无线传感器网络flooding路由协议的MATLAB仿真.docx

摘要无线传感器网络是计算机科学技术的一个新的研究领域，是传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术相结合的产物。与传统网络相比，无线传感器网络具有造价低、功耗低、布局灵活性强、监测精度高等特点，因此在军事、医疗、家用等多个领域均有广阔的应用市场。本文重点研究基于无线传感器网络的泛洪式路由协议，无线传感器网络节点数量庞大、单个节点资源有限，其路由协议设计的首要目标是提高能量有效性，延长网络寿命。本文总结了WSN的概念、结构、特点，分析了WSN的关键性技术问题及网络协议；研究了WSN的网络协议体系和路由协议的分类，分析比较了目前国内外学者提出的几种有代表性的路由协议及其性能优缺点；选择了flooding路由协议为研究重点，分析了该路由算法的具体实现，针对传感器节点能量及传输范围有限等特点，提出了一种基于延迟的自适应泛洪路由算法，首先通过源节点在网内用较小的路由请求报文和路由回复报文来建立路由，路由建立的过程中自适应地确定等待时间以使更优的路由请求报文得到转发，然后源节点再沿着建立好的路径转发较大的数据报文。并采用MATLAB网络仿真工具对该路由协议进行了整体仿真，并对其数据进行了分析。仿真实验表明新算法较Flooding节能，能较好的克服FIOoding算法中报文冗余度高、能耗大等不足。关键词：无线传感器网络；flooding路由协议；MATLAB仿真ABSTRACTWirelesssensornetworksareanewresearchfieldofcomputerscienceandtechnology.Theyaretheintegrationofsensortechniques,nestedcomputationtechniques,distributedcomputationtechniquesandwirelesscommunicationtechniques.Comparingwithtraditionalnetworks,thewirelesssensornetworksfeatureswithlowcost,lowpowerloss,flexiblelayoutandhighmonitorprecision,thereforethesensornetworkscanbeusedforvariousapplicationareassuchasmilitary,chemical,home.ThisarticlefocusonwirelesssensornetworksbasedonthePanHung-routingprotocol,wirelesssensornetworknodeslargenumberofindividualnodeswithlimitedresources,theroutingprotocoldesignedfirstandforemostobjectiveistoimproveenergyefficiencyandextendthenetworklifetime.Thispapersummarizes(heWSNtheconcept,structureandcharacteristicsoftheWSNthekeytechnicalproblemsandnetworkprotocols;studyoftheWSNsystemandnetworkroutingprotocolagreementtheclassification,analysisandcomparisonofthecurrentdomesticandforeignscholarshaveproposedseveralrepresentativesTheroutingoftheagreementanditsperformanceadvantagesanddisadvantages;chosenthefloodingfocusonroutingprotocols,analysisoftheroutingalgorithmtoachievethespecific,thesensornodesthelimitedscopeofenergyandtransmissioncharacteristics,adelaybasedontheAdaptiveFloodroutingalgorithm,firstofallthroughthenodesinthenetworksourceinthesmallerrouting,androutingtherequesttorestorethetexttocreatearouting,routingtheprocessofestablishingadaptivetodeterminethewaitingtimetomakebetterRoutingtherequestwastransmittedbytext,andthenanothersourcenodesalongthepathforwardtheestablishmentofgooddataonthelargertext.MATLABandusethenetworksimulationtoolfortheoverallroutingprotocolsimulation,andthedatawereanalyzed.ThesimulationshowsthatthenewalgorithmthanFloodingenergy-saving,canbetterovercomeFloodingalgorithmmessageredundancyandhighenergyconsumption,suchastheinsufficient.Keywords:WSN；floodingroutingprotocols；MATLABSimulation目录15J.1课题背景51.2国内外技术研究现状62WSN综述72.1WSN的概念8282.2.1节点结构82.2.2网络体系结构92.4WSN的拓扑结构Il2.5WSN的特点132N的美键性技术12.6.1功耗问强152.6.2节能策略16263通信问题172.6.4网络安全问题1g2.6.5定位问题182.6.6数据管理182.6.7服务质量192.6.8嵌入式操作系统193.WSN路由协议算法分析203.1WSN路由协议的分类方法203.2几种典型路由协议的分析213.2.1平面路由协议213.2.25)L-Ijiv244FlGGding路由协议的分析与研究294.1泛洪算法模型304.2算法流程图304.3基于延迟的自适应洪泛路由算法314.3.1算法中用到的报文和数据*324.3.2SFD算法描述33433性能比较尺度345Flooding路由协议的MATLAB仿真375.1MATLAB仿真平台介绍375.3实验结果416结论43*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+44附录A：英文原文46附录C：程序代码561绪论1.1课题背景无线传感器网络是新兴的下一代传感器网络，最早的代表性论述出现在1999年，题为“传感器走向无线时代"。随后在美国的移动计算和网络国际会议上，提出了WSN下一个世纪面临的发展机遇。2003年，美国技术评论杂志在论述未来新兴十大技术时，WSN名列第一；同年，美国BUSineSSWeek预测的未来四大新技术：效用计算、传感器网络、塑料电子学和仿生人体器官，QSN也列入其中.2004年(IEEESPeCtrUm杂志发表一期专集传感器的国度，论述了WSN的发展和可能的广泛应用。可以预计，WSN的发展和广泛应用，将对人们的社会生活和产业变革带来极大的影响和产生巨大的推动。有专家预计，WSN的广泛应用是一种必然趋势，它的出现将会给人类社会带来极大的变革。传感器网络的发展主要经历了4代：(1)第一代：上世纪70年代，就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，只是初步实现了信息的单向传递，其缺点是布线复杂、抗干扰性差。(2)第二代：随着相关学科的不断发展和进步，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联，组成了有信息综合和处理能力的传感器网络。(3)第三代：20世纪90年代后期，出现了基于现场总线技术的智能传感器网络。现场总线是连接智能化现场设备和控制室的全数字、开放式的双向通信网络智能传感器的通信技术进入局域网阶段，其局部测控网络通过网关和路由器可以实现与Intimae灯Intranet连接。(4)第四代：大量多功能传感器被运用，并采用无线通信机制，因此也称为。WSN,正处于研究和开发阶段。WSN是一种无基础设施的网络，由一定数目的传感器节点构成，它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术，能协作地实时监测、感知和采集节点部署区域的各种环境或监测对象的信息(如光强、温度、湿度、噪音和有害气体浓度等物理现象)，并对这些数据进行处理，获得详尽而准确的信息，通过无线网络最终发送给观察者。在环境监测、医疗护理、抢险救灾、智能家居、工业生产控制以及商业等领域具有广阔的应用前景。1.2国内外技术研究现状目前，国内外WSN研究主要集中于网络协议、能量、定位、可靠性、网络架构以及数据处理等问题，网络协议的研究是其中的热点之一。针对无线自主网络的特点,经过多年的研究，国内外的研究人员相继提出了许多专门应用于无线自主网络的路由协议。目前提出的各种路由协议基本上可以按照三种思路进行分类。(1)按照获取路由信息的时机分类，可分为主动路由协议和按需路由协议。主动路由有DSDV、WRP、STARA；按需路由协议主要有DSR、AODVo(2)按照网络的层次分类，可分为平面结构路由和层次结构路由。平面路由协议主要有flooding、SPIN、DD、HREEMR>SAR；层次结构路由主要有LEACH、PEGASIS等。(3)按照协议的功能分类，可分为支持地理定位辅助路由和不支持地理定位辅助路由；支持服务质量QoS的路由协议和不支持QoS的路由协议；支持组播通信的路由协议和不支持组播通信的路由协议等。地理定位辅助协议主要有MECN和SMECNo无线传感器网络的研究起始于20世纪90年代末期，由于具有巨大的应用价值,它己经引起了世界许多国家的军事界、工业界和学术界的极大关注。从2000年起，国际上开始出现一些有关传感器网络研究的报道，美国自然科学基金委员会2003年制定了传感器网络研究计划，支持相关基础理论的研究。在美国自然科学基金委员会的推动下，美国的加州大学伯克利分校、麻省理工学院、康奈尔大学、加州大学洛杉矶分校等学校开始了传感器网络的基础理论和关键技术的研究。美国国防部和各军事部门都对传感器网络高度重视，把传感器网络作为一个重要研究领域，设立了一系列的军事传感器网络研究项目。美国英特尔公司、微软公司等信息业巨头也开始了传感器网络方面的研究工作。日本、德国、英国、意大利等科技发达国家也对无线传感器网络表现出了极大的兴趣，纷纷展开了该领