通信工程畢業設計-基于opnet的無線傳感器網絡qos路由及流量建模研究與仿真(留存版)

　　

【正文】 區域中的目標信息。 （ 2）對無線傳感器網絡的 QoS 路由進行了研究分析，定向擴散進行了擴 展，利用一種新的 QoS 路由算法建立網絡模型提高網絡的生存期。通過仿真，我們可以有效地提高網絡規劃和設計的可靠性和準確性，降低網絡投資風險，減少不必要的投資浪費。 第三章對 OPNET 的流量建模機制進行了分析與研究。而匯節點作為一個特殊節點，可以通過 Inter、移動通信網絡、衛星等與監控中心通信。 OPNET Modeler的主要特性 OPNET Modeler 的主要特性包含以下幾點： (1)層次化的網絡模型。 (4)對協議編程的全面支持。與傳統的通信網 絡和移動自組網絡 (MANET)有著顯著的不同，其路由協議不能移用傳統的路由技術，使得相應的研究更具有挑戰性。業務對 QoS 度量的要求為 QoS 約束 C=(c1,c2,ck)。另外，能力有限的傳感節點采用依靠鄰居節點信息的分布式計算。 傳統 DD 的路徑維護通過周期性興趣泛洪和路徑探測來進行路徑增強或抑制 ,但沒有提供對失效節點的快速修復，另外對故障節點的多次發送嘗試會消耗當前節點的能量并增加了分組的端到端時延。 DD的性能比較 表 21 上表為采用實時業務濾器和盡力而為業務濾器的改進算法與采用默認最小延遲策略的傳統 DD 的性能比較，考察了兩類網絡生存期，其中 A 為傳統 DD 算法、 B 為只采用實時業務濾器的改進算法、 C 只采用盡力而為業務濾器。如果想要獲得對實際網絡設計有指導意義的結果，那么用于仿真的業務源必須能夠正確反映實際業務的統計特性，因為 Modeler 就象個黑箱，如果加載不精確的業務，出來的結果也就不精確的。仔細比較可以發現在 15m30s 到 16m0s 時段圖 32 與圖 31 存在明顯的區別。各 辦事處之間是通過電話線路連接的，所以非常容易受到線路上的不相關業務的影響。 圖 36 這樣我們就成功地將背景流量加入到網絡中了。 (1)首先新建一個工程 。在 OPNET 仿真平臺之上 進行流量模型的建模和仿真， 一般 需要經過 應用定義 (Application Definitions)和描述定義 (Profile Definitions)兩個步驟。其他的網絡性能參數也都可以通過搜集統計量和運行仿真來查看，這里就不鰲述了。河海大學工學學士學位論文 第 3 章 OPNET 流量建模機制 20 圖 33 然后用 10BaseT 鏈路將各個子網連接起來。 (2)網絡性能分析。通過網管系統的工具讀入流量時可以設置讀入流量數據的起始、終止時間等參數。協議很好的支持了兩類業務的不同需求；圖 24 顯示，盡力而為業務量的增大顯著提高網絡生存期，因為更多的傾向于全網的能耗均衡。仿真結果置信度 ，河海大學工學學士學位論文 基于 OPNET 的無線傳感器網絡 QoS 路由及流量建模研究與仿真 13 其余主要仿真參數包括：觀測節點興趣泛洪周期 300s；傳感節點興趣匹配后產生 280 個數據分組包；數據分組包數據負載 1024Byte。內核、應用層、濾器和濾器優先級組合的交互過程 ,是擴展 DD 的基礎 。河海大學工學學士學位論文 第 2 章 無線傳感器網絡的 QoS 路由研究與仿真 10 QoS路由策略 與 QoS 路由相關的策略包括： (1) QoS 度量選擇。 目標是應用相關的信號源 ； 傳感節點是目標信息的監測者 ， 數量眾多但資源有限 ， 節點間以無線多跳的無中心方式連接 ； 觀測節點作為接收者 (Sink)和控制者 (Commander)， 監聽和處理網絡事件消息 ， 向網絡發布查詢請求或派發任務。 Modeler 可以在仿真中或仿真后顯示模型行為的動畫，使得仿真平臺具有很好的演示效果。這也是 Modeler 建模的重要機制，這種機制有利于項目的管理和分工。 網絡設計方法通常包括以下四種：經驗方法、物理實驗、理論計算和網絡仿真，表 11 在可靠性、實現成本、可實現性和適用網絡規模四個方面對以上四種方法做出了比較。節點在網絡中可以充當數據采集者、數據中轉站或組頭、簇頭節點的角色。OPNET 作為一種新的網絡規劃和設計工具，以其獨有的方法為網絡的規劃設計提供了客觀、可靠的定量依據，縮短了網絡建設周期，提高了網絡建設中決策的科學性。大量的傳感器節點通過自組織的方式構成了網絡，每個節點集成了傳感器件、數據處理單元和通信模塊。 Ⅲ、進度安排： ～ 查閱無線傳感器網絡（ WSN）、 OPNET 網絡仿真及相關資料 ～ 熟悉 OPNET 仿真平臺 ～ 研究分析無線傳感器網絡的 QoS路由算法和 OPNET的流量建 模機 制，提出一種建立無線傳感器網絡流量模型的方法 ～ 對所提模型進行 OPNET 仿真實驗，驗證其有效性 ～ 整理相關資料，撰寫畢業設計論文，準備論文答辯 Ⅳ、主要參考資料： 【 1】王文博， 張金文 . OPNET Modeler 與網絡仿真，人民郵電出版社， 【 2】 孫屹 ， 孟晨 . OPNET 通信仿真開發手冊， 國防工業出版社 ， 【 3】 陳敏 . OPNET 網絡仿真， 清華大學出版社 ， 【 4】孫利民，李建中，陳渝， 朱紅松 . 無線傳感器網絡，清華大學出版 社， 指導教師： ， 2021 年 3 月 2 日 學生姓名： ， 專業年級： 2021 級通信工程專業 系負責人審核意見（ 從選題是否符合專業培養目標、是否結合科研或工程實際、綜合訓練程度、內容難度及工作量等方面加以審核 ）： XX 大學工學學士學位論文 任務書 系負責人簽字： ， 年 月 日河海大學工學學士學位論文 中文摘要 Ⅰ 摘 要 無線傳感器網絡是一種全新的信息獲取和處理技術，是一種新型的、無基礎設施的、自組織的無線網絡。因此越來越 需要一種新的網絡規劃和設計手段，在這種情況下網絡仿真應運而生。每一個傳感器節點由數據采集模塊 (傳感器、 AID 轉換器 )、數據處理和控制模塊 (微處理器、存儲器 )、通信模塊 (無線收發器 )和供電模塊 (電池、 AC/DC 能量轉換器 )等組成。 網絡仿真的意義在于 它可以有效地提高網絡規劃和設計的可靠性和準確性，明顯地降低網絡投資風險，減少不必要的投資浪費。幾個不同的網絡場景組成 “項目 ”，用 以比較不同的設計方案。 (8)動畫。 無線傳感器網絡中有三 類基本實體 ： 目標 (Target)、 傳感節點 (SensingNode)和觀測節點 (ObserverNode)。最優路徑 P*(s,d)滿足： NetworkLifetime→ max (1) Ep=max{min{E(i)|v(i)∈ P}} (2) Bp=min{B(i,j)|a(i,j)∈ P}≥ Bmin (3) Dp=∑ a(i,j)∈ Pd(i,j)≤ Dmax (4) 其中 ,式 (1)表明網絡生存期是系統優化目標 ,式 (2)中 Ep 是所有路徑中能量瓶頸最小的 ,式 (3)表明路徑最小鏈路帶寬 Bp 應不小于業務所需最小帶寬 Bmin,式 (4)表明路徑延遲 Dp 應不大于業務的最大容忍延遲 Dmax。基于 DD 的節點信息處理流程如圖 21 所示。設節點能量為 14000 單位，發送和接收一個分組消耗 5 單位。 圖 23 不同 TMR 下的平均端到端時延 圖 24 不同 TMR 下的 II 類網絡生存期 結果表明： TMR 從 5:1 到 1:10 的變化過程中，盡 力而為業務時延較穩定，而實時業務時延顯著低于盡力而為業務，先下降后趨穩定。 流量方式 仿真目的 前景業務流量 背景路由流量 背景利用率流量 網絡吞吐量和帶寬 一般需要 需要 網絡的瓶 頸 需要 需要 網絡協議的性能 需要 一般需要 節點鏈路的失效分析 需要 話音、視頻業務分析 需要 需要 一般需要 數據業務分析 需要 一般需要 需要 表 31河海大學工學學士學位論文 基于 OPNET 的無線傳感器網絡 QoS 路由及流量建模研究與仿真 17 背景路由流量 是 定義在一個源節點到一個或多個目的節點之間的流量 ，它 有兩種定義方法 ，一種是 從 網絡管理系統如 HP Openview 的 Netmetrix 讀入 ，另一種是 手工建立 。針對某一特定的業務，測試分析其性能，或者在服務商提供新業務時，測試新業務的性能及網絡整體性能的影響。它的具體模型見下圖 (圖 33)所示。圖 39 和圖 310 顯示有背景流量的情況下，鏈路的利用率和吞吐量要比沒有背景流量時高。 在配置完上述基準背景流量后，為了便于分析和觀測，需要配置一些典型的網絡應用，這里以常見的 FTP 業務為例介紹。背景流量定義的主要是鏈路上和節點之間的流量。接下來我們要做的就是搜集河海大學工學學士學位論文 第 3 章 OPNET 流量建模機制 22 統計量并運行仿真，查看結果。我們的任務就是通過仿真來觀察該公司的網絡在有無背景流量情況下的 FTP 業務響應情況。 背景利用率流量是 定義在鏈路上 或者節點上 的流量 ， 通常用百分比 對應時間的形式來表現 ， 表示網絡中的流量占整條鏈路可承受的最大負載的比例 或消耗網絡節點處理能力的比例。在 OPNET 的仿真建模中，對網絡流量的建模主要分為背景路由流量 (Background Routed Traffic)建模、背景利用率流量 (Background Utilization Traffic)建模和前景業務流量 (Application Traffic)建模三種方式 。從平均算法 性能 A B C 網絡生存期 Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ 業務類型 不支持 RTamp。因此 ,在原有 DD 路徑維護機制基礎