【精品】无线传感器网络定向扩散模式基于OPNET的实现.pdfVIP

无线传感器网络定向扩散模式基于 OPNET 的实现 李楠 北京邮电大学电信工程学院，北京(100876) E-mail：yourslinan@ 摘 要：在无线传感器网络协议研究过程中，建模和仿真是必不可少的技术手段。我们利用 OpNet仿真工具，建立了一个基于定向扩散（Directed Diffusion）路由协议的无线传感器 网络模型，其基本实现步骤包括兴趣发布、路由选择、数据传输，能量监视等模块。该模型 针对无线传感器网络的特点，基于节能的目的进行路由选择，极大的延长了传感器网络的生 存时间，对于节点不可能携带很多后备能源的无线传感器网络来说，这是一个实用的仿真模 型。 关键词：无线传感器网络 路由技术 定向扩散 OPNET 1．引言 在上世纪 70 年代，就已经出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构 成的传感器网络雏形，我们把它归之为第一代传感器网络。随着相关技术的不断发展和进步， 传感器网络同时还具有了获取多种信息和信息处理能力，并通过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，这是第二代传感器网络。而从上世纪末开始，现场 总线技术开始应用于传感器网络，人们用其组建智能化传感器网络，大量多功能传感器被运 [1] 用，并使用无线技术连接，无线传感器网络逐渐形成。 无线传感器网络与传统的无线网络(如WLAN 和蜂窝移动电话网络)有着不同的设计目标, 后者在高度移动的环境中通过优化路由和资源管理策略最大化带宽的利用率,同时为用户提 供一定的服务质量保证。在无线传感器网络中,除了少数节点需要移动以外,大部分节点都是 静止的。因为它们通常运行在人无法接近的恶劣甚至危险的远程环境中,能源无法替代,设计 有效的策略延长网络的生命周期成为无线传感器网络的核心问题。当然,从理论上讲,太阳能 电池能持久地补给能源,但工程实践中生产这种微型化的电池还有相当的难度。在无线传感 器网络的研究初期,人们一度认为成熟的Internet技术加上Ad-hoc 路由机制对传感器网络 的设计是足够充分的,但深入的研究表明:传感器网络有着与传统网络明显不同的技术要求。 前者以数据为中心,后者以数据传输为目的。为了适应广泛的应用程序,传统网络的设计遵循 着“端到端”的边缘论思想,强调将一切与功能相关的处理都放在网络的端系统上,中间节点 仅仅负责数据分组的转发,对于传感器网络,这是一种合理的选择。一些为自组织Ad-hoc 网 络设计的协议和算法未必适合传感器网络的特点和应用的要求。节点标识(如地址等)的作用 在传感器网络中就显得不是十分重要,因为应用程序不怎么关心单节点上的信息;中间节点 上与具体应用相关的数据处理、融合和缓存也显得很有必要。在密集性的传感器网络中,相 邻节点间的距离非常短,低功耗的多跳通信模式节省功耗,同时增加了通信的隐蔽性,也避免 了长距离的无线通信易受外界噪声干扰的影响。这些独特的要求和制约因素为传感器网络的 [2] 研究提出了新的技术问题。这样，就构成了分层次、并行的视觉信息处理结构。 2 ．定向扩散模式分析 定向扩散（见图 1）包括以下几个要素：“兴趣”（interest）、数据消息（data）、“梯 度”（gradient）以路径加强（routing reinforcement）。[3] -1- 兴趣即对一个具体要求的描述，为了取得数据，每一个兴趣都包含了某个受传感器网络 支持的感应任务的描述。总体来说，在传感器网络中传播的数据是对一个物理现象的采集信 息或处理信息。这样的数据构成了对一个感应现象进行简短描述的“事件”。在定向扩散中， 数据以“属性对”的形式被命名的，如：“区域——北京邮电大学” 、“编号——9518” 等 等。感应任务（或者其中的某个子任务）在传感器网络里是以对被命名数据的兴趣的形式建 立拓扑的。在传感器网络内，这种拓扑结构通过建立梯度来“引导”事件