATA_MESSAGEcost數(shù)組反映了，我們所規(guī)定的節(jié)點(diǎn)在扮演不同類(lèi)型的角色時(shí)，它們的能量消耗情況，這些消耗值是有差別的，個(gè)體能量消耗可以根據(jù)要求具體設(shè)置。關(guān)于能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題，參考如下語(yǔ)句[3]剩余能量變化：Energy_stathandle_ptr->remain_energy-=TX_RF*CONTROL_MESSAGEEnergy_stathandle_ptr->remain_energy-=TX_RF*DATA_MESSAGE;Energy_stathandle_ptr->remain_energy-=RECV_DATA_ENERGY;Energy_stathandle_ptr->remain_energy-=RECV_CONTROL_ENERGY;總能量變化：total_energy-=TX_RF*CONTROL_MESSAGE;total_energy-=TX_RF*DATA_MESSAGE;total_energy-=RECV_DATA_ENERGY;total_energy-=RECV_CONTROL_ENERGY;總能量支出變化：total_energy_consume+=TX_RF*CONTROL_MESSAGE;total_energy_consume+=TX_RF*DATA_MESSAGE;total_energy_consume+=RECV_DATA_ENERGY;total_energy_consume+=RECV_CONTROL_MESSAGE_ENERGY;數(shù)據(jù)延遲反映了網(wǎng)絡(luò)性能的變化，因?yàn)槲覀儾扇×藢?duì)剩余能量最多的節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)的方法，所以，不會(huì)出現(xiàn)某個(gè)節(jié)點(diǎn)總是傳輸數(shù)據(jù)而將能量快速消耗的情況。（a)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)延遲變化（b）節(jié)點(diǎn)數(shù)量變化圖（c）各類(lèi)mode剩余能量變化情況 （d）節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)延遲變化、總能量和剩余能量 圖3-5仿真波形圖由于我們進(jìn)行路徑選擇的規(guī)則是，向剩余能量最多的節(jié)點(diǎn)建立最大梯度，因此，我們選擇對(duì)剩余能量、總能量和數(shù)據(jù)延遲進(jìn)行觀察。下面來(lái)分析一下我們得到的仿真波形圖3-5。根據(jù)需求分析，在場(chǎng)景中我們?cè)O(shè)置了，在一個(gè)范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)符合sink發(fā)送的興趣，分析數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中時(shí)延和能量的變化。由圖可以看到，我們?cè)趨f(xié)議中是以剩余能量為路由選擇參數(shù)的，這可以增加每個(gè)節(jié)點(diǎn)的壽命，即剩余能量變化比較平緩。但是選擇的路徑不一定就是最佳路徑，所以數(shù)據(jù)傳輸?shù)难訒r(shí)可能會(huì)比較長(zhǎng)。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。所以來(lái)說(shuō)，能量與延遲是負(fù)增長(zhǎng)。因此定向擴(kuò)散協(xié)議比較適合對(duì)節(jié)點(diǎn)壽命要求比較高、對(duì)時(shí)延要求比較低的場(chǎng)合。3.1.3結(jié)果分析在模型中，我們可以看出定向擴(kuò)散路由協(xié)議的若干特性。第一，通過(guò)建立梯度可是在眾多路徑中建立起唯一的最優(yōu)路徑，而這個(gè)最優(yōu)路徑就是最節(jié)能的；第二，通過(guò)監(jiān)測(cè)屬性的變化來(lái)對(duì)路徑進(jìn)行評(píng)估，然后對(duì)特定的路徑進(jìn)行加強(qiáng)或者削弱；第三，在OPNET平臺(tái)上，定向擴(kuò)散路由的一些參數(shù)是隨機(jī)設(shè)置的，而在實(shí)際的監(jiān)測(cè)中，它們都將是特定的一些值，而梯度也會(huì)因此被賦予具體。這些都是我們?cè)诩茉O(shè)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)該特別留意的方面。3.2QoS路由仿真與分析目前,已提出的很多無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議，但是很大一部分都是假定服務(wù)基于單一的盡力而為模型。隨著研究和應(yīng)用的不斷深入，不同業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量(QoS)提出了不同的要求，如：軍用監(jiān)控傳感器網(wǎng)絡(luò)中,對(duì)某區(qū)域關(guān)鍵參數(shù)(如空氣中的放射物質(zhì)濃度)的周期性測(cè)量，要求傳輸可靠的檢測(cè)結(jié)果，盡可能低的分組丟失率；而在事件驅(qū)動(dòng)的敵方目標(biāo)識(shí)別和跟蹤中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸則對(duì)延遲和抖動(dòng)非常敏感。在無(wú)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(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)之一。[4]3.2.1QoS路由策略分析1、QoS度量選擇可選QoS度量包括時(shí)延、帶寬、分組丟失率和網(wǎng)絡(luò)吞吐量等，它的選擇反映了網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)和應(yīng)用需求。這里,以網(wǎng)絡(luò)生存期為優(yōu)化目標(biāo),選擇路徑節(jié)點(diǎn)最小剩余能量、時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)以及分組丟失率等作為QoS路由度量。[4]2、QoS路由計(jì)算多約束QoS路由選擇通常是NP完全問(wèn)題,可用去度量相關(guān)性或轉(zhuǎn)化為單一度量來(lái)降低計(jì)算復(fù)雜度。本章對(duì)多約束度量采用優(yōu)先級(jí)調(diào)度法：將入選QoS度量依需求按優(yōu)先級(jí)排序，路徑選擇按優(yōu)先級(jí)依次進(jìn)行，下一級(jí)度量計(jì)算基于前一級(jí)所得的路徑子集，直到滿足所有QoS度量。另外，能力有限的傳感節(jié)點(diǎn)采用依靠鄰居節(jié)點(diǎn)信息的分布式計(jì)算。3、QoS路由維護(hù)路由更新的頻率和消息的大小應(yīng)在路由開(kāi)銷(xiāo)和計(jì)算準(zhǔn)確性上折衷。通過(guò)其他輔助信息(如地理信息等)或設(shè)定更新閾值可限制泛洪范圍和降低泛洪頻率。路由建立或維護(hù)時(shí)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(guò)備份路徑、路徑修復(fù)以及自適應(yīng)等機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量的平滑過(guò)渡。[4]3.2.2基于定向擴(kuò)散路由的QoS路由擴(kuò)展1、定向擴(kuò)散路由（DD）及其擴(kuò)展機(jī)制DD為缺乏全局地址標(biāo)識(shí)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)提供了一種以數(shù)據(jù)為中心，依賴局部梯度(gradient)信息選擇下一跳節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)擴(kuò)散和網(wǎng)間數(shù)據(jù)聚合處理的數(shù)據(jù)分發(fā)模式。它提供對(duì)任務(wù)與數(shù)據(jù)的命名和操作算子，采用發(fā)布/訂閱模式(publish/subscribe)來(lái)建立傳感器網(wǎng)絡(luò)中有效節(jié)點(diǎn)、觀測(cè)節(jié)點(diǎn)和中間節(jié)點(diǎn)間的梯度關(guān)聯(lián)，可提供穩(wěn)定的多徑傳遞和路徑子集選擇。它的主要步驟包括：興趣(Interest)通告、興趣匹配、梯度建立、路徑維護(hù)、數(shù)據(jù)聚合和下一跳選擇。DD默認(rèn)提供基于最小延遲的路由機(jī)制，但它定位為一種數(shù)據(jù)分發(fā)模式，適合研究人員以濾器和濾器優(yōu)先級(jí)組合的形式設(shè)計(jì)新的路由選擇和數(shù)據(jù)聚合處理算法，如GEAR和GPSR。如圖3-6所示是基于DD的節(jié)點(diǎn)信息處理流程。應(yīng)用層、內(nèi)核、濾器和濾器優(yōu)先級(jí)組合的交互過(guò)程,是擴(kuò)展DD的基礎(chǔ)。FilterF2FilterF1AppFilterF2FilterF1AppDirectedDiffusionCoreDirectedDiffusionCore圖3-6基于DD的節(jié)點(diǎn)信息處理流程圖2、算法描述對(duì)傳統(tǒng)DD的改進(jìn)體現(xiàn)在三個(gè)方面：梯度建立、節(jié)點(diǎn)選擇和路徑維護(hù)。算法的關(guān)鍵思想是利用節(jié)點(diǎn)的最大最小剩余能量(MaxMinPathnode-Energy，MaxMPE)和到觀測(cè)節(jié)點(diǎn)的最小跳數(shù)(MinHopCount)來(lái)建立梯度。路徑最小能量MPE是從觀測(cè)節(jié)點(diǎn)到傳感節(jié)點(diǎn)某路徑上節(jié)點(diǎn)能量的最小值，它體現(xiàn)了該路徑的能量瓶頸或最長(zhǎng)可能接續(xù)時(shí)間；最大最小能量MaxMPE是從觀測(cè)節(jié)點(diǎn)到傳感節(jié)點(diǎn)之間多條路徑的最大值，它是當(dāng)前節(jié)點(diǎn)與觀測(cè)節(jié)點(diǎn)間多條路徑的能量瓶頸評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；最小跳MHC是觀測(cè)節(jié)點(diǎn)到傳感節(jié)點(diǎn)多條路徑跳數(shù)的最小值，反映了路徑的最優(yōu)延遲指標(biāo)。梯度建立過(guò)程：興趣分組攜帶上一跳節(jié)點(diǎn)能量、上一跳最大最小剩余能量、跳數(shù)、是否更新MaxMPE和是否更新MHC標(biāo)志等字段；當(dāng)同序號(hào)興趣分組通過(guò)多徑到達(dá)某節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)比較自身能量和上一跳節(jié)點(diǎn)的MaxMPE，取小的為該路徑的MPE，若此MPE比節(jié)點(diǎn)保存的MaxMPE大，或雖相等但跳數(shù)少，則更新節(jié)點(diǎn)的MaxMPE并保留對(duì)應(yīng)的跳數(shù)，置“是否更新MaxMPE0”標(biāo)志為真；若該路徑跳數(shù)比當(dāng)前MHC小，或雖相等但對(duì)應(yīng)的MPE大，則更新節(jié)點(diǎn)的MHC并保留對(duì)應(yīng)的MPE，置“是否更新MHC0”標(biāo)志為真；兩標(biāo)志都為假則丟棄該興趣分組，否則向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播該分組。梯度建立過(guò)程的含義是在興趣分組的泛洪過(guò)程中，組合利用MaxMPE和MHC建立兩類(lèi)梯度，對(duì)于實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，最小延遲被優(yōu)先考慮并兼顧能耗均衡，對(duì)于盡力而為業(yè)務(wù)，能耗均衡則被優(yōu)先考慮而兼顧較小的延遲。[14]周期性興趣泛洪和路徑探測(cè)是傳統(tǒng)DD的路徑維護(hù)進(jìn)行路徑增強(qiáng)或者抑制的方式,但沒(méi)有提供對(duì)失效節(jié)點(diǎn)的快速修復(fù)，而且對(duì)故障節(jié)點(diǎn)的多次發(fā)送嘗試會(huì)消耗當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的能量并增加了分組的端到端時(shí)延。所以,在原有DD路徑維護(hù)機(jī)制基礎(chǔ)上定義如下規(guī)則來(lái)提供對(duì)失效鏈路的快速本地修復(fù)和節(jié)點(diǎn)失效通知：規(guī)則1(路徑快速本地修復(fù))：若當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的下一跳傳輸失敗，則在鄰居信息表中將與此下一跳節(jié)點(diǎn)間的鏈路代價(jià)標(biāo)為無(wú)限大，并重新進(jìn)行下一跳的選擇。若失效節(jié)點(diǎn)和有效節(jié)點(diǎn)的比率超過(guò)給定閾值，則主動(dòng)發(fā)出鏈路狀態(tài)更新的請(qǐng)求，由觀測(cè)節(jié)點(diǎn)重新發(fā)起梯度更新過(guò)程。規(guī)則2(節(jié)點(diǎn)失效通知)：在節(jié)點(diǎn)能量低于設(shè)定閾值后，該節(jié)點(diǎn)就會(huì)主動(dòng)向鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)出失效通知。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(lái)的時(shí)延開(kāi)銷(xiāo)和能量消耗。失效節(jié)點(diǎn)和有效節(jié)點(diǎn)的比率閾值設(shè)置與網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用相關(guān)，若取值太大，下一跳數(shù)據(jù)傳遞失敗的概率越大，可能帶來(lái)性能的較大抖動(dòng)；如果太小，就帶來(lái)過(guò)大的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和不必要的能耗。3、仿真環(huán)境在OPNET仿真環(huán)境下，我們通過(guò)建立網(wǎng)絡(luò)范圍200×200，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)為300，節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布而且無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)仿真場(chǎng)景靜止，其發(fā)送接收最大參考距離為15；節(jié)點(diǎn)采用IEEE802.11MAC層協(xié)議，帶寬2Mb/s；觀測(cè)節(jié)點(diǎn)一個(gè)，位于網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景右上角，目標(biāo)區(qū)域在左下角；仿真過(guò)程中假定目標(biāo)區(qū)域節(jié)點(diǎn)通過(guò)聚合處理，只有一個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)返回匹配數(shù)據(jù)；仿真時(shí)間為網(wǎng)絡(luò)生存期結(jié)束。因?yàn)楣?jié)點(diǎn)的通信能耗比重最大，所以不考慮感知能耗。設(shè)置節(jié)點(diǎn)能量為14000單位，發(fā)送、接收一個(gè)分組消耗5單位。仿真結(jié)果置信度0.95，其余主要仿真參數(shù)包括：觀測(cè)節(jié)點(diǎn)興趣泛洪周期300s；傳感節(jié)點(diǎn)興趣匹配后產(chǎn)生280個(gè)數(shù)據(jù)分組包；數(shù)據(jù)分組包數(shù)據(jù)負(fù)載1024Byte。4、評(píng)價(jià)方法網(wǎng)絡(luò)仿真性能評(píng)價(jià)指標(biāo)包含端到端延遲、網(wǎng)絡(luò)生存期和延遲抖動(dòng)、分組傳輸率和分組傳送代價(jià)：網(wǎng)絡(luò)生存期，目的是考查協(xié)議在節(jié)點(diǎn)能量消耗和網(wǎng)絡(luò)能耗均衡等方面的性能，包括I類(lèi)和II類(lèi)網(wǎng)絡(luò)生存期。端到端延遲和延遲抖動(dòng)，延遲是分組從源節(jié)點(diǎn)到接收節(jié)點(diǎn)的平均經(jīng)過(guò)時(shí)間，延遲抖動(dòng)是同一業(yè)務(wù)流之間不同分組的延遲變化量。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。分組傳輸率，成功接收分組和發(fā)送分組的比率，反映分組傳輸質(zhì)量。分組傳輸代價(jià)，控制分組與數(shù)據(jù)分組的比率。與傳統(tǒng)DD的性能比較表3-1是采用實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)濾器和盡力而為業(yè)務(wù)濾器的改進(jìn)算法，與采用默認(rèn)最小延遲策略的傳統(tǒng)DD的性能比較，考察其兩類(lèi)網(wǎng)絡(luò)生存期，其中A為傳統(tǒng)DD算法、B為只采用實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)濾器的改進(jìn)算法、C只采用盡力而為業(yè)務(wù)濾器。從平均時(shí)延來(lái)看，實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)濾器能獲得最佳性能。分組傳輸率在各種情景下均較高，原因是節(jié)點(diǎn)靜止且網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞€(wěn)定，而2Mbs帶寬足以滿足業(yè)務(wù)帶寬需要。從I類(lèi)網(wǎng)絡(luò)生存期來(lái)看，采用實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)濾器比傳統(tǒng)DD提高了50%，而且盡力而為業(yè)務(wù)濾器則提高了540%；從II類(lèi)網(wǎng)絡(luò)生存期來(lái)看,采用實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)濾器僅比傳統(tǒng)DD提高了7%，而盡力而為業(yè)務(wù)濾器則提高了21%。試驗(yàn)結(jié)果表明改進(jìn)后算法可對(duì)兩類(lèi)業(yè)務(wù)提供有保證的差別服務(wù)，同時(shí)可在全網(wǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)能量資源的充分有效利用，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能耗均衡。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(lèi)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。從協(xié)議代價(jià)上來(lái)看,改進(jìn)后算法有一些增加，原因是更復(fù)雜的梯度建立策略以及鏈路快速修復(fù)機(jī)制所導(dǎo)致的協(xié)議控制開(kāi)銷(xiāo)。表3-1性能比較算法性能ABC網(wǎng)絡(luò)生存期ⅠⅡⅠⅡⅠⅡ業(yè)務(wù)類(lèi)型不支持RT&BERTRTBEBE平均ETE包延遲(ms)3625192685192243002412025260規(guī)格化數(shù)據(jù)包收/發(fā)2.353.941.552.283.014.12分組傳輸率(%)123/125703/731190/192760/785839/845831/853控制包總數(shù)237014700114004901038824392567、結(jié)果分析DD提供了可擴(kuò)展的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)機(jī)制，本文基于DD路由協(xié)議，利用路徑上節(jié)點(diǎn)的最小能量和到觀測(cè)節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)建立兩類(lèi)梯度，采用優(yōu)先級(jí)調(diào)度法來(lái)作為多約束的路由策略，通過(guò)構(gòu)造波爾茲曼概率選擇下一跳節(jié)點(diǎn)，擴(kuò)展了路徑維護(hù)機(jī)制，得到了一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的QoS路由算法。它與DD的實(shí)施模式無(wú)關(guān),可在滿足不同業(yè)務(wù)資源需求的同時(shí)，追求能量資源在全網(wǎng)的均衡使用，網(wǎng)絡(luò)生存期被大大提高。仿真結(jié)果表明，在混合業(yè)務(wù)模式下，它能很好的支持不同業(yè)務(wù)的資源需求分配，可以達(dá)到全網(wǎng)最優(yōu)能耗均衡，而且網(wǎng)絡(luò)生存期大大提高。3.3分簇路由仿真與分析與其他傳感器網(wǎng)絡(luò)一樣，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)最重要的就是他的可擴(kuò)展性。隨著傳感器節(jié)點(diǎn)密度的增加，必然會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的負(fù)載過(guò)重，這種超負(fù)載的現(xiàn)象必然會(huì)導(dǎo)致傳輸延遲或者是跟蹤監(jiān)測(cè)事件不及時(shí)。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(zhǎng)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(wèn)題，我們提出了分簇路由。分簇路由協(xié)議因具有管理拓?fù)浞奖悖芰坷酶咝Ш蛿?shù)據(jù)融合簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)前研究最熱門(mén)的技術(shù)之一。在分簇路由協(xié)議中，網(wǎng)絡(luò)常常被劃分成若干個(gè)簇。所謂的簇，就是一些有關(guān)聯(lián)的節(jié)點(diǎn)組合而成節(jié)點(diǎn)的集合。每個(gè)簇都是有一個(gè)簇頭和一些簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)組成的，低一級(jí)網(wǎng)絡(luò)的簇頭就是高一級(jí)網(wǎng)絡(luò)的簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)，由最高的簇頭與基站聯(lián)系。分簇路由機(jī)制有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1、成員節(jié)點(diǎn)大部分時(shí)間是關(guān)閉通行模塊的，只有簇頭節(jié)點(diǎn)在融合了所有成員節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)后與基站長(zhǎng)距離聯(lián)系。這樣節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)能量；2、成員節(jié)點(diǎn)的功能簡(jiǎn)單，這樣就減少了路由控制信息的數(shù)量；3、分簇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)管理簡(jiǎn)單，有利于分布式算法，能夠?qū)ο到y(tǒng)變化做出迅速的相應(yīng)變化，具有很好的可擴(kuò)展性，容易克服節(jié)點(diǎn)移動(dòng)帶來(lái)的問(wèn)題，適合大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。LEACH協(xié)議是最早提出的分簇路由協(xié)議。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(kāi)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)。接下來(lái)我們就以LEACH協(xié)議為例來(lái)講分簇路由協(xié)議。3.3.1LEACH協(xié)議簡(jiǎn)介L(zhǎng)EACH（lowenergyadaptiveclusteringhierarchy）按簇將網(wǎng)絡(luò)分為若干個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)由一個(gè)簇頭和多個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的，它的網(wǎng)絡(luò)模型如下圖所示。LEACH算法是一種周期性自適應(yīng)分簇拓?fù)渌惴?，每一個(gè)周期循環(huán)地分為簇的建立階段、簇的形成和穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通信階段。它兼有了路由協(xié)議和拓?fù)淇刂茩C(jī)制的功能。在簇的建立階段相鄰節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)的形成簇，隨機(jī)地生成簇頭；在數(shù)據(jù)通信階段，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)把數(shù)據(jù)發(fā)送給簇頭，簇頭進(jìn)行數(shù)據(jù)融合并且把結(jié)果發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)。[5]簇BS簇BS簇頭節(jié)點(diǎn)簇頭節(jié)點(diǎn)簇成員節(jié)點(diǎn)簇成員節(jié)點(diǎn) 圖3-7LEACH協(xié)議結(jié)構(gòu)圖3.3.2LEACH協(xié)議算法分析LEACH協(xié)議算法的循環(huán)分為以下三步：一、簇的產(chǎn)生；二、簇的形成；三、簇的路由。首先，LEACH算法簇頭的產(chǎn)生過(guò)程是分布式算法，即節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)在0-1之間的隨機(jī)數(shù)，與閥值T(n)比較，小于閥值T(n)的可以當(dāng)選簇頭，但是當(dāng)過(guò)之后就不能再當(dāng)了，設(shè)T(n)=0。這樣到后面，剩余節(jié)點(diǎn)當(dāng)選簇頭的概率就增大了。當(dāng)只剩下一個(gè)節(jié)點(diǎn)沒(méi)有當(dāng)選簇頭時(shí)候，這個(gè)節(jié)點(diǎn)必然就會(huì)當(dāng)選，設(shè)T(n)=0。[5]其中：p是節(jié)點(diǎn)當(dāng)選簇頭的概率；r是目前循環(huán)進(jìn)行的輪數(shù)；G是最近1/p輪中還未當(dāng)選簇頭的節(jié)點(diǎn)的集合。其次，簇的形成算法：簇頭產(chǎn)生后，簇頭向監(jiān)測(cè)區(qū)域廣播成簇頭的消息，然后節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的位置和簇頭的強(qiáng)弱決定加入哪個(gè)簇，這就是簇的形成的過(guò)程。[5]最后，數(shù)據(jù)傳輸算法：簇形成后，其他節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的地理位置來(lái)選擇加入哪個(gè)簇就向那個(gè)簇發(fā)送加入消息，簇頭收到加入消息就會(huì)向其他簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)發(fā)送TDMA和CDMA編碼的定時(shí)消息。簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)收到消息后就會(huì)在自己的時(shí)間內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)傳輸，簇頭收集簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的消息后開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)融合算法來(lái)處理數(shù)據(jù)，最后直接發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)。3.3.3LEACH協(xié)議的仿真本論文對(duì)LEACH協(xié)議進(jìn)行仿真，同時(shí)為了能夠比較，我仿真了另外一種簡(jiǎn)單的直接傳輸（DirectTrans）協(xié)議，這個(gè)協(xié)議的特點(diǎn)就是不對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分簇，所有節(jié)點(diǎn)直接向匯聚節(jié)點(diǎn)傳輸信號(hào)。下面我們?cè)僭敿?xì)的介紹建立網(wǎng)絡(luò)模型、進(jìn)程模型和節(jié)點(diǎn)模型的具體方法。1、進(jìn)程模型通過(guò)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。協(xié)議的每個(gè)節(jié)點(diǎn)經(jīng)歷三個(gè)階段，即初始化階段、建立階段和穩(wěn)定階段。圖3-8進(jìn)程模型圖創(chuàng)建進(jìn)程模型的方法為：1、從File菜單中選擇New，然后從列表中選擇ProcessModel，單擊確認(rèn)按鈕。2、單擊創(chuàng)建狀態(tài)按鈕，單擊鼠標(biāo)右鍵，Setname設(shè)置名稱，MakeStateForced改變狀態(tài)顏色，紅色為非強(qiáng)制狀態(tài)，綠色為強(qiáng)制狀態(tài)。EditEnterExecs和EditExitExecs設(shè)置輸入輸出代碼。如下圖3-8所示。3、點(diǎn)擊確定開(kāi)始狀態(tài)，點(diǎn)擊連接狀態(tài)。單擊選中鏈路，單擊右鍵改變顏色和其他狀態(tài)。單擊編寫(xiě)狀態(tài)的函數(shù)。2、節(jié)點(diǎn)模型OPNET中節(jié)點(diǎn)模型用于定義每個(gè)節(jié)點(diǎn)的工作。一個(gè)節(jié)點(diǎn)通常是由多個(gè)模塊組成的，他的行為由他的使用來(lái)決定，每個(gè)模塊完成節(jié)點(diǎn)的一部分功能。創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)模型需要定義一個(gè)節(jié)點(diǎn)模型和一個(gè)進(jìn)程模型。在LEACH協(xié)議的仿真模型中，傳感器節(jié)點(diǎn)包括以下幾個(gè)模塊：1、ROUTE：他完成路由算法的實(shí)現(xiàn)功能；2、Energy：能量管理進(jìn)程模塊；3：MAC層模塊以及MAC接口層模塊。創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)模型的方法：1、從File菜單選擇New，選擇NodeModel，單擊OK按鈕。2、在節(jié)點(diǎn)編譯器的窗口放置三個(gè)進(jìn)程模塊、一個(gè)無(wú)線電接收機(jī)和一個(gè)無(wú)線電發(fā)射機(jī)。3、如下圖所示給每個(gè)模塊命名。并用包流（包含在同一節(jié)點(diǎn)模型中不同模塊間的物理連接）將它們連接起來(lái)。當(dāng)然，這里也可以根據(jù)自己的喜好將包流設(shè)置成不同的顏色。 圖3-9節(jié)點(diǎn)模型圖3、網(wǎng)絡(luò)模型要建立多個(gè)節(jié)點(diǎn)，現(xiàn)在用OPNET的外部模塊訪問(wèn)EMA功能，這個(gè)功能是采用文本方式進(jìn)行建模，可以采用循環(huán)語(yǔ)句來(lái)刻畫(huà)多個(gè)特定規(guī)格的節(jié)點(diǎn)。在圖形編譯器中選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)，選擇Topology<-ExportTopology<-ToEMA，就可以生成EMA文件，它是以*em.c的形式編寫(xiě)的，觀察這個(gè)文件，可以發(fā)現(xiàn)文件中包含設(shè)置節(jié)點(diǎn)屬性的函數(shù)，將這個(gè)函數(shù)放到一個(gè)For循環(huán)語(yǔ)句中，將數(shù)量I設(shè)為100，再把函數(shù)設(shè)置的屬性值改為變量。這樣就可以設(shè)置100個(gè)節(jié)點(diǎn)。編譯成功后產(chǎn)生可執(zhí)行文件*em.x，每執(zhí)行一次程序就可以產(chǎn)生一個(gè)性的場(chǎng)景文件。在這里我們?cè)O(shè)置監(jiān)測(cè)區(qū)域?yàn)?00*100平方米的正方形區(qū)域，其中隨機(jī)放入一百個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)的橫左邊與縱坐標(biāo)服從[0,100]上的均勻分布。圖3-10網(wǎng)絡(luò)模型圖3.3.4結(jié)果分析在仿真過(guò)程中，假定每個(gè)節(jié)點(diǎn)每30秒發(fā)送一次數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度為100bytes，分簇的消息長(zhǎng)度為25bytes，T(n)等于5個(gè)TDMA幀長(zhǎng)。在同一個(gè)場(chǎng)景下，同時(shí)運(yùn)行LEACH協(xié)議和DirectTrans協(xié)議，得到它們的一次仿真結(jié)果如圖3-11所示：下圖是仿真圖像，橫坐標(biāo)是時(shí)間軸，縱坐標(biāo)表示節(jié)點(diǎn)存活的個(gè)數(shù)。我們看出，LEACH協(xié)議能夠有效地減少能量的耗損，節(jié)點(diǎn)成活率很高。所以它的生存時(shí)間是DirectTrans協(xié)議的兩倍左右。圖3-11LEACH與Direct節(jié)點(diǎn)存活率比較第四章結(jié)論與展望4.1結(jié)論無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究中的熱點(diǎn)問(wèn)題。本文對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的各種路由進(jìn)行了分類(lèi)，總結(jié)有廣播式路由、坐標(biāo)式路由、分簇式路由和QoS路由四中路由方式，用OPNET對(duì)典型的路由——DD路由協(xié)議、LEACH路由協(xié)議和QoS路由進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)和對(duì)比,并分析和比較了各典型協(xié)議的特點(diǎn)。相比于DD協(xié)議，LEACH協(xié)議能夠有效地減少能量的耗損，節(jié)點(diǎn)成活率很高，所以它的壽命是DD協(xié)議的兩倍左右。QoS是在DD模式上進(jìn)行改進(jìn),擴(kuò)展了路徑維護(hù)機(jī)制，可在滿足不同業(yè)務(wù)資源需求的同時(shí)，追求能量資源在全網(wǎng)的均衡使用，網(wǎng)絡(luò)生存期被大大提高，結(jié)果表明，在混合業(yè)務(wù)模式下，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。通過(guò)上述仿真實(shí)驗(yàn)，從而對(duì)現(xiàn)存無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由進(jìn)行了深入的研究，并且對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由的發(fā)展趨勢(shì)和研究方向做了分析。通過(guò)對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)了解、對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由的分析研究，，參考相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由得有結(jié)論如下：由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)資源有限且與應(yīng)用高度相關(guān),研究人員在設(shè)計(jì)路由協(xié)議時(shí)采用了多種策略。其中好的協(xié)議應(yīng)具有以下特點(diǎn)：1、針對(duì)節(jié)點(diǎn)能量高度受限，路由協(xié)議必須要高效利用能量以便延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間； 2、針對(duì)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)有相關(guān)性、包頭開(kāi)銷(xiāo)大、節(jié)點(diǎn)能量有限等特點(diǎn)，路由協(xié)議需要采用數(shù)據(jù)聚合、數(shù)據(jù)過(guò)濾等技術(shù)；3、對(duì)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性不大的特點(diǎn)，路由協(xié)議不需要維護(hù)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性；4、對(duì)節(jié)點(diǎn)因所處位置及承擔(dān)的責(zé)任不同而導(dǎo)致負(fù)載不平衡的特點(diǎn)，路由協(xié)議需采用通信量負(fù)載均衡技術(shù)；5、對(duì)網(wǎng)絡(luò)相對(duì)封閉、不提供計(jì)算等特點(diǎn),路由協(xié)議只在sink點(diǎn)考慮與其他網(wǎng)絡(luò)互連； 6、對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不常編址的特點(diǎn)，路由協(xié)議需采用基于數(shù)據(jù)或基于位置的通信機(jī)制;7、對(duì)節(jié)點(diǎn)易失效的特點(diǎn),通信協(xié)議需采用多路徑機(jī)制。從當(dāng)前的各種路由進(jìn)行分析與總結(jié)可以看出,一個(gè)好的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由是以減少通信量、負(fù)載均衡、支持移動(dòng)性、容錯(cuò)性、組播路由、路由安全、可擴(kuò)展性、QoS路由、跨層協(xié)議優(yōu)化、與IPv6結(jié)合為目標(biāo)的。4.2展望無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有非常廣泛的應(yīng)用，它不僅在行業(yè)的傳統(tǒng)領(lǐng)域，農(nóng)業(yè)，軍事，環(huán)境，醫(yī)療等使用具有很大的價(jià)值，將體現(xiàn)其優(yōu)越性，如在許多家庭，衛(wèi)生保健新興領(lǐng)域在未來(lái)，交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。。我們可以大膽預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將無(wú)處不在，將完全融入我們的生活。如微傳感器網(wǎng)絡(luò)可能最終成為家電，個(gè)人電腦和互聯(lián)網(wǎng)連接等日常用品，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離跟蹤，家庭防盜無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)監(jiān)管，節(jié)能減排等。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將是未來(lái)的一個(gè)無(wú)孔不入的十分龐大的網(wǎng)絡(luò)，其應(yīng)用可以涉及到人類(lèi)日常生活和社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)的所有領(lǐng)域。但是，就目前的技術(shù)水平來(lái)說(shuō)，讓無(wú)線傳感器網(wǎng)正常運(yùn)行并大量投入使用還面臨著許多問(wèn)題：1、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的通信問(wèn)題。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的正常通信鏈路，信號(hào)可能是一些障礙物或其他電子信號(hào)干擾的影響，怎么安全、有效的溝通是需要研究的一個(gè)問(wèn)題。此外，該系統(tǒng)的有限的能量也是該網(wǎng)絡(luò)可以影響正常通信的一個(gè)問(wèn)題。2、成本問(wèn)題。在一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)里面，需要使用數(shù)量龐大的微型傳感器，這樣的話成本會(huì)制約其發(fā)展。3、高效的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的組織，也有各種各樣的形式和方法，理性的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以最大限度地利用資源。4、系統(tǒng)能量供應(yīng)問(wèn)題。目前主要的解決方案有：使用高能電池；降低傳感功率；此外還有傳感器網(wǎng)絡(luò)的自我能量收集技術(shù)和電池?zé)o線充電技術(shù)。其中后兩者備受關(guān)注。關(guān)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由是目前研究的熱點(diǎn)信息獲取和信息處理的研究，許多學(xué)者在這方面，卓有成效的工作做了很多，并提出了許多有價(jià)值的理論和應(yīng)用的角度和方法。在過(guò)去的幾年里，他們做了很多的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。但技術(shù)是不斷更新的、成熟的，我們未來(lái)還有很多工作要做的。我們應(yīng)該清楚的意識(shí)到，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)才剛剛開(kāi)始發(fā)展，它的技術(shù)、應(yīng)用都還遠(yuǎn)遠(yuǎn)談不上成熟，國(guó)內(nèi)企業(yè)應(yīng)該抓住機(jī)遇，加大投入力度，推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。參考文獻(xiàn)[1]孫利民,李建中,陳渝,朱紅松·無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)[M]·北京：清華大學(xué)出版社，2005[2]余向陽(yáng)·無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究綜述[J]·單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用;·2008（08）[3]李楠·無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定向擴(kuò)散模式基于OPNET的實(shí)現(xiàn)[J]·中國(guó)科技論文在線[4]楊少軍，史浩山，陳敏·無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)QoS路由的研究與仿真[N]·傳感技術(shù)學(xué)報(bào):2005.03[5]李建奇，曹斌芳，王立，任艷惠·一種基于LEACH的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)路由算法[J]·湖南文理學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)·2012（02）[6]石懷偉,李明生·網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)與OPNET應(yīng)用實(shí)踐[J]·計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用·2006（3）[7]AkyildizIF,SuW,SankarasubramaniamY,CayirciE·Asurveyonsensornetworks[J]·IEEECommunicationsMagazine·2002，40(8):102～114[8]W.Heinzelman,A.Chandrakasan,andH.Balakrishnan·AnApplication-SpecificProtocolArchitectureforWirelessMicrosensorNetwork[J]·IEEETrans.WirelessComm·2002,4(1):660～670[9]崔莉,鞠海玲·無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展[J]·計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展·2005(1):163～174[10]陳敏·OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真（最新版本）[M]·北京：清華大學(xué)出版社，2004[11]王文博，張金文·OPNETModeler與網(wǎng)絡(luò)仿真[M]·北京：人民郵電出版社，2007[12]于海斌,曾鵬等·智能無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)[M]·北京：科學(xué)出版社,2006[13]Holger，AndreasWilig·ProtocolsandArchitecturesforWirelessSensorNetworks[M]·北京：電子工業(yè)出版社，2007[14]余勇昌，韋崗·無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)[J]·計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究·2008（6）致謝基于C8051F單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對(duì)良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營(yíng)養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測(cè)試儀的研制基于單片機(jī)的自動(dòng)找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)基于單片機(jī)的液壓動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀開(kāi)發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗(yàn)臺(tái)控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動(dòng)器的研究和設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)內(nèi)核設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究HYPERLINK"