基于NS2的PEGASIS协议仿真毕业设计论文.docx
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基于NS2的PEGASIS协议仿真毕业设计论文.docx
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基于NS2的PEGASIS协议仿真毕业设计论文
太原理工大学
毕业设计(论文)
设计说明书
设计(论文)题目:
链状传输的路由算法研究
毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺:
所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名:
日 期:
指导教师签名:
日 期:
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:
按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名:
日 期:
学位论文原创性声明
本人郑重声明:
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名:
日期:
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名:
日期:
年月日
导师签名:
日期:
年月日
太原理工大学
毕业设计(论文)任务书
毕业设计(论文)题目:
链状传输的路由算法研究
毕业设计(论文)要求及原始数据(资料):
毕业设计不仅是对学生以前所学到的知识的巩固及提高,也是对学生的自学能力和再学习能力的一种培养和锻炼,同时也是挖掘学生自身潜力的好机会。
论文的撰写是在阅读大量资料,对课题所涉及内容的充分认识和理解的基础上,通过实践测试取得数据,验证结果,总结经验,汲取教训和改进原先的设计,以取得更近一步的认识和发展。
设计要求:
(1)通过查阅资料,并同老师同学交流,确定自己的毕设题目。
(2)画出系统总体框图并论证其可行性。
(3)依据框图将毕设分块进行分模块研究。
在研究过程中进行详细记录,为写毕为毕业论文做准备。
(4)认真仔细整理回顾毕业设计过程,写出毕业设计论文。
并为答辩做准备。
原始数据:
1.中文文献,外文文献,NS2使用说明。
第1页
毕业设计(论文)主要内容:
1.无线传感器网络的研究及内容简介
2.PEGASIS协议的介绍与研究
3.仿真平台NS2的介绍及安装
4.PEGASIS协议的仿真及分析
学生应交出的设计文件(论文):
设计说明书文本1份,电子版1份
论文包括中英文摘要、自动生成目录、正文、结论、致谢、参考文献、1万字符相关文献及翻译
第2页
主要参考文献(资料):
[1]赵凌.基于PEGASIS算法的无线传感器网络路由协议的研究[D].重庆:
重庆理工大学测试计量技术及仪器学院,2009
[2]WangWei.ResearchonLowEnergyHierarchyRoutingProtocolinWirelessSensorNetworks[D].ZheJiang,TheSchoolofInformationofZheJiangUniversity2006.(inChinese)
[3]KemeiDu,JieWu,DanZhou.Chain-basedprotocolsfordatabroadcastingandgatheringinthesensornetworks[A].Proc.OfWorkshoponParallelandDistributedScientificEngineeringComputingwithApplications[C].2003.19261933.
[4]胡森来,张显,金心宇,等.基于遗传算法的无线传感器网络PEGASIS算法的改进[J].江南大学学报(自然科学版),2008,7C4):
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[7]郭拯危,毕俊蕾,李致远.一种新的传感器网络能量有效路由算法[J].计算机工程与应用,2008,44(10):
123126
[8]余勇昌,韦岗.无线传感器网络中基于PEGASIS协议的改进算法[J].电子学报,2008,36(7):
13091313
[9]夏静,白雨,庄雷.基于查询的无线传感器网络路由协议的设计[J].通信技术,2007,40(11):
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[11]翁睿.链状无线传感网络路由协议研究[D].哈尔滨:
哈尔滨工业大学微电子学于固体电子学.2011
[12]田恩泽.基于能量有效的无线传感器网络路由协议的研究[D].太原理工大学计算机应用技术.2010
[13]罗啸,郭斌,纪红.无线传感器网络的PEGASIS协议的研究[R].北京邮电大学电信工程学院.100876TD915.04
[14]王波,蒋卫.改进PEGASIS的分层链树路由协议[D].重庆.重庆大学计算机学院.2009
[15]戴世瑾,李乐民.无线传感器网络的路由协议研究与分析.四川.电子科技大学宽带光纤传输与通信网技术重点实验室[A]2006
第3页
专业班级
电子信息工程0801
学生
要求设计(论文)工作起止日期
2012年2月20日—2012年6月10日
指导教师签字
日期
教研室主任审查签字
日期
系主任批准签字
日期
第4页
链状传输的路由算法研究
摘 要
无线传感器网络是由许多具有无线通信能力的低成本、大规模密集部署的传感器节点组成,一种全新的信息获取技术,是新兴的下一代无线网络,具有广泛的应用前景。
但其性能主要局限于传感器节点低电池能量,较小的存储能力和传输范围,因此,如何在给定节点能量的前提下充分发挥电源有效性,以获得节点更高的通信能力,延长网络寿命,选择一种最优化的路由协议是一个关键问题,有着非常重大的意义。
本文中作者将对路由协议中链状传输的路由算法PEGASIS协议进行重点研究。
详细分析了PEGASIS协议的模型,传输过程以及工作原理。
并通过仿真平台NS2对协议进行仿真,从而得到传感器网络中利用链状传输路由算法的存活节点随时间变化的曲线。
关键词:
无线传感器网络;路由协议;PEGASIS
ResearchOnRoutingAlgorthmOfTheChainTransfer
Abstract
Wirelesssensornetworkiscomposedofmanylow-costwirelesscommunicationcapabilities,large-scaledenselydeployedsensornodes,anewaccesstoinformationtechnology,istheemergingnext-generationwirelessnetworks,hasbroadapplicationprospects.But its performance is mainly limitedto lowbatterypower of sensornodes,thesmallerstoragecapacityand transmissionrange,therefore,howtogivefullplaytothepremiseofagivennodeenergypowertheeffectivenessofhighernodecommunicationcapability,andprolongthenetworklifetime,selectanoptimalroutingprotocolisakeyissue,hasgreatsignificance.
ThispapertheauthorwillfocusontheroutingprotocolinthechaintransmissionroutingalgorithmPEGASISagreement.DetailedanalysisoftheagreementPEGASISmodel,thetransmissionprocessworks.ProtocolsimulationplatformNS2simulation,resultinginthesurvivalnodeofthechaintransferroutingalgorithminsensornetworkschangeovertimecurve.
Keywords:
Wirelesssensornetworks;RoutingProtocol;PEGASIS
第1章绪论
1.1无线传感器网络
微电子技术、计算技术和无线通信等技术的进步,推动了低功耗多功能传感器的快速发展,使其在微小体积内能够集成信息采集、数据处理和无线通信等多种功能。
目前,无线传感器网络己经是国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域,它实现了物理世界、计算世界以及人类社会三元世界的连通。
传感器网络具有广阔的应用前景,己经引起了许多国家学术届和工业届的高度重视,它被认为是对21世纪产生巨大影响力的技术之一。
无线传感器网络(WirelessSensorNetwork,WSN)是由部署在检测区域内大量廉价的微型传感器节点组成,通过无线通信的方式形成的一个多跳的自组织的网络系统,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息,并发送给观察者。
传感器、感知对象和观察者构成了传感器网络的三个要素。
如果说Internet构成了逻辑上的信息世界,改变了人与人之间的沟通方式,那么,无线传感器网络就是将逻辑上的信息世界与客观上的物理世界融合在一起,改变了人类与自然界的交互方式。
1.2无线传感器网络的产生与发展现状
计算机网络自产生之日起,尤其是上世纪90年代初的迅速发展,使人们的生活发生了极大的改变。
通信技术日新月异。
近年来,无线通信更是大行其道,各种无线通信应用层出不穷。
无线通信和有线通信相比较,无需对网络通信的物理通道进行配置,具有很大的灵活性,并节约了网络设施的成本,这使得它比有线通信具有更光明的前景。
全球无线通信应用的规模,将很快超过有线网络应用的规模。
随着集成电路技术的发展,现在我们可以在很少的面积上,集成大量的电子元件。
摩尔定律,时至今日,仍然指引着半导体工业的发展。
芯片越做越小,功能却越来越强。
这为我们能够产生大量廉价的,体积很小的,具有多种功能的器件提供了保证。
在无线通信技术及芯片制造技术的双重作用下,同时伴随着各种实际应用的需求,无线传感器网络的产生也很自然了。
这是一种新型的无线通信架构。
最早的对无线传感器网络的讨论见于1998年的一些论文当中。
现在美国的UARPA和NSF都已经设立了专项的基金对无线传感器网络的研究进行资助。
美国的许多大学都有针对无线传感器网络的研究小组,而其中又以UCB,UCLA,USC的研究最为领先。
在很多学术文章的论述中,将把无线传感器网络常简称WSN。
以前的监控系统经常是将少量的大功率的,具有很强数据分析能力的传感装置放在离目标有一定距离的观测点进行监控,这样获得的数据很不准确,需要传感装置具有较强的处理分析能力,从混杂的信号中,分析出有用的信息。
现在,我们可以生产出体积小,耗能少,造价低,但是功能却很强的传感器,将这种传感器高密度的分布在观测区域,我们就可以获得全面的,精确度相当高的数据。
这从根本上改变了传统监控系统的模式。
简单讲,无线传感器网络就是由大量的能量与物理环境进行交互,同时具有数据处理功能和无线通信功能的信心性传感器构成的互联的系统,该系统可以完成复杂的监控任务。
这里的传感器,并不是传统意义上的单纯的对物理信号进行感知并转化为数字信号的传感器,它是将感应模块,数据处理模块和无线通信模块集成为在一块很小的物理单元件上,功能比传统的传感器大了许多,不仅能够对环境信息进行感知,而且具有数据处理及无线通信的功能。
我们将这类传感器节点高密度的分散在某个环境里,通过无线通信进行连接,它们就从整体上构成了一种特殊的网络。
每个节点都有自己控制的一区域,通过感知设备,如声学光学设备,化学分析装置,电磁感应装置等,来对来它周围的物理环境进行监控,当然也可以通过配置一些功能单元来实现特定的与环境交互的功能。
传感器网络的发展主要经历了4代,其发展历程如图1-1所示。
1、第一代:
20世纪70年代,出现了具有简单模拟信号传输功能的传统传感器所组成的点对点输出的测控系统网络。
该网络具有简单信息获取能力,初步实现了信息的单向传递,但是布线复杂、抗干扰性差。
2、第二代:
传感器网络具有了获取多种信息的综合处理能力,并通过采用串/并接口与传感控制器的相连,构成有综合多种信息的传感器网络。
3、第二代:
20世纪90年代后期和本世纪初,出现了基于现场总线技术的智能传感器网络,采用现场总线连接传感控制器,构成局域网络,其局部测控网络通过网关和路由器可以实现与Internet连接。
4、第四代:
大量具有多功能、多信息获取能力的传感器被运用,采用无线自组织接入网络,与传感器网络控制器连接,构成无线传感器网络,正处于研究和开发阶段。
图1-1传感器网络的发展年份示意图
无线传感器网络(WirelessSensorNetworks,WSN)就是由部署在监测区域大内量的具有特定功能的传感器节点(sensornode)通过自组织的无线通信方式,形成一个多跳的网络系统,从而相互传递信息,协同合作来完成特定任务。
无线传感器网络是由大量传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统,它能够实现数据的采集量化、处理融合和传输。
它综合了微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等先进技术,能够协同地实时监测、感知和采集网络覆盖区域中各种环境或监测对象的信息,并对其进行处理,处理后的信息通过无线方式发送,并以自组多跳的网络方式传送给观察者。
具体的来讲,WSN兼具感测、运算与网络能力,透过传感器侦测周遭环境,如温度、湿度、光照、气体浓度、震动幅度等,并由无线网络将搜集到的信息传送给监控者;监控者解读报表信息后,便可掌握现场状况,进而维护、调整相关系统。
由于监控物理环境的重要性从来没有像今天这么突出,无线传感器网络已被视为环境监测、建筑监测、公用事业、工业控制、家庭、船舶和运输系统自动化中的下一个发展方向。
WSN并不是一种新兴的技术,早在海湾战争中它就被派上了用场:
当时的美军部队使用大量的智能灰尘传感器结点,将光、声信息汇集起来,从而能够实现快速锁定目标,进行定向轰炸。
无线传感器网络的研究起步于20世纪90年代末期。
从21世纪开始,无线传感器网络引起了学术界、军事界和工业界的极大关注,美国和欧洲相继启动了无线传感器网络的研究计划。
特别是美国通过国家自然基金委、国防部等多种渠道投入巨资支持无线传感器网络技术的研究。
美国陆军2001年就提出可“灵巧无线传感器网络通信”计划,在2001-2005财政年度期间批准实施,主要目的是为了提高参战人员对战场态势的感知能力。
2002年5月,美国Sandia国家实验室与美国能源部合作,共同研究能够尽早发现以地铁、车站等场所为目标的生化武器袭击,并及时采取防范对策的系统,该系统集检测有毒气体的化学传感器与网络技术于一体。
美国交通部1995年提出了“国家智能交通系统项目规划”,预计2025年全面投入使用。
该计划试图有效集成先进的信息技术、数据通信技术、传感器技术、控制技术及计算机处理技术并应用于整个地面交通管理,建立一个大范围全方位的实时高效的综合交通管理系统。
英特尔公司在2002年10月24日发布了“基于卫星传感器网络的新型计算机发展规划”,计划宣称,英特尔将致力于微型传感器网络在医学、环境监测、森林灭火乃至海地板块调查、卫星探测等领域的应用。
美国自然科学基金委员会2003年制定了无线传感器网络研究计划,在加州大学洛杉矶分校成立了传感器网络研究中心,联合周边的加州大学伯克利分校、南加州大学等,展开了“嵌入式智能传感器”的研究项目,以求利用传感器网络对我们生活的物理世界实现全面的测试与控制。
美国几乎所有著名院校都有研究小组从事无线传感器网络相关技术的研究,加拿大、英国、德国、芬兰、日本和意大利等国家的研究机构也加入了无线传感器网络的研究。
克尔斯博公司(CrossbowTechnology)最近推出了CrossbowImote2,新一代无线传感器网络研发的硬件平台,该模块非常适合与那些支持的功耗、长期工作的高性能传感器接点,并能延长这类节点的使用寿命。
GainSpan是原任职于英特尔的技术人员为开发传感器网络用半导体,于2006年9月创办的风险公司。
最初从事ZigBee/IEEE802.15.4规格收发IC的开发,之后转向了无线LAN规格IC的开发。
其原因在于ZigBee和IEEE802.15.4的基础设施尚未得到普及。
也就是说,即使制造相应的芯片,能够应用的市场也非常有限。
另一方面,无线LAN的基础设施随处可见。
尤其是美国,各种场所都有能够利用无线LAN的区域(热点)。
因此我们认为,制造能够使用无线LAN基础设施的传感器网络用芯片肯定会有很大的市场”。
但是此前的无线LAN用芯片在待机时的消耗电量也高达数百μW,无法直接应用于传感器网络。
为了在传感器网络中利用,消耗电量需要达到使用5号干电池可连续工作两年的程度。
我国也非常重视无线传感器网络的研究。
从2002年开始,我国国家自然科学基金委员会已经审批了和WSN相关的多个课题,在国家发展改革委员会的下一代互联网示范工程中,也部署了WSN相关的课题。
而且传感器网络还被明确列入我国的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》计算机行业领域“传感器网络及智能信息处理”优先主题。
目前,国内的很多科研单位和高校都积极开展了无线传感器网络方面的研究工作,比如中科院系统的多个单位、清华大学、中国科技大学、国防科技大学、解放军信息工程大学、哈尔滨大学、浙江大学、西北工业大学、上海交通大学、电子科技大学以及河海大学等。
且中科院也已经在国内率先将无线传感器网络节点的研究成果产业化,已经生产并销售“GAINS系列”无线传感器网络节点。
2004年中国国家自然科学基金委员会将无线传感器网络列为重点研究项目。
2005年9月,中国微计算机学会理事长、复旦大学计算机科学系教授陈章龙在上海举行的“瑞萨论坛2005”上建议中国本土企业应该加大对RFID(RadioFrequencyIdentification,射频识别)和无线传感器网络(WSN)技术的关注力度,并特别指出:
"WSN与RFID结合起来组成的WSID网络,其应用前景不可估量。
”
2006年7月,发展推广“RFID、传感器网络技术”被列入我国《信息产业科技发展“十一五”计划和2020年中长期规划(纲要)》。
2007年8月,我国科学家将布设一个能在北京遥控监测冰雪变化的“智能尘埃”网络,将南极冰雪表面数据与天空中的遥感卫星监测数据相结合,对南极冰穹A地区开展“天地一体”的监测研究。
2007年10月,上海市科委在浦东国际机场公安分局主持召开了以中科院上海微系统与信息技术研究所为总体单位,并联合上海市多家高校、研究所共同承担的“无线传感器网络关键技术攻关及其在道路交通中的应用示范研究”项目验收会。
该项目研发期间,建立了无线传感网的仿真、测试、环模平台和交通信息采集综合测试实验外场。
完成了由市政局信息处和公路处养征协调,在沪宁高速路段进行的“嘉松公路All-A9无线传输”中期演示。
演示系统实现了国道和高速管理信息之间的联网互通,传输距离大于10公里、传输速率大于10Mb/s,可以同时传输9路视频、双向语音、多路数据信息和控制指令,上海市政工程管理局信息处认为该成果对公路处选择多元通讯系统具有广泛良好的应用价值。
美国、加拿大、德国、芬兰和日本等国家都有许多大学和研究机构纷纷投入了大量的研发力量从事无线传感器网络相关技术的研究。
在相关外文期刊和国际会议中,每年有大量关于无线传感器网络节点定位技术研究成果的论文发表,且呈逐步增加趋势。
根据定位过程是否需要测量实际节点间的距离,节点自定位算法主要分为基于距离的(Range-based)定位算法和距离无关的(Range-free)定位算法。
测距技术通过测量相邻节点间点到点的实际距离或角度信息获取电波信号参数,常用的测距技术有RSSI(ReceivedSignalStrengthIndicator)、TOA(TimeofArrival)、TDOA(TimeDifferenceonArrival)和AOA(AngleofArrial),再通过合适的定位算法计算节点位置。
RSSI虽然符合低功率、低成本的要求,但产生的误差较大,主要来源是环境影响所造成的信号传播模型的建模复杂性,高达50%的测距误差;TOA需要节点间精确的时间同步,使用TOA技术最基本的定位系统是GPS,由于无线传感器网络节点硬件尺寸、成本和功耗的限制,实际应用TOA技术的定位方案较少,但近期UWB技术的发展以及在无线传感器网络中的应用,使得利用TOA定位具有了广阔的前景;TDOA技术的测距精度较高,可到达厘米级,但受限于超声波传播距离有限和NLOS问题对超声波的传播影响;AOA受噪声、NLOS等外界环境影响较大且需要额外硬件,无
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