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OMNET++教程中文
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更新于2023-03-16
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一部非常详细和基础的OMnet++教程,相信大家会学清OMnet++的原理,是做仿真的必备资料
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1
目 录
第一章 无线传感器网络概述 ................ 6
概述 .......................................................................................................................................................... 6
1.1 NS-2 ................................................................................................................................................... 6
1.2 OPNET .............................................................................................................................................. 6
1.3 SensorSim .......................................................................................................................................... 6
1.4 EmStar ............................................................................................................................................... 7
1.5 GloMoSim ......................................................................................................................................... 7
1.6 TOSSIM ............................................................................................................................................. 7
1.7 PowerTOSSIM .................................................................................................................................. 7
第二章 OMNET++简介 ..................... 8
概述 .......................................................................................................................................................... 8
2.1 OMNeT++框架 ................................................................................................................................. 8
2.1.1 OMNeT++组成 ........................................................................................................................... 8
2.1.2 OMNeT++结构 ........................................................................................................................... 9
2.2 OMNeT++的安装 ........................................................................................................................... 10
2.3 OMNeT++语法 ............................................................................................................................... 11
2.3.1 NED 语言 .................................................................................................................................. 11
2.3.1.1 NED 总概述....................................................................................................................... 11
2.3.1.2 Ned 描述的组件 ................................................................................................................ 11
2.3.1.3 函数 .................................................................................................................................... 13
2.3.2 简单模块 .................................................................................................................................. 14
2.3.2.1 OMNET++中离散事件 .................................................................................................. 14
2.3.2.2 包传输模型 ....................................................................................................................... 14
2.3.2.3 定义简单模块 ................................................................................................................... 15
2.3.2.4 简单模块中的主要成员函数 ........................................................................................... 16
2.3.3 消息 .......................................................................................................................................... 17
2.3.3.1 cMessage 类 ....................................................................................................................... 17
2.3.3.2 消息定义 ........................................................................................................................... 17
2.3.3.3 消息的收发 ....................................................................................................................... 17
2.3.4 模块参数、门及连接的访问 .................................................................................................. 18
2
2.3.4.1 消息参数的访问 ................................................................................................................ 18
2.3.4.2 门和连接的访问 ................................................................................................................ 19
2.3.4.3 门的传输状态 .................................................................................................................... 20
2.3.3.4 连接的状态 ........................................................................................................................ 20
2.4 仿真过程 ......................................................................................................................................... 21
2.5 配置文件 omnetpp.ini.................................................................................................................... 22
2.6 结果分析工具 ................................................................................................................................. 22
2.6.1 矢量描绘工具 Plove ............................................................................................................ 22
2.6.2 标量工具 Scalar ................................................................................................................... 22
2.7、结束语 ........................................................................................................................................... 23
第三章 物理层仿真(信道) ............... 24
3.1 UWB 的基础知识 ........................................................................................................................... 24
3.1.1 UWB 信号的应用背景 ............................................................................................................. 24
3.1.2 UWB 信号的定义 ..................................................................................................................... 24
3.1.3 UWB 的脉冲生成方式(高斯脉冲,非高斯脉冲) ..................................................................... 25
3.1.4 UWB 的调制方式 ..................................................................................................................... 25
3.1.5 用功率控制多址接入方法来进行链路的建立控制 .............................................................. 27
3.2 用 OMNeT++对 UWB 进行仿真 .................................................................................................. 28
3.2.1 算法仿真的概述 ...................................................................................................................... 28
3.2.2 算法的具体流程 ...................................................................................................................... 30
3.2.3 算法的主要代码 ...................................................................................................................... 31
3.2.4 仿真结果分析 .......................................................................................................................... 43
3.2.5 应用前景 .................................................................................................................................. 43
参考文献 ................................................................................................................................................ 44
第四章 MAC 层仿真 ....................... 44
概述 ........................................................................................................................................................ 44
4.1 无线传感器网络 MAC 层特性及分类 .......................................................................................... 45
4.1.1 无线信道特性 .......................................................................................................................... 45
4.1.2 MAC 设计特性分析 ................................................................................................................ 45
4.1.3 无线传感器网络典型 MAC 协议的分类 ............................................................................... 45
4.2 基于随机竞争的 MAC 协议.......................................................................................................... 46
4.2.1 S-MAC 协议
[12]
......................................................................................................................... 46
4.2.2 T-MAC 协议 ............................................................................................................................. 47
3
4.2.3 AC-MAC 协议 .......................................................................................................................... 48
4.3 基于时分复用的 MAC 协议.......................................................................................................... 48
4.3.1 D-MAC 协议............................................................................................................................. 48
4.3.2 TRAMA 协议............................................................................................................................ 49
4.3.3 AI-LMAC 协议 ......................................................................................................................... 49
4.4 其他类型的 MAC 协议 ................................................................................................................. 49
4.4.1 SMACS/EAR 协议 ................................................................................................................... 49
4.4.2 基于 CDMA 技术的 MAC 协议 ............................................................................................. 50
4.4.3 DCC-MAC ................................................................................................................................ 50
4.5 基于 OMNeT++的 MAC 层协议仿真 .......................................................................................... 51
4.5.1 S-MAC 协议的仿真 ................................................................................................................. 51
4.5.2 S-MAC 协议流程图 ................................................................................................................. 52
4.5.3 S-MAC 协议的分析 ................................................................................................................. 53
4.6 小结 ................................................................................................................................................. 63
参考文献 ................................................................................................................................................ 63
第五章 网络层仿真 ....................... 64
概述 ........................................................................................................................................................ 64
5.1 无线传感器网络路由协议研究 ..................................................................................................... 65
5.1.1 无线传感器网络协议分类 ...................................................................................................... 65
5.1.2 无线传感器网络中平面路由 .................................................................................................. 66
5.1.3 无线传感器网络中层次化路由 .............................................................................................. 67
5.1.4 经典算法的 OMNET 仿真 ...................................................................................................... 69
5.2 无线传感器网络路由协议研究的发展趋势 ................................................................................. 76
5.3 无线传感器网络层路由协议与 OMNET++仿真 ......................................................................... 77
5.3.1 无线传感器网络层路由与 OMNET++仿真的基本概念
[19]
.................................................. 77
5.3.1.1 传感器网络的体系结构 ................................................................................................... 77
5.3.1.1.1 传感节点的物理结构 ................................................................................................ 77
5.3.1.1.2 传感器网络的体系结构与网络模型 ........................................................................ 78
5.3.2 传感器网络层路由协议的基本概念 ...................................................................................... 79
5.3.2.1 网络通信模式
[28]
.............................................................................................................. 79
5.3.2.1.1 单播:........................................................................................................................ 79
5.3.2.1.2 广播:........................................................................................................................ 79
5.3.2.1.3 组播:........................................................................................................................ 79
5.3.2.2 传感器网络层设计
[29]
....................................................................................................... 80
5.3.3 OMNET++仿真软件的基本概念 ............................................................................................ 81
4
5.4 无线传感器网络路由协议介绍 ..................................................................................................... 81
5.4.1 泛洪法(Flooding)
[32]
................................................................................................................. 82
5.4.2 定向扩散(Directed Diffusion:DD)
[33]
................................................................................... 82
5.4.3 LEACH( Energy Adaptive Clustering Hierarchy)
[34]
................................................................ 83
5.5. OMNET++仿真实例 ..................................................................................................................... 84
5.5.1 泛洪法 ...................................................................................................................................... 84
5.5.2 gossiping 协议........................................................................................................................... 88
5.6 本章总结 ......................................................................................................................................... 90
参考文献 ................................................................................................................................................ 90
第六章 应用层仿真 ....................... 92
6.1 无线传感器网络节点定位 ............................................................................................................. 92
6.1.1 节点定位的基本概念 .............................................................................................................. 92
6.1.1.1 节点定位的定义 ............................................................................................................... 92
6.1.1.2 节点定位的重要性 ........................................................................................................... 93
6.1.2 节点定位的研究 ...................................................................................................................... 93
6.1.2.1 测距方法 ........................................................................................................................... 93
6.1.2.2 节点定位原理 ................................................................................................................... 94
6.1.2.3 节点定位算法分类 ........................................................................................................... 94
6.1.2.3.1 锚节点分类 ................................................................................................................ 94
6.1.2.3.2 计算方式分类 ............................................................................................................ 95
6.1.2.3.3 测距分类.................................................................................................................... 95
6.1.2.3.4 节点移动性分类 ........................................................................................................ 96
6.1.2.4 节点定位性能评价[37] .................................................................................................... 96
6.1.3 基于 OMNET++的 DV—Hop 定位算法仿真 ......................................................................... 97
6.1.3.1 DV—Hop 定位算法的基本思想 ...................................................................................... 97
6.1.3.2 DV—Hop 定位算法仿真 .................................................................................................. 98
6.2 网络管理 ....................................................................................................................................... 105
6.2.1 概叙 ......................................................................................................................................... 105
6.2.1.1 wsn 网络管理的定义及范畴 .......................................................................................... 106
6.2.1.2 wsn 网络管理系统的分类 .............................................................................................. 106
6.2.1.3 wsn 网络管理系统的设计标准....................................................................................... 107
6.2.2 wsn 网络管理系统 ................................................................................................................. 108
6.2.2.1 能量管理系统 ................................................................................................................. 108
6.2.2.1.1 SenOs[5] ................................................................................................................... 108
6.2.2.2 拓扑控制系统 ................................................................................................................. 109
6.2.2.2.1 TopDisc 算法 ........................................................................................................... 109
6.2.2.3 可调试、可配置、可编程系统 ..................................................................................... 110
6.2.2.2.1 sympathy 系统[42] .................................................................................................. 111
5
6.2.2.2.2 Agilla 系统[7] ........................................................................................................... 111
6.2.3 典型网络管理算法的 Omnet 模拟 ....................................................................................... 112
6.2.3.1 基于 Wsn 的一个简单拓扑查找算法算法模拟 ............................................................ 112
6.2.4 结论 ........................................................................................................................................ 116
6.3 基于路由层安全协议的 OMNeT++仿真 ................................................................................... 116
6.3.1 基础知识介绍 ........................................................................................................................ 116
6.3.1.1 无线传感器网络安全性的重要性和必要性 .................................................................. 116
6.3.1.2 无线传感器网络的安全目标 ......................................................................................... 116
6.3.1.3 无线传感器网络中的路由协议概述 .............................................................................. 117
6.3.1.4 无线传感器网络路由协议的攻击方法 .......................................................................... 117
6.3.1.5 无线传感器网络中经典路由协议安全性分析 .............................................................. 119
6.3.1.6 安全路由技术分析 ......................................................................................................... 121
6.3.1.6.1 密钥管理技术[20, 23, 24, 25] ................................................................................. 121
6.3.1.6.2 安全路由协议 .......................................................................................................... 121
6.3.2 在 OMNeT++ 中的仿真 ....................................................................................................... 122
6.3.3 总结 ........................................................................................................................................ 128
参考文献 .............................................................................................................................................. 129
第七章 实例(无线传感器网络移动节点定位仿真)
................................................................ 133
概述 ...................................................................................................................................................... 133
7.1 移动定位算法介绍 ....................................................................................................................... 134
7.1.1 室内移动节点定位算法 ........................................................................................................ 134
7.1.1.1 Active Badge 系统 ........................................................................................................... 134
7.1.1.2 RADAR 系统 ................................................................................................................... 134
7.1.1.3 Cricket 系统 ..................................................................................................................... 134
7.1.2 室外移动节点定位算法 ........................................................................................................ 135
7.1.2.1 基于静态定位的移动定位算法 ..................................................................................... 135
7.1.2.2 纯移动定位算法 ............................................................................................................. 135
7.2 移动定位算法的 OMNeT++仿真 ............................................................................................... 136
7.2.1 MCL(Monte Carlo Localization)定位算法简介 ............................................................... 136
7.2.2 MCL(Monte Carlo Localization)的 OMNeT++仿真 ........................................................ 138
7.2.2.1 建立网络拓扑 ................................................................................................................. 138
7.2.2.2 编码阶段 ......................................................................................................................... 141
7.3.总结和发展趋势 ............................................................................................................................ 145
参考文献 .............................................................................................................................................. 145
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