均质无线传感网关键节点属性特征及其实证分析
资料包括： 论文(32页12919字) 任务书 开题报告
说明：
摘要：无线传感器网络是能量受限的网络，近年来发表的路由协议考虑了传感器节点的节能问题，但是未在重要程度不同的节点之间进行区分。网络中普遍存在着连接不同区域的一些节点，它们的失效会导致“传感孤岛”与“能量空洞”等现象的出现。相对于其他节点，这类节点对网络的生存期有着更大的影响，我们称之为关键节点。本文从考虑节点能量的角度出发，给出了关键节点的三个属性特征：流量因子、桥接因子、汇聚因子和两种判断关键节点的方式：利用能量模型判断和在连通图中判定关节点，同时用网络模拟器NS2加以模拟验证。实验结果表明关键节点的失效将对网络的连通性造成严重影响，此时其他节点的能量还有大量剩余，因此我们可以对这些关键节点采取不同的能量控制策略，以尽可能的延长网络生命期。
关键词：无线传感网，关键节点，网络仿真，NS2
The analysis and demonstration of articulation nodes’s attribute characteristics in homogeneous wireless sensor networks
Abstract ：Wireless sensor networks are the networks with limited power. The routing algorithms recently published which have considered the energy efficiency problem, however, do not distinguish the nodes with different significances. The nodes connecting different regions are widespread in the networks, their failure will bring on “sensor island” and “energy hole”. Relative to other nodes, such nodes have greater impact on the network’s lifetime, and we call them articulation nodes. Based on considering the energy of nodes, the paper gives three attribute chatacteristics: flow factor、bridging factor 、convergence factor，and two ways to find articulation nodes:using energy model to find and finding key nodes in the connected gragh. At the same time,we use network simulator NS2 to simulate and verify our analysis results. Experimental results show that the failure of nodes identified by the model will have a serious impact on the connectivity of the network. At this point the other nodes also have a large number of surplus energy. So, we can take different energy control strategy over the articulation nodes to achieve network lifetime as long as possible.
Key Words:wireless sensor network,articulation nodes,network simulation,NS2
1.绪论
1.1课题的背景与目的
无线传感器网络是由大量微小节点构成的全分布式的自组织网络。它作为一种有效的无线数据获取网络，可以以大量的廉价微型传感器节点方便的配置到布线和电源供给困难的区域、人员不能到达的区域(如受到污染、环境不能被破坏或敌对区域)和一些临时场合(如发生自然灾害时，固定通信网络被破坏)，协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发给观察者，从而极大地扩展了现有网络的功能和人类认识世界的能力。由于它廉价、可动态配置、自组织和良好的可扩展性，无线传感网络被越来越多的关注和应用。在军事应用、、医疗应用、环境监控、自动交通流量监控、动物跟踪监督等多方面都能发挥巨大作用。同时，与传统网络相比,无线传感器网具有造价低、功耗低、布局灵活性强、监测精度高等特点。每个节点都集成了一个或多个传感器、嵌入式处理器、存储器、无线通信模块以及电源和电源管理模块等部件。但是，无线传感网给人们带来的挑战之一就是能量有限。
对单个节点来说,由于体积微小，能量有限，带来了许多资源上的限制：有限的计算能力、有限的存储能力、有限的通信带宽和有限的电源供应。在这些限制中，如何合理有效地利用有限的电力，是无线传感网络研究的热点之一。由于被监测区域的环境可能十分恶劣(如战场、极地) ，技术人员无法进入，而且构成网络的节点数量巨大，一一为其替换电源是不现实的。因此,为了延长网络生命期、防止网络分离，识别出传感节点的差异性，采取一些策略尽可能的使全网能耗均衡对无线传感网的研究是非常有价值的。
1.绪论 1
1.1课题的背景与目的 1
1.2国内外的研究现状 1
1.3设计过程和研究内容 2
2.关键节点 3
2.1关键节点的概念 3
2.2关键节点的属性特征 4
2.2.1流量因子 4
2.2.2桥接因子 4
2.2.3汇聚因子 4
2.3关键节点的判定方式 5
2.3.1能量模型判定 5
2.3.2在连通图中判定关节点 6
3.网络模拟相关技术 7
3.1网络仿真模拟器 7
3.2 NS2介绍 8
3.3 Tcl与Otcl介绍 10
4.模拟仿真 12
4.1模拟环境 12
4.2系统建模 12
4.3模拟过程及结果的分析 14
4.3.1定义sink节点 14
4.3.2定义普通节点 16
4.3.3创建模拟过程 18
4.3.4模拟结果分析 20
5.总结 27
6.致谢 28
7.参考文献 29
参考文献：
刘敏钰, 吴泳等. 无线传感网(WSN)研究[J]. 电子学与计算机, 2005, 22(7):58-62.
田乐, 谢东亮. 无线传感器网络中瓶颈节点的研究[J]. 软件学报, 2006, 7(14):829-831.
J. Lian, K. Naik and G. B. Agnew, Data capacity improvement of wireless sensor networks using non-uniform sensor distribution[J], Intern. Journal of Distr. Sensor Networks, 2005, 12(6):69-73. .
严鸣, 汪卫. 无线传感器网络中关键节点的节能问题[J]. 软件学报, 2007, 24(6):126-130.
Kalpakis K, Dasgupta K, Namjoshi P. Eficient algorithms for maximum lifetime data gathering and aggregation in wireless sensor networks[J]. ACM Computer Networks. 2003, 42(6):697-716.
Intanagonwiwat C, Govindan R, Estrin D, Heidemann J''Silva F. Directed diffusion for wireless sensor networking[J]. IEEE／ACM Trans. on Networking, 2003, ll(1):2-16.
徐凤生. 连通图中关节点的判定算法[J]. 电脑学习, 2005, 4(1):49-50.
陈敏. 网络模拟器[M]. 北京:清华大学出版社, 2004:10-40.
何坚. 网络模拟环境NS-2仿真软件简介[z]. http://industry.ccidnet.com/art/215/20050603/262231_1.
Html, 2005-06-03.
徐雷鸣, 庞博, 赵耀. NS与网络模拟[M]. 北京:人民邮电出版社, 2003:26-39.
TPearl. Otcl用户手册[z]. http://bmrc.berkeley.edu/research/cmt/cmtdoc/otcl/tutorial.html,2005-10-06.
Campelllo J . Extended Bit - Filling and LDPC Codes Design[A] . Proc. IEEE Globecom Conf . [C] . San Antonio , TX, from Internet , (campel2lo , dmodha) @us. ibm. com. 2001 , (11) .
Stanislava Soro, Wendi B. Prolonging the Lifetime of Wireless Sensor Networks via Unequal lustering[J]. IEEE／ACM Trans. on Networking, 2004, l3(5):25-41.
刘敏钰, 吴泳. 无线传感网络_WSN_研究. [J], 微电子学与计算机, 2005, 22(7):60-61.
作者点评：
在现有的网络传输协议中，为了节能，大部分的策略是选择代价最小路径，但是这样会导致网络中出现一些热点节点或热区，这些节点的能量会在高负荷的情况下很快耗尽其有限的能量，而这些节点的失效会导致网络死亡，此时还有大部分节点还有大量的剩余能量。因此，要消除能耗不均衡现象需要识别出这类节点。
本文根据节点在网络中的分布情况，网络中的传输数据模式等给出了关键节点的3个属性特征：流量因子、汇聚因子和桥接因子和和两种判断关键节点的方式：利用能量模型判断和在连通图中判定关节点，并建立了模型用网络模拟器NS2加以模拟分析，验证了关键节点对网络生命期的重要性。在得出网络中哪些节点是关键节点后，可以对这些节点采取不同的能量控制策略，尽可能的延长网络生命期。
当然，本文中也存在着一些问题与不足。这是我们第一次接触到无线传感器网络和能耗方面的问题，且在此之前没有学过网络模拟，所以在本文的撰写过程中参考了许多国内外优秀文献，并听取了许多导师提供的宝贵意见和同组成员的信息。此外，本文对能耗模型还只有一个初步的了解，并未能深刻的分析模拟结果并得出一个计算关键节点概率的算法。