传感器网络有效工作寿命的模拟与实现
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说明：
摘要：传感器网络是当今国际上备受关注的问题，可以广泛应用与军事、交通、环境监视和预报、卫生保健、空间探索等领域。由于每个传感器的能量负载有限，针对传感器网络节点能量难以补充，如何延长传感器网络寿命成为关键问题。所谓传感器网络的有效工作寿命在本文是指整个网络第一个耗尽能量的传感器节点的寿命。
由于传感器网络实际的工作环境很难按人们的理想状态进行，且其实际的工作环境又很难人为控制到恰到好处。所以本文首先学习网络仿真，对主流的仿真软件加以介绍，给出传感器网络寿命的定义并对路由算法进行研究。在这个方面，针对无线传感器网络的特点，对转发和路由选择的问题进行处理，从而得到更加高效，低能耗的算法。除此之外学习网络模拟工具ns2的安装、用和配置以及ns2用到的脚本语言tcl,otcl,tclcl，之后在ns2上开始进行网络模拟实验练习，对wsn路由协议进行研究模拟并添加新协议，实现传感器网络的单跳多跳路由协议，对能耗的不均衡问题进行模拟。通过对能耗的研究和模拟，提出自己的关于能耗的新假设，即结合单跳多跳协议的优缺点给出一个能量二分的延长网络寿命的方法，并进行模拟来延长传感器网络寿命。
关键词： 传感器网络；能量有效性；路由协议；NS2；能量二分；寿命
The Simulation and Implementation of Sensor Networks’ Effective Working Life
Abstract ：Sensor networks are contemporary international issue of great concern , It can be widely used in the military, transportation, environmental monitoring and forecasting, health, space exploration and other fields. As each sensor'' energy load is limited,and it is difficult to add energy, how to extend the life of sensor networks becomes aney issue. The so-called sensor networks'' effective work life in this paper is the span of the first sensor node that deplets its energy. There are other explainations of networks’ effective working life,this paper will introduce them one by one.
Sensor networks'' actual work environment is not easy to the ideal state, and the actual work environment is very difficult to control to the perfection artificial . So this paper firstly introduces network simulation, and the main network simulator. This paper give Sensor networks'' definition of life as well as research of routing algorithm . Considering wireless sensor networks''characteristics of the transmitting and routing issues, obtian a more efficient algorithm.It introduces network simulation tools'' installation, configuration and using of the tcl,otcl, tclcl script language and makes practice of network simulator. After simulating wsn routing protocol it adds new protocol to it , and implements the sensor network'' Single-hop and multi-hop routing protocolon the energy unbalance simulation. Based on energy research and simulation, proposes a new assumptions of the energy consumption , that the combination the advantages of multi-hop and single-hop to extend the life of sensor networks.
Keywords: Sensor Network; Effective of Energy; Routing Protocol;NS2; Energy divide
1绪论
1.1课题的来源及研究意义
随着微电子科技的迅速发展，微型传感节点的体积在不断变小，生产成本在不断降低，这便导致了无线传感器网络（Wireless Sensor Network）的发展在近年来极为迅速,从而使无线传感器网络成为当今国际上备受关注的，有多学科交叉的新兴前沿研究热点领域。无线传感器网络是由部署在检测区域内大量的廉价微型传感节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作的感知，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。
由于传感器节点一般体积都非常小，通常携带的能量十分有限，当它们散布在网络中的时候，由于部署的环境的复杂性，我们很难通过更换电池的方式补充能量，所以节点只有依靠自身的电池提供探测数据和传输数据的能量。如何使整个传感器网络在有限能量供给条件下，获得最大的生存期，这就需要考虑传感器网络的能耗均衡策略，使网络不因为部分节点的能量提前耗尽而导致网络生命周期提前结束。
无线传感器网络与传统的无线网络相比有自己的特点。例如：大部分节点都是静止不动的，且放在恶劣环境中工作，能源一般情况下很难替代。因此，关于无线传感器网络的能源研究成为核心问题。如何利用现有能量资源，延长网络的生命周期，研究出优化的路由通信协议是无线传感器网络技术的一个关键问题。
1绪论1
1.1课题的来源及研究意义1
1.2 本文所作的主要工作1
1.3 本文的结构2
2预备内容2
2.1 网络仿真2
2.1.1 主流的仿真软件2
2.1.2 五种仿真软件的比较3
2.2 NS2的介绍4
2.2.1 NS2的架构4
2.2.2 NS2使用的基本流程5
2.2.3 NS2的体系结构5
2.3 什么是无线传感网（WSN）6
2.3.1无线传感器网络体系结构6
2.3.2无线通讯网络路由协议6
2.4网络寿命的几种定义7
3.路由协议的模拟实现7
3.1 NS2的安装7
3.1.1安裝cygwin7
3.1.2安裝ns27
3.2 单跳协议的模拟8
3.2.1 单跳的定义9
3.2.2 模拟场景的设定10
3.2.3 sink结点的定义10
3.2.4创建sink nodes11
3.2.5创建common nodes12
3.2.6定义模拟参数12
3.2.7建立相关档案13
3.2.8设定连接13
3.2.9结束模拟14
3.3多跳协议的模拟15
3.3.1多跳的定义15
3.3.2模拟场景的设定15
3.3.3 sink结点的定义16
3.3.4创建sink nodes17
3.3.5创建common nodes17
3.3.6 定义模拟参数17
3.3.7 执行模拟程序18
4模拟结果的分析18
4.1 模拟结果nam 的分析18
4.1.1 单跳nam 的分析18
4.1.2 多跳nam 的分析19
4.1.3 两种分析的对比20
4.2本章模拟结论21
5能量二分法的路由模型22
5.1能量二分的描述22
5.1.1能量二分的提出22
5.1.2 能量二分的路由路径22
5.1.3能量二分的一般推导23
5.2能量二分的实现24
5.2.1创建sink结点24
5.2.2创建普通结点24
5.2.3指定要发送数据的sink结点25
5.2.4 执行模拟程序25
5.3网络寿命的分析27
5.3.1网络寿命的比较27
5.3.2模拟缺陷27
结束语28
致 谢29
参考文献30
参考文献：
董作霖，刘宏飞，李明．面向传感器网络的高能效任务分配算法研究[J]．太原理工大学学报，2006,30(11A) ：2423-2427．
宋上雷，刘果．无线传感器网络及能耗策略[J]．数字通信世界，2005,28(10B) ：108-210．
周又玲，黄本雄，王芙蓉．无线传感器网络的能耗策略分析[J]．信息技术，2005, 7,245-278．
冯秀芳，赵婵婵．无线传感器网络的应用研究[J]．电子技术应用，2004，(2)：164—175．
NS手册(中文版) ．http://www.isi.edu/nsnam/ns/ns-documentation.html．
徐明雷，庞博等著．NS与网络模拟[M]．北京：人民邮电出版社，2003.11．
花晓菲．基于NS2的Ad hoc网络路由协议性能分析比较[J]．无线通讯技术，2006．
王晓曦，王秀利，周津慧等．NS2网络仿真器功能扩展方法及实现[J]．小型微型计算机系统，2004，(4)：365—376．
侯惠峰，刘湘雯，胡捍英．无线传感器网络寿命的一种新定义方法[J]．传感技术学报，2006，20(5) ．
Yue Wang, MobiTec Lab.UHK .A Tutorial of 802.11[J].lementation in ns-2 ,03:V15 905-910．
Stephan Olariu .ld Dominion University[J].rial on Wireless Sensor Networks ,06:J 10 813-824．
Eitan Altman and Tania Jimenez.NS simulator for beginners．
TheVINTProject,The ns Manual (formerly ns Notesand Documentation) ．
C. Mallanda.Simulating Wireless Sensor Networks with OMNeT++. Louisiana State University．
[15] 林军，王燕．基于Windows环境下NS2网络模拟软件的安装[J]．电脑知识与技术，2005，(8)：312—315．
[16]nevin Fall,KallllStrl Varadhan.Tne nsManual[M].TnevINTProject 2001．
[17] 刘强．基于免费软件 ns2的网络仿真[J]．电子技术应用，2001，(2)：64—65．
[18] 马娅婕，赵大胜，王玉明等．基于功率控制的传感器网络寿命延长算法[J]．传感技术学报，2006，19(5) ．
[19] 吴光斌，梁长垠无．线传感器网络能量有效性的研究[J]．传感技术学报，2005，8(3) ．
[20] 王晓曦，王秀利，周津慧等．NS2网络仿真器功能扩展方法及实现[J]．微型WEI计算机系统，2004．
作者点评：
无线传感器网络技术是科学技术中一个新的分支领域, 无线传感器网络中的传感器电源能量是限制传感器网络技术应用的主要障碍。因此，如何在给定传感器电源能量的前提下充分发挥电源有效性，延长传感器 网络的使用寿命成为无线传感器网络研究的一项重要课题。
本文首先介绍了网络模拟器NS2，在了解无线传感现状及网络寿命定义之后，针对传感节点能量和传输范围均有限的特点，模拟了传感器网络最普通的两种路由协议——单跳和多跳。通过分析其实验结果和数据，提出了一 种结合单跳和多跳路由协议优点的能量二分模型。该算法分别考虑网络节点为奇数或偶数的情况，得出各自的传播路径，最后得到一般的推导。基于能量二分路由算法有助于降低传感器节点的能耗的不均匀度，算法简单，易于实施，理论分析表明该算法具有较低的复杂度，实验结果也表明算法能有效均衡节点能耗，降低传感器节点能耗的不均匀度，达到延长传感器网络使用寿命的目的。
由于最后的能量二分的实现是在后期阶段进行，时间比较仓促，且本人对NS2和传感网络的学习也是在整个毕业设计中学习和接触，并无其他功底和预备知识，固最后的模拟未尽人意。本文模拟的是4个节点的情况，对偶数节点和更多节点的模拟还未来得及展开。虽说寿命大为延长，到底延长多少，是偶节点采用能量二分法延长时间多还是奇节点采用能量二分法延长时间多，还待进一步研究。