無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議-leach-c路由原理與仿真

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議-leach-c路由原理與仿真篇一：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議概述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議概述摘要：該文對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議進(jìn)行了簡(jiǎn)要概 述，總結(jié)了典型的平面路由協(xié)議和層次路由協(xié)議(分簇路由 協(xié)議)，重點(diǎn)介紹了 leach路由協(xié)議和eeuc路由協(xié)議，并分析了其基本原理，最后對(duì)leach協(xié)議、leachc協(xié)議和eeuc協(xié)議進(jìn)行了模擬仿真，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析和總結(jié)。關(guān)鍵詞:無線傳感器網(wǎng)絡(luò);路由協(xié)議;leach中圖分類號(hào)：tp393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)：1009-3044(2013) 11-2548-031概述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是繼承了計(jì)算機(jī)、通信和信息感知三大學(xué) 科中眾多科

2、學(xué)知識(shí)的新興領(lǐng)域，對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)識(shí)， 隨著大量的相關(guān)研究而不斷深入。簡(jiǎn)單來說，無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)就是由傳感器節(jié)點(diǎn)組成的，通過無線通信方式形成的一個(gè) 多跳自組織網(wǎng)絡(luò)1。路由協(xié)議解決的是數(shù)據(jù)傳輸問題，是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)之一。路由協(xié)議的性能和整個(gè)網(wǎng) 絡(luò)的性能密切相關(guān)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議騎著監(jiān)控網(wǎng) 絡(luò)拓?fù)渥兓?，建立、維護(hù)和刪除節(jié)點(diǎn)間路由，保證在惡劣環(huán) 境中節(jié)點(diǎn)間信息能準(zhǔn)確、高效和及時(shí)傳遞的作用。無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間以ad-hoc方式進(jìn)行通信，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以充 當(dāng)路由器的角色，并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具備動(dòng)態(tài)搜索、定位和回 復(fù)連接的能力。路由協(xié)議負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)分組從源節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò) 轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點(diǎn)。

3、它主要包括兩個(gè)方面的功能，一是尋找源 節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)間篇二：基于opnet的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由仿真與研究本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：基于opnet的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由仿真與研究學(xué)生姓名:學(xué)號(hào)：專業(yè)班級(jí):指導(dǎo)教師:完成時(shí)間：2014年05月目錄摘 要 abstract第一章緒論21.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 21.1.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基本概念 21.1.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)21.1.3無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組成結(jié)構(gòu) 31.1.4無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧 51.2opnet 簡(jiǎn)介71.2.1 opnet modeler 的主要特性 71.2.2 opnet 的安裝81.2.3 opnet 仿真 9第二章無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

4、路由研究112.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由概述 112.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究112.2.1廣播式路由協(xié)議 122.2.2坐標(biāo)式路由協(xié)議142.2.3分簇式路由協(xié)議142.2.4qos路由協(xié)議15162.2.5比較與分析第三章 基于opnet的無線傳感器路由仿真183.1定向擴(kuò)散路由仿真與分析183.1.1定 向擴(kuò)散(directeddiffusion )路由 模式分 析183.1.2運(yùn)行仿真 193.1.3結(jié)果分析243.2 qos路由仿真與分析253.2.1 qos路由策略分析25322基于定向擴(kuò)散路由的qos路由擴(kuò)展263.3分簇路由仿真與分析303.3.1 leach 協(xié)議簡(jiǎn)介 303

5、.3.2 leach協(xié)議算法分析 313.3.3 leach協(xié)議的仿真 323.3.4結(jié)果分析 34第四章結(jié)論與展望364.1結(jié)論364.2展望37參考文獻(xiàn)38致謝39摘要無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種全新的信息獲取和處理技術(shù)，其應(yīng) 用前景而日益受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。由于該領(lǐng)域的研究還處于起步階 段，傳感器網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)還有諸多的不足。因此，無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)的路由值得我們?nèi)ヌ剿骱退伎?。該論文以學(xué)習(xí)無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)和opnet為基礎(chǔ)，研究和探索無線傳感器路由及 其發(fā)展趨勢(shì)和研究方向。首先，通過學(xué)習(xí)opnet仿真平臺(tái) 的使用和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由原理，對(duì)現(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)路由進(jìn)行分類研究。其次，在o

6、pnet±進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn), 以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的dd協(xié)議仿真為基礎(chǔ)，在dd協(xié)議的模 式上，分別進(jìn)行l(wèi)each協(xié)議的仿真和qos路由改進(jìn)。通 過不斷地研究對(duì)比各類路由機(jī)制，總結(jié)仿真實(shí)驗(yàn)中l(wèi)each 和qos的一些優(yōu)缺點(diǎn)。相比于dd協(xié)議，leach協(xié)議能夠 有效地減少能量的耗損，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)，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。我們可以展望一個(gè)好的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由應(yīng)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 發(fā)展趨勢(shì)和研

7、究方向。關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由，opnet, dd協(xié)議,leach協(xié)議，qos路由,abstractwireless sensor network is a new information acquisition and processingtechnology, its application prospects increasingly attracted widespread attention inacademia and industry. as the research in this field is still in its infancy, there are many

8、sensor network routing technology deficiencies. therefore, the routing of wireless sensor networks is worth exploring and thinking.this thesis study of wireless sensor networks and opnet-based study of wireless sensor network routing, exploring trends and research directions of wireless sensor routi

9、ng. first, by using wireless sensor networks and its routing principles of learning opnet simulation platform for wireless sensor network routing existing classification research. secondly, in the opnet simulation experiments to dd wireless sensor network protocol simulation, based on a model agreem

10、ent dd, respectively leach routing protocol emulation and qos improvemenlthrough continuous research and compare various types of routing mechanism, summarize some of the advantages and disadvantages of leach simulation and qos. compared to the dd protocol, leach protocol can effectively reduce ener

11、gy consumption, and itslife expectancy is about twice the dd agreement qos is performed on the dd model improvements, it is a good allocation of resources to support different business needs, the whole network can achieve optimal energy balance, network lifetime is greatly improved.we can envision a

12、 good wireless sensor network routing should be based on reducing traffic, load balancing, support mobility, fault tolerance, multicast routing, routing security, scalability, qos routing, cross-layer protocol optimization, combined with ipv6 as trends and research directions.keywords: wireless sens

13、or network routing, opnet, leach , dd protocol, qos routing,篇三：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)有路由協(xié)議、mac協(xié)議、拓 撲控制、定位技術(shù)等。路由協(xié)議:數(shù)據(jù)包的傳送需要通過多跳通信方式到達(dá)目的端，因此路 由選擇算法是網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計(jì)的一個(gè)主要任務(wù)。路由協(xié)議主要負(fù) 責(zé)將數(shù)據(jù)分組從源節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點(diǎn)，它主要包 括兩個(gè)方面的功能:1尋找源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)間的優(yōu)化路徑。2將數(shù)據(jù)分組沿著優(yōu)化路徑正確轉(zhuǎn)發(fā)。無線傳感器與傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不同之處，它受到能量消耗的制約，并且只能獲取到局部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的信息，由于這 兩個(gè)原因，無線傳感

14、器的路由協(xié)議要能夠在局部網(wǎng)絡(luò)信息的 基礎(chǔ)上選擇合適路徑。傳感器由于它很強(qiáng)的應(yīng)用相關(guān)性，不 同應(yīng)用中的路由協(xié)議差別很大，沒有通用的路由協(xié)議。無線 路由器的路由協(xié)議應(yīng)具備以下特點(diǎn):(1) 能量?jī)?yōu)先。需要考慮到節(jié)點(diǎn)的能量消耗以及網(wǎng)絡(luò)能量均衡使用的問題。(2) 基于局部拓?fù)湫畔ⅰsn為了節(jié)省通信能量，通 常采用多跳的通信模式，因此節(jié)點(diǎn)如何在只能獲取到局部拓?fù)湫畔⒑唾Y源有限的 情況下實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單高效的路由機(jī)制，這是wsn的一個(gè)基本問 題。(3) 以數(shù)據(jù)為中心。傳統(tǒng)路由協(xié)議通常以地址作為節(jié)點(diǎn) 的標(biāo)識(shí)和路由的依據(jù)，而wsn由于節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)分布，所關(guān)注的是監(jiān)測(cè)區(qū)域的感 知數(shù)據(jù)，而不是具體哪個(gè)節(jié)點(diǎn)獲取的信息，要形成

15、以數(shù)據(jù)為 中心的消息轉(zhuǎn)發(fā)路徑。(4) 應(yīng)用相關(guān)。設(shè)計(jì)者需要針對(duì)每一個(gè)具體應(yīng)用的需求, 設(shè)計(jì)與之適應(yīng)的特定路由機(jī)制?，F(xiàn)介紹幾種常見的路由協(xié)議(平面路由協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)分層 路由協(xié)議、地理定位輔助路由協(xié)議):、平面路由協(xié)議平面路由協(xié)議中，邏輯結(jié)構(gòu)時(shí)平面結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)間地位平等, 通過局部操作和反饋信息來生成路由。當(dāng)匯聚點(diǎn)向某些區(qū)域 發(fā)送查詢并等待來自于這些區(qū)域內(nèi)傳感器所采集的相關(guān)數(shù) 據(jù)，其中的數(shù)據(jù)不能采用全局統(tǒng)一的id,而是要采用基于 屬性的命名機(jī)制進(jìn)行描述。平面路由的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、魯 棒性（即路由機(jī)制的容錯(cuò)能力）較好，缺點(diǎn)是缺乏對(duì)通信資 源的優(yōu)化管理，對(duì)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)變化的反應(yīng)速度較慢。其中典型 的平面路由協(xié)

16、議有以下幾種:11洪泛式路由（flooding）：這是一種傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信路由協(xié)議。這種算法不要求維護(hù) 網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和相關(guān)路由的計(jì)算，僅要求接受到信息的節(jié) 點(diǎn)以廣播形式轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。例如：s節(jié)點(diǎn)要傳送一段數(shù)據(jù)給d節(jié)點(diǎn)，它需要通過網(wǎng)絡(luò)將副本傳送給它每一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn),一直到傳送到節(jié)點(diǎn)d為止或者為該數(shù)據(jù)所設(shè)定的生存期限 為零為止。優(yōu)點(diǎn)在于：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單；不需要為保持網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫?息和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜路由發(fā)現(xiàn)算法消耗計(jì)算資源；適用于魯棒性較 高的場(chǎng)合。但同時(shí)也有相應(yīng)的缺點(diǎn)：一個(gè)節(jié)點(diǎn)可能得到一個(gè) 數(shù)據(jù)的多個(gè)副本；存在部分重疊，如果相鄰節(jié)點(diǎn)同時(shí)對(duì)某件 事作出反應(yīng)，則兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)將收到兩份數(shù)據(jù)副本;盲目使用資源，無法作

17、出自適應(yīng)的路由選擇。為克服flooding算法這些固有的缺陷，s.hedetniemi等人提出閑聊式即節(jié)點(diǎn)發(fā)（gossiping）策略。這種算法采用隨機(jī)性原則, 送數(shù)據(jù)時(shí)不再采用廣播形式，而是隨機(jī)選取一個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn) 發(fā)它接收到的數(shù)據(jù)副本（避免了消息爆炸的結(jié)果）。圖1洪泛式路由機(jī)制圖2 gossiping路由機(jī)制1.2.spin 路由:spin是一組基于協(xié)商并且具有能量自適應(yīng)功能的信息傳 播協(xié)議。它有如下兩個(gè)特點(diǎn)：（1）每個(gè)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)前需要通過協(xié)商來確定其他節(jié)點(diǎn)是否需要 該數(shù)據(jù)，同時(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過元數(shù)據(jù)（metadata）來確定接受 數(shù)據(jù)中是否有重復(fù)信息的存在。（2）網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)必須實(shí)時(shí)監(jiān) 控本

18、地能源消耗，根據(jù)能量等級(jí)改變工作模式來延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)自 身和整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行時(shí)間。spin在運(yùn)行過程中節(jié)點(diǎn)使用3種類型的信息進(jìn)行通信,即adv、req和data信息。adv用于新數(shù)據(jù)廣播。 當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)可共享時(shí)，它以廣播方式向外發(fā)送data 數(shù)據(jù)包中的元數(shù)據(jù)。req_用于請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)一個(gè)節(jié) 點(diǎn)希望接受data數(shù)據(jù)包時(shí)，發(fā)送req數(shù)據(jù)包。data 包含附上元數(shù)據(jù)頭（meta-header）的實(shí)際數(shù)據(jù)包。spin協(xié) 商過程采用3次握手方式。stepl：運(yùn)行spin協(xié)議的源節(jié)點(diǎn) 在傳送data信息前，首先向相鄰節(jié)點(diǎn)廣播包含data數(shù)據(jù) 描述機(jī)制的adv信息。step2：需要該data信息的鄰居節(jié) 點(diǎn)

19、，向信息源發(fā)送req請(qǐng)求信息。step3：源節(jié)點(diǎn)根據(jù)接受 到得req信息，有選擇地將data信息發(fā)送給相應(yīng)的鄰居 節(jié)點(diǎn)，如下圖3所示。收到data數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)可作為信息源 敬愛那個(gè)data信息傳播到網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)。spin路由機(jī)制該協(xié)議除了提供數(shù)據(jù)傳輸過程中得協(xié)商機(jī)制，還引用了基 于闔值的能量值適應(yīng)機(jī)制。它要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)都提供對(duì)其自身 的能量管理功能以便跟蹤能源的能耗狀況。當(dāng)節(jié)點(diǎn)的剩余能 量開始接近低能量闔值，節(jié)點(diǎn)便減少在協(xié)議中得參與行為。這種協(xié)商機(jī)制和能量自適應(yīng)機(jī)制的spin協(xié)議能夠很好地 解決傳統(tǒng)的flooding和gossiping協(xié)議所帶來的信息爆炸、 信息重復(fù)和資源浪費(fèi)等問題。spin

20、協(xié)議的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)廣告 機(jī)制（adv）不能保證數(shù)據(jù)的可靠傳遞，因此對(duì)于入侵發(fā)現(xiàn) 等需要在定期間隔內(nèi)可靠傳遞數(shù)據(jù)的應(yīng)用系統(tǒng)來說，spin 并不是一個(gè)很好的選擇。1.3.dd 路由:定向擴(kuò)散模型dd （directed diffusion）是一種以數(shù)據(jù)為 中心的信息傳播協(xié)議，運(yùn)行dd的傳感器節(jié)點(diǎn)使用基于屬性 的命名機(jī)制來描述該數(shù)據(jù)（如圖4所示）。其中，定向擴(kuò)散算法在運(yùn)行過程中包括以下3個(gè)基本過 程，即路徑建立階段、數(shù)據(jù)發(fā)送階段和增強(qiáng)路徑階段。路徑建立階段：匯聚點(diǎn)以廣播、多跳的方式向網(wǎng)絡(luò)中所有 節(jié)點(diǎn)發(fā)布命令信息，命令信息用含有任務(wù)類型、數(shù)據(jù)發(fā)送速 率、時(shí)間戳等參數(shù)的興趣描述。每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過記錄獲取到興

21、趣的相應(yīng)鄰居節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)速率和時(shí)間戳等來建立梯度。數(shù)據(jù)發(fā)送階段：當(dāng)節(jié)點(diǎn)采集到匹配查詢的數(shù)據(jù)時(shí)，通過梯 度路徑發(fā)向匯聚點(diǎn)。中間節(jié)點(diǎn)利用本地化規(guī)則實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的融 合。增強(qiáng)路徑階段：匯聚點(diǎn)在收到這些低速率數(shù)據(jù)后，向數(shù)據(jù) 到達(dá)最快的鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送增強(qiáng)消息，增強(qiáng)消息表示匯聚節(jié)點(diǎn) 要求高速率發(fā)送數(shù)據(jù)。相應(yīng)鄰居節(jié)點(diǎn)按照同樣地方式，依次傳遞增強(qiáng)信息給其鄰居節(jié)點(diǎn)，直到到達(dá)數(shù)據(jù)源，從而構(gòu)建數(shù) 據(jù)發(fā)送的主路徑，數(shù)據(jù)以后就通過路徑發(fā)送給匯聚點(diǎn)。在dd協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)能夠利用選取的最優(yōu)路徑的緩 存來實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。緩存技術(shù)能夠提高傳感器節(jié)點(diǎn)間的有 效性、魯棒性和協(xié)作的可擴(kuò)展性，這也就是dd模式的本質(zhì)。dd算法在wsn路由協(xié)

22、議研究中的一個(gè)里程碑，其中最大的特點(diǎn)就是引入了網(wǎng)絡(luò)梯度概念。dd算法的優(yōu)點(diǎn)是：仿真 結(jié)果分析說明，網(wǎng)絡(luò)梯度與本地化算法相結(jié)合應(yīng)用于無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)的路由，可以很好地滿足wsn對(duì)節(jié)能、魯棒性以 及可擴(kuò)展性的需求。缺點(diǎn)是：它不適用于環(huán)境監(jiān)控這類要求連續(xù)傳遞數(shù)據(jù)的系統(tǒng)；選擇與查詢相匹配的數(shù)據(jù)會(huì)使 傳感器節(jié)點(diǎn)消耗更多的能量。圖4 dd路由機(jī)制1.4.hreemr 路由：hreemr是定向擴(kuò)散路由機(jī)制的基礎(chǔ)上提出的，目的是通過維護(hù)多條可用路徑來提高路由的可靠性。該協(xié)議在運(yùn)行 期間采用與dd相同的本地化算法建立源節(jié)點(diǎn)和匯聚點(diǎn)間最 優(yōu)路徑p,同時(shí)為了保障p發(fā)生失效時(shí)協(xié)議仍能正常運(yùn)行構(gòu) 建多條與p不想交的冗余

23、路徑（為了避免主路徑失效的現(xiàn)象 發(fā)生而采取的應(yīng)急措施）o hreemr協(xié)議提出了不相交多路徑和纏繞多路徑兩種不同的多路徑機(jī)制。（1）不相交路徑：在匯聚點(diǎn)發(fā)送增強(qiáng)消息建立主路徑p 后，匯聚點(diǎn)發(fā)送次優(yōu)路徑增強(qiáng)消息給次節(jié)點(diǎn)a,節(jié)點(diǎn)a選擇 最優(yōu)節(jié)點(diǎn)b把次優(yōu)路徑增強(qiáng)消息傳遞下去。如果b在主路徑p上，則b發(fā)回否定增強(qiáng)消息給a, a在向另外的次優(yōu)節(jié)點(diǎn) 傳遞次優(yōu)路徑增強(qiáng)信息；相反如果b不在主路徑上則繼續(xù)傳 遞次優(yōu)路徑增強(qiáng)信息。如此往復(fù)，就可以構(gòu)造下一條次優(yōu)路 徑（如圖5所示）。圖5 hreemr不相交路徑（2）纏繞多路徑：纏繞多路徑采用一定策略允許冗余路徑通最優(yōu)路徑p部分相交，從而較不相交路徑減少了維持的 冗余路徑數(shù)量，節(jié)省了能源的消耗。纏繞多路徑在建立主路徑p后，p上除了源端和靠近源端的節(jié)點(diǎn) 以外，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)