摘要
无线传感器网络作为传感器、嵌入式计算、网络和无线通信四大技术相结合的产物，目前已经成为计算机领域中一种全新的信息获取和处理技术，它能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息并对其进行处理，现已被广泛的应用于环境监测，医疗护理，军事等各个领域。
由于无线传感器网络与移动的自组网和传统的蜂窝网络有很多不同之处，传感节点受到能量、通信能力、存储方面的限制；具有较低的移动性，因此选择合理的路由协议非常重要。本文在分析和比较了国内外现有的几种路由协议的基础上，重点阐述了以数据为中心的定向扩散协议的工作原理及传播机制，并在NS2平台下进行了仿真，仿真结果表明，与其它路由协议相比，定向扩散协议具有较少的时延和开销，是一种较为理想的路由协议。
定向扩散协议通过数据命名的方式来扩散数据，节点用一组属性值来命名它所生成的数据，并且引入网络梯度来决定传输路径的选通。本文在分析定向扩散具体的工作原理和传播机制的基础上，将定向扩散与泛洪和组播等协议进行了理论上的比较，通过仿真实现定向扩散协议，证明定向扩散在减少能耗和选通数据传输路径的良好效果，是一中理想的传感器网络路由协议。
关键词：无线传感器网络路由协议定向扩散仿真
目录
第一章前言-5-
1.1课题背景-5-
1.2课题意义-6-
第二章无线传感器网络概述-7-
2.1无线传感器网络的概念-7-
2.2无线传感器网络体系结构-7-
2.3无线传感器网络的特点-9-
2.4无线传感器网络的应用-10-
军事应用-10-
环境应用-10-
医疗应用-10-
建筑及城市管理-11-
第三章无线传感器网络路由协议研究现状-12-
3.1无线传感器网络路由协议分类-12-
3.2定向扩散协议分析-13-
3.2.1定向扩散的概念-13-
3.2.2命名机制-14-
3.2.3兴趣的扩散-15-
3.2.4梯度的建立-18-
3.2.5数据的传播-19-
3.2.6路径的建立和加强-22-
第四章仿真实验设计和结果分析-24-
4.1仿真工具NS2介绍-24-
4.2仿真设计-25-
4.2.1仿真环境与评价方法-25-
4.2.2MAC层的选择-25-
4.2.3仿真参数描述-26-
4.2.4仿真过程-27-
4.3仿真结果与分析-28-
4.3.1仿真结果格式-28-
4.3.2仿真结果分析方法-29-
4.3.4仿真结果-31-
结论-34-
参考文献-35-
致谢-37-
附录：英文资料原文-38-
附录：英文资料的中文翻译-47-
2.3无线传感器网络的特点
无线传感器网络是一种新型的无基础设施网络，它与传统的无线网络（如WLAN和蜂窝移动电话网络）有着不同的设计目标。传统的网络存在着一个主要的数据处理中心控制节点，其他的各个监测点和这个中心控制节点连接起来，所有的数据都直接传送到该节点，进行集中的分析处理，其首要目标是提供高性能的服务质量（QualityofService,QoS）和更高的带宽，由于移动节点可以不断地获得能量补充，节点的能量考虑放在次要位置。而在传感器网络中各个节点的地位是一样的，它们只是和邻近的节点进行通信，同时这些节点不能及时补充能量，存在严重的能量约束。因此高效使用节点的能量，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首要设计目标。和传统网络相比，无线传感器网络有着以下的特点：
（1）无线传感器网络规模大
无线传感器网络中传感器节点密集，数量巨大，可能达到几万、几十万，甚至更多。此外，无线传感器网络可以分布在很广泛的地理区域。传感器数量大、分布广的特点使得网络的维护十分困难甚至不可维护，因此无线传感器网络软、硬件的健壮性和容错性必须相当强。
（2）能源受限制
网络中每个节点的电源是有限的，网络大多工作在无人区或对人体有伤害的恶劣环境中，更换电源几乎是不可能的事，这势必要求网络功耗要小以延长网络的生命周期。
（3）拓扑易变化
除了节点移动带来的网络拓扑变化外，传感器节点的功率控制和剩余电量下降等因素也会导致网络拓扑变化。另外，根据需要，网络中有些节点可能进入休眠状态，从而引起工作节点在数目和分布上的变化，导致拓扑变化。
（4）计算能力有限
无线传感器网络中的传感器都具有嵌入式处理器和存储器，这些传感器都具有计算能力，可以完成一些信息处理工作。但是，由于嵌入式处理器和存储器的能力和容量有限，传感器的计算能力十分有限。
（5）网络的自动管理和高度协作性
在无线传感器网络中，数据处理由节点自身完成，这样做的目的是减少无线链路中传送的数据良，只有与其它节点相关的信息才在链路中传送。以数据为中心是无线传感器网络的有一个特点，由于节点不是预先计划的，而且节点位置也不是预先确定的，这样就有一些节点由于发生较多错误或者不能执行指定任务而被中止运行。为了在网络中监视目标对象，配置冗余节点是必要的，节点之间可以通信和协作，共享数据，这样可以保证获得被监视对象比较全面的数据。
2.4无线传感器网络的应用
无线传感器网络的应用前景十分诱人，传统应用有军事、监控、应急、环境、医疗等领域，新兴应用将涉及智能家居、交通控制、保健等领域。可以预见，在不久的将来无线传感器网络将无处不在。
军事应用
由于无线传感器网络具有密集型、随机分布的特点，使其非常适合应用与恶劣的战争环境中，可以应用于监测人员、装备等情况以及单兵系统；通过在人员、装备上附带各种传感器，可以让各级指挥员比较准确、及时地掌握己方的保存状态。通过在敌方阵地部署各种传感器，可以了解敌方武器部署情况，为己方确定进攻目标和进攻路线提供依据。
环境应用
随着人们对于环境问题的关注程度越来越高，需要采集的环境数据也越来越多，无线传感器网络的出现为随机性的研究数据获取提供了便利，并且还可以避免传统数据收集方式给环境带来的侵入式破坏。无线传感器网络在环境监测领域已经有很多的实例。这些应用实例包括：跟踪候鸟和昆虫的迁移；气象观测和天气预报；森林火警等。此外，它也可以应用在精细农业中，来监测农作物中的害虫、土壤的酸碱度和施肥状况等。
医疗应用
传感器网络在医疗方面可以远程监控人体状况并提供诊断。每一个病人可以随身携带若干体积微小的传感器节点，这些节点可对病人的心跳速率、血压等进行实时检测，如果发现异常医生可尽快抢救。传感器网络还可用于医院里的药品管理。将传感器节点按药品种类分别放置，计算机系统可以帮助辨认所开的药品，从而减少病人用错药的可能性。
建筑及城市管理
智能家居：通过布置于建筑物内的图像、声音、气体检测、温度、压力、辐射等传感器，发现异常事件及时报警，自动启动应急措施。智能交通：通过布置于道路上的速度、识别传感器、监测交通流量等信息，为出行者提供信息服务，发现违章能及时报警和记录。
