森林火灾下移动自组节点路由算法的研究

论文总字数：20522字

目 录

1绪论 3

1.1 论文研究的背景及意义 3

1.2 当前研究现状和发展 3

1.3 本文研究内容 4

2森林火灾下移动Ad Hoc传感网技术 4

2.1 Ad Hoc网络概述 4

2.2传感网络的目标和特点 4

2.3 Ad Hoc传感网络的体系结构 5

3 Ad Hoc网络的路由协议 6

3.1 基于表驱动的路由协议 6

3.2 按需路由协议 7

4网络仿真器 NS2 10

4.1 NS2简介 10

4.2 NS2功能模块 10

4.3 NS2仿真层次 11

4.4 NS2仿真的步骤 12

5路由协议仿真 12

5.1 仿真环境 12

5.2 trace文件分析 13

5.2.1 trace的仿真过程 13

5.2.2 gawk编写脚本 15

5.3 性能对比 17

5.3.1 分组投递率对比 17

5.3.2 归一化路由开销对比 19

5.3.3 平均时延对比 21

6结论 23

6.1 工作总结 23

6.2 存在的问题 23

参考文献： 24

致谢 25

森林火灾下移动自组节点路由算法的研究

韩颖

，China

Abstract：More and more people devote themselves to explore advanced forest fire monitoring applications due to low efficiency in traditional monitoring approaches. In a traditional manner， most fixed monitoring devices are destroyed， whereas an ad hoc network is more suitable for forest fire monitoring because it does not need complicated deployment and sensor devices within the network can shift their own position. Sensor nodes in mobile ad hoc networks can be deployed in a distributed， self-organized manner. As is known to all， Network topologies using different mobile ad hoc routing protocols are distinct， which will significantly affect the network control and management. Therefore， this paper simulates the forest fire scenario and compares three routing protocols (e.g. DSDV， DSR and AODV) in ad hoc networks， aiming to find an efficient forest fire monitoring approach.

Key words：Ad Hoc sensor network；NS2；DSDV；DSR；AODV

1绪论

1.1 论文研究的背景及意义

森林既是人类赖以生存，也是社会发展最重要的资源之一，更在地球生态平衡中发挥着重要作用即生态保护者。但是，由于一些人为或自然原因，森林火灾的发生几率非常大。大火带来的损失更加超乎想象。因此，世界森林防火部门对森林防火和监测尤为重视，现在已经成为一个重要的研究热点。目前，比较常见的森林火灾预防措施是预防期间派出消防人员巡逻森林、瞭望塔人工观测和卫星探测等。瞭望塔人工观测方式，虽然简单，但是所需投入的财力、物力和劳动力成本巨大，而且经常会出现消防工作人员麻木粗心、不坚守岗位、不能及时监控、不能全方位监测整个领域等一系列问题。卫星探测的扫描周期、分辨率、图像像素点饱和度、扫描期间的云层以及火灾参数等众多因素的不确定性都限制了卫星探测系统的使用范围，并且直接影响森林火灾的监测效果。

由于传统森林火灾监测方法存在很多的不足，森林火灾的监测中急需引进新兴高效的新方法。移动Ad Hoc网络不需要预先安排固定的基础设备，从而使其相对于传统的集中式网络，具有网络方便快捷、灵活性高、抗毁性强等一系列优点，在森林火灾中固定的通讯网络设备被严重损毁或不能顺利工作的环境下，它可以提供通信服务。这为有关林业专家或决策者提供直观信息 ，并为有关部门采取相应的防火或灭火措施提供决策依据具有重要意义。

1.2 当前研究现状和发展

作为一种新兴的网络通讯技术，无线传感网技术具有传统监测技术无法实现和超越的特性，即能在无人值守的偏避环境下实行有效的监测任务。目前，无线传感网络在森林火灾检测技术中的运用已经成为国内外研究人员的关注热点。

无线传感器网络监测森林火灾的应用最初是由美国加州大学伯克利分校的研究者们提出研究，研制出了用于收集空气温度、相对湿度和大气压力等气象数据的环境传感器所组成的FireBug系统^[2]。各环境传感器把收集到的数据传输到基站，并通过基站和远程数据服务器进行通信，终端用户通过网页浏览器与远程数据服务器通信，获取所需信息。此外，美国华盛顿大学的研究人员通过研究移动代理在无线传感器网络中的应用，寻找到了火灾的来源，提高了无线传感器网络的灵活性。森林火险是一种用来衡量火灾发生的可能性的指标，加拿大在这方面开发出的森林火险等级系统CFFDRS和火险气候指数系统FWI是典型的森林火险指数，将引起森林火灾的气候条件与森林内部的可燃物联系起来，提供了有关森林火险天气和火灾的指数以及选定的大气条件等的信息。

Ad Hoc网络有许多独特的优点，使其在民用和军事通讯等方面有非常大的优势。在恶劣的环境下，通过Ad Hoc网络临时组网的特点，可以实现无线传输网络中数据、语音、图像和视频等功能，适用范畴涵盖了各个领域^[3]。特别是在未来的战场上，Ad Hoc网络实现高技术武器装备效能，对联合指挥、联合行动和提高作战机操作灵活性等方面具有十分重要的意义。类似于扩频通讯技术，移动Ad Hoc网络，它最先运用在军事方面，以后必然也会为民用产品的发展带来良好的经济收益和赢得大家共鸣的社会成效。

1.3 本文研究内容

本课题旨在研究一种面向森林火险监测的基于Ad Hoc传感网络的高效数据传输机制，该机制能够提高森林气象数据传输效率，并且能够降低开发成本，以及提升了森林火灾的监测能力，为丛林火灾的预警决策提供了重要依据。

主要工作：

(1) 学习Ad Hoc传感网络理论知识。综述Ad Hoc传感网路相关定义、特点、结构等。

(2) 熟悉典型路由算法。回顾Ad Hoc传感网路由算法的相关理论，阐述了路由协议的分类，并对部分典型协议进行深入研究。

(3) 学习基于NS2平台的网络仿真技术。本文在研究中使用NS2进行仿真分析。

(4) 各路由协议综合性能分析与比较。对研究成果进行总结，分析存在问题等。

2森林火灾下移动Ad Hoc传感网技术

2.1 Ad Hoc网络概述

Ad Hoc传感网络是一种由许多微型的、多功能的、可移动的传感设备构成的自组织的网络系统，主要用于收集指定区域内的数据，并对数据加以处理后发送给终端。这些小型设施由无线煤质相互连接而且各自执行不同的传感活动，节点间的连接可以使用红外线设施或无线电设备。Ad Hoc传感网络实现了传感网络和Ad Hoc网络的综合运用，在这样的网络中，可以通过中间节点的转发来完成节点间的通讯，而且还能够通过节点来监测当地环境的变动，收集并解决有关传感信息，使得传统Ad Hoc网络的作用得到有效加强。在Ad Hoc传感网络中，通过传感节点共同运转完成一些具体的工作，并根据网络规模的大小选择恰当的Ad Hoc协议来实现选择合适的路由和转发有关的信息的功能。将传感、计算和通讯性能融合在一起的特点，Ad Hoc传感器网络供应了处置信号的自然平台，它可以在不同的抽象层进行信息处理，能够通过对特定的目标具体的微观观察到对多目标的集合进行的宏观观察。因为Ad Hoc传感网络具有许多独特的特征，它运用的体系构造及设计原则与传统的Ad Hoc网络相比较，应该有一定差异。

2.2传感网络的目标和特点

传感网络是一种特殊的自组织网络，由许多小型传感器组成并且连接了传感器、激励源和处理器，主要作用是对周身环境和有关的现象变化进行监测，然后向观察人员或研究所提供测量结果。这种集无线网络和数据网络于一体的新型网络结构，不同于以前的计算机网络，它更加注重通讯方面的作用。另外，传感网络在不同的应用中，有不同的实现目标，通常要具体情况具体分析，但是传感网络通常都有一些共同的目标。

1. 传感网络一般都需要依据不同的应用条件选择相匹配的参数，如某些速率和事件周期等，来实现不同的任务要求。
2. 对有关事件的发生率进行检测，同时估算与之相关联的参数。
3. 对收集到的数据进行处理和分类。
4. 对观察对象的踪迹进行监视，可以向指定的地方高效地传达正确的信息。

虽然Ad Hoc传感网络是以Ad Hoc网络为基础，但是，并不是所有的传统Ad Hoc网络中运用的协议和算法在传感网络中也同样可以被正常使用，因为传感网络具有下面一些与传统Ad Hoc网络完全不一样的特点。

1. 网络中传感器节点的数量巨大，而且通常节点的方位是相对不变的，并排布地非常紧密，所以网络的可扩展性情况需要仔细的考虑。
2. 传感节点一般都布置在偏僻或不安全的地域并保持连续工作的状态，此外，节点比较脆弱，具有易毁性和易扰性，且受电池的能量限制，其寿命也是有限的。因此一定要节约节点的能量，特殊情况下为了增长网络的使用寿命，一些其他的网络性能（如时延、带宽等）都能够被忽视。
3. 巨大的节点数量，使得手动布置在传感网络中行不通，所以网络必须具备自动组织及自动重配置的能力。
4. Ad Hoc传感网络都是运用广播通讯的方式，而大多数传统Ad Hoc网络都是运用的点对点通讯方式。
5. Ad Hoc传感网络主要作用是检测有关事件是否发生，在事件发生的情况下，快速发送精确的信息给相关工作人员，不仅仅是完成节点之间的通信就可以了，因此节点一般通过相互合作来汇聚和处理重要信息。

2.3 Ad Hoc传感网络的体系结构

传感器网络因内部构造的差异而划分成若干不同的类型。实现一个完整网络的配置工作所需要的成本是由网络的规模和节点的数量决定，而网络中配置几个路由节点和使用哪种路由算法都要根据传感网络和有线网络之间距离的具体情况来判断。传感节点的分布既可以事先确定也可以随机选择，事先确定的条件下，对它的管理和配置都更加容易、方便，但是它的适应能力比较弱；随机选择的条件下，就具有很强的适应能力，但是进行管理的难度比较大。综合上面各种因素，我们将传感网络分为三个主要类型：非传播系统、确定路由系统和自组织系统。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：20522字

相关图片展示：