T3008WSN中基于定向扩散路由协议的研究与模拟实现2

I摘要无线传感器网络是21世纪最有发展前景的十大技术之一。在无线传感器网络的多种路由协议中，定向扩散是以数据为中心的路由协议，与无线传感器网络以数据为中心的特点相符合，有着传统的路由协议不具备的优势，目前仍然是该领域研究的一个热点。但是定向扩散协议的一些缺陷会影响它在无线传感器网络中的应用。我们针对定向扩散路由协议的特点，对该协议及其改进算法进行了深入的研究。本文首先对无线传感器网络做了概要的介绍，简要介绍了目前无线传感器网络的主流路由协议、国内外研究的现状，提出定向扩散协议研究的重要意义。然后对定向扩散路由协议从原理到实现过程等做了详细的介绍，使大家能够详细的理解定向扩散路由协议。接着详细比较分析了定向扩散协议所存在的各种优缺点，并在此基础上引入探讨了针对定向扩散协议的一种改进算法DDRLD。最后，我们利用NS2仿真工具来进行路由协议的研究，根据NS2仿真实验结果详细地剖析了定向扩散路由协议的各项指标，并通过仿真结果的比较分析，证实定向扩散协议的改进算法DDRLD具有更好的节能性和适应性。关键词：无线传感器网络；定向扩散路由协议；DDRLD算法；NS2仿真II目录第1章绪论.....................................................................错误!未定义书签。1.1课题背景....................................................................................错误!未定义书签。1.2课题研究的内容........................................................................错误!未定义书签。1.3国内外研究现状........................................................................错误!未定义书签。1.4课题研究的意义........................................................................错误!未定义书签。1.5本文的章节安排........................................................................错误!未定义书签。第2章无线传感器网络概述.........................................错误!未定义书签。2.1无线传感器技术背景................................................................错误!未定义书签。2.2无线传感器网络发展趋势........................................................错误!未定义书签。2.3无线传感器网络特点................................................................错误!未定义书签。2.4无线传感器网络的结构............................................................错误!未定义书签。2.4.1无线传感器网络的体系结构..........................................错误!未定义书签。2.4.2无线传感器网络的节点结构..........................................错误!未定义书签。2.4.3无线传感器网络的网络结构..........................................错误!未定义书签。2.5无线传感器网络的路由技术....................................................错误!未定义书签。2.6无线传感器网络的应用............................................................错误!未定义书签。第3章定向扩散路由协议的研究.................................错误!未定义书签。3.1定向扩散路由协议介绍............................................................错误!未定义书签。3.2定向扩散路由协议的主要思想................................................错误!未定义书签。3.3定向扩散路由协议的命名机制................................................错误!未定义书签。3.4定向扩散路由协议的兴趣与梯度............................................错误!未定义书签。3.4.1兴趣扩散..........................................................................错误!未定义书签。3.4.2梯度建立..........................................................................错误!未定义书签。3.5定向扩散路由协议的数据传播................................................错误!未定义书签。3.6路径的建立和加强....................................................................错误!未定义书签。第4章定向扩散路由协议的改进探讨...........................错误!未定义书签。4.1定向扩散协议的缺陷分析........................................................错误!未定义书签。4.2DDRLD改进思路......................................................................错误!未定义书签。III4.3DDRLD算法过程......................................................................错误!未定义书签。4.4DDRLD分析..............................................................................错误!未定义书签。第5章DD协议的仿真结果及分析................................错误!未定义书签。5.1定向扩散路由协议的仿真........................................................错误!未定义书签。5.1.1仿真环境..........................................................................错误!未定义书签。5.1.2编写TCL脚本................................................................错误!未定义书签。5.1.3仿真结果.........................................................................................................25.2仿真实验与结果分析................................................................错误!未定义书签。5.2.1平均延迟分析..................................................................错误!未定义书签。5.2.2剩余能量分析..................................................................错误!未定义书签。结论...................................................................................错误!未定义书签。参考文献.............................................................................错误!未定义书签。致谢...................................................................................错误!未定义书签。1（a）广播兴趣（b）初始梯度探索（c）数据沿梯度传播图3.1查询扩散阶段图(a)梯度建立(b)路径加强(c)有多个源节点(d)有多个Sink节点SourceSink0.50.50.50.81.01.00.50.31.01.0SourceSinkSinkSource梯度事件SinkYSinkX梯度事件源节点事件梯度Sink源节点事件梯度SinkSink2(e)路径修复图3.3定向扩散梯度建立过程图5.1.3仿真结果上面针对定向扩散路由协议、泛洪和多播协议分别进行了仿真。它们的评价协议性能的指标如下：能耗：能量的消耗问题是传感器网络面临的最大的问题，直接影响到网络的生存期。网络中只要有少量的能量就可以自组成网，直到能量完全耗尽。时间延时：是指当观察者发出请求到接收者得到回答信息所需要的时间，用来衡量路由的实时性。1.对trace文件格式进行分析。运行脚本文件diffusion.tcl可以得到仿真跟踪文件diffusion.nam和diffusion.tr（即trace文件）.本文的AWK命令如下：$gawk–f’{print$2，$14}’diffusion.trdiffusion.data2.协议动画演示。在SHELL中运行命令namediffusion.nam，如图5.1是本文仿真的动画演示，包含50个节点的传感器网络，红色圆圈代表发送数据，蓝色圆圈代表发送兴趣。梯度事件3图5.150个节点的Nam动画3.使用NS2自带的绘图工具gnuplot，将提取出来的数据绘制成的图形。如图5.2为在50个节点、100和250个节点网络中，flooding，multicast协议能量的变化过程，可知，定向扩散协议不论在小规模或大规模的网络中，它的能量消耗都是最少的。图5.2三种协议能耗比较4.如图5.3为数据源和接收点的增加时，能耗的变化过程，可知，在一个数据源和一个接收点的情况下，定向扩散的能量消耗和组播是相当的，随着数据源和接收点的增多，定向扩散的优势更加明显。4图5.3能耗随节点增加时的图象5.通过运行命令：gawk–fAvgLayoffTime.awkx.tr可得到不同传播方式的延时。提取每个数据包的发送时间和接收时间，处理后可得到与延时的相关数据，用gnuplot绘制成图形，就可对网络延时性能指标进行分析。如图5.4显示延时随网络规模的变化过程，可见，定向扩散的平均延时和组播的是相当的。图5.4网络规模变化时三种协议的性能比较