摘 要

无线传感器网络是由具备感知、数据处理、存储和数据传输的传感器节点自组织而形成的无线网络，在军用和民用领域有着广泛的应用前景。覆盖问题是无线传感器网络的重要问题之一，它是反映无线传感器网络服务质量的一项重要性能指标。

本文首先讨论的目前无线传感器的覆盖问题，通过排除局限性找出两种覆盖方式，并基于OPNET进行流量负载，容错率等方面的仿真。之后进行两者之间的对比，找出最优化的覆盖方式。

本文利用无线传感器网络结合信息院承担的物联网研究项目，利用已有的系统软硬件平台，通过理论算法的研究和实际测试（校内物联网 中山植物园网络）相结合的方法，研究如何利用有限的硬件资源实施最大范围，容错最高的网络覆盖。

关键词：无线传感器网络 Ad-hoc OPNET仿真 最优化 覆盖算法

区域覆盖

Abstract

Wireless sensor network is composed with perception, data processing, storage and data transmission sensor nodes and formed from the organization of the wireless network, it has a broad prospect of application in military and civilian area, one of the important problems is wireless sensor networks covering, it is an important performance indicators which is a reflection of wireless sensor network service quality.

This paper firstly discusses the current wireless sensor, by suppressing covered way out two limitations covered OPNET and flow load, based on the simulation aspects of fault-tolerant rate. After comparison, find out the optimization of the cover means.

This paper based on wireless sensor networks combined with information courtyard assume things networking research project, using an existing system software and hardware platform, through the theory research and the actual test algorithm (campus content networking zhongshan botanical garden network) the method of combining research how to use limited hardware resources implemented, the maximum range of the highest network covered fault tolerant.

目 录

第一章．概述 6

1.1.无线传感器基本概念 6

1.2.无线传感器覆盖类型 6

1.2.1.确定性覆盖 6

1.2.2.随机覆盖 7

第二章．Ad hoc无线网络 8

2.1．Ad hoc网络定义 8

2.2．Ad hoc网络的特点 8

2.3．Ad hoc路由协议 8

第三章．环境的建立 9

3.1.仿真环境的选择 9

3.2.仿真步骤 10

3.3.基于OPNET的ad-hoc网络仿真 10

第四章. 最优化覆盖的模拟 12

4.1.森林环境监测系统 12

4.2．区域覆盖 12

4.2.1.四节点环境 12

4.2.2.九节点环境 16

第五章．最优化覆盖实施与结果 20

5.1最优化覆盖模拟理论结果 20

5.2．四节点拓扑 20

5.2.1.统计量收集 20

5.2.2.场景设置 21

5.2.3.模型配置 21

5.2.4.工作站Manet station配置 21

5.2.5.移动工作站轨迹配置 22

5.2.6.运行仿真及结果 23

5.3．九节点拓扑 25

5.3.1.统计量收集 25

5.3.2.网络拓扑图 26

5.3.3.移动节点路径图 26

5.3.4.仿真结果 26

5.4．结果对比 28

5.4.1.移动Ad-hoc总业务发送对比 28

5.4.2.移动Ad-hoc总的业务接收 28

5.4.3.移动Ad-hoc无线网络延迟对比 29

5.4.4.移动Ad-hoc网络延迟对比 29

5.4.5.丢包率对比 30

5.5．总结 30

第六章．总结与展望 32

6.1.本文所作的主要工作 32

6.2.存在不足 32

6.3.下一步工作 32

致谢 33

第一章．概述

1.1.无线传感器基本概念

无线传感器网络是由许多布置于目标区域内的传感器节点通过自组织方式组成的一种面向具体任务的无线网络^[3]。这种网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、无线网络通信技术以及分布式信息处理技术等多种领域的技术，它经历了从单一化到智能化、从有线传输模式到无线传输模式的发展过程。无线传感器节点具有低成本、低功耗、能够感知探测对象、数据处理、数据存储和无线通信能力，可以对目标信息进行采集、处理和传输^[2]。下图是无线传感器的网络系统架构。

图 1.1 无线传感器网络系统架构

通过图1.1可以看，典型的无线传感器网络通常包括传感器节点、汇聚节点以及任务管理节点。在被监测区域中随机部署大量的传感器节点，并使这些传感器节点通过自组织的方式组成无线网络。

1.2.无线传感器覆盖类型

1.2.1.确定性覆盖

如果无线传感器区域的网络状态情况固定或者已知，那么我们就可以根据网络中节点的位置进行调节，扩大或者缩小节点的覆盖范围，典型的确定性覆盖包括区域覆盖，目标覆盖等类型^[2]。目前区域覆盖在生活中的用处比较广泛，往往用于森林环境监测等方面。区域覆盖是指在任何时候都可以覆盖到该区域的任何一个角落，达到区域覆盖的最优化。因此此种类型的覆盖为本文的主要研究对象。

图 1.2 区域覆盖

如图1.2所示，实心节点代表传感器，以实点为圆心的圆为该传感器范围。

1.2.2.随机覆盖

随机覆盖是指由于在很多情况下网络情况不明确，进行某些网络实施时候掩盖了某些实际特性。，再加上无线传感器网络自身的拓扑复杂多变，导致采用确定性覆盖在实际应用中具有很大的局限性，不能适用于战场等危险或其他环境恶劣的场所。因此在本文中对此类型不做研究。

根据应用属性分类可以分为节能覆盖和栅栏覆盖^[2]。节能覆盖是指传感器本身过小，为了保证能够大规模网络传感器节点能量的有效使用进行的一项覆盖研究；栅栏覆盖是指经常出现在边境入侵检测场景中。

第二章．Ad hoc无线网络

2.1．Ad hoc网络定义

网络是一种无中心自组织的多跳无线网络，它不以任何已有的固定设施为基础而能随时随地组建临时性网络^[6]。它是具有特殊用途的对等式网络, 使用无线通信技术 ,网络中的节点互相作为其邻居（在其直接通信范围内的节点）的路由器,通过节点转发实现节点间的通信。

　　Ad hoc具有组网灵活、扩容方便、维护费用和运营成本低、安装快捷、系统简单、覆盖范围广等优点。并具有很高的抗毁性能，在应急救灾、野外勘探以及军事领域有着广泛的应用前景。此网络与ADLS或3G网络不同的是这是一种具有特种意义且临时性组成的不一般的特性能网络.

　　Ad hoc网络是有一组带有无线通信收发设备的移动节点组成，多跳，临时与无中心的自治系统。