omnet++WSN仿真手册

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仿真手册

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目 录
 第一章 无线传感器网络概述........................5
概述............................................................................................................................................................5
1 NS-2.....................................................................................................................................................6
2 OPNET................................................................................................................................................6
3 SensorSim...........................................................................................................................................6
4 EmStar................................................................................................................................................7
5 GloMoSim...........................................................................................................................................7
6 TOSSIM..............................................................................................................................................7
7 PowerTOSSIM...................................................................................................................................8
 第二章 OMNET＋＋简介.............................9
概述............................................................................................................................................................9
1 OMNeT++框架...................................................................................................................................9
1.1 OMNeT++组成............................................................................................................................9
1.2 OMNeT++结构..........................................................................................................................10
2 OMNeT++的安装.............................................................................................................................12
3 OMNeT++语法.................................................................................................................................12
3.1 NED 语言...................................................................................................................................13
3.1.1 NED 总概述........................................................................................................................13
3.1.2 Ned 描述的组件..................................................................................................................13
3.1.3 函数.....................................................................................................................................15
3.2 简单模块....................................................................................................................................17
3.2.1 OMNET＋＋中离散事件...................................................................................................17
3.2.2 包传输模型.........................................................................................................................18
3.2.3 定义简单模块.....................................................................................................................19
3.2.4 简单模块中的主要成员函数.............................................................................................20
3.3 消息............................................................................................................................................21
3.3.1 cMessage 类.........................................................................................................................21
3.3.2 消息定义.............................................................................................................................21
3.3.3 消息的收发.........................................................................................................................22
1

3.4 模块参数、门及连接的访问....................................................................................................23
3.4.1 消息参数的访问.................................................................................................................23
3.4.2 门和连接的访问.................................................................................................................24
3.4.3 门的传输状态.....................................................................................................................26
3.3.4 连接的状态.........................................................................................................................26
4 仿真过程.......................................................................................................................................27
5 配置文件 omnetpp.ini...................................................................................................................28
6 结果分析工具...............................................................................................................................29
6.1 矢量描绘工具 Plove..............................................................................................................29
6.2 标量工具 Scalar.....................................................................................................................29
27、结束语.........................................................................................................................................30
 第三章 物理层仿真（信道）......................32
1 UWB 的基础知识.............................................................................................................................32
1.1 UWB 信号的应用背景..............................................................................................................32
1.2 UWB 信号的定义......................................................................................................................32
1.3 UWB 的脉冲生成方式(高斯脉冲,非高斯脉冲).......................................................................34
1.4 UWB 的调制方式......................................................................................................................34
1.5 用功率控制多址接入方法来进行链路的建立控制................................................................36
2 用 OMNeT++对 UWB 进行仿真.....................................................................................................39
2.1 算法仿真的概述........................................................................................................................39
2.2 算法的具体流程........................................................................................................................40
2.3 算法的主要代码........................................................................................................................42
2.4 仿真结果分析............................................................................................................................58
2.5 应用前景....................................................................................................................................58
参考文献..................................................................................................................................................59
 第四章 MAC 层仿真...................................60
概述..........................................................................................................................................................60
1 无线传感器网络 MAC 层特性及分类............................................................................................61
1.1 无线信道特性............................................................................................................................61
1.2 MAC 设计特性分析..................................................................................................................61
1.3 无线传感器网络典型 MAC 协议的分类..................................................................................62
2 基于随机竞争的 MAC 协议............................................................................................................62
2.1 S-MAC 协议
[12]
...........................................................................................................................62
2.2 T-MAC 协议...............................................................................................................................65
2.3 AC-MAC 协议............................................................................................................................65
2

4.3 基于时分复用的 MAC 协议............................................................................................................66

4.3.1 D-MAC 协议..............................................................................................................................66

4.3.2 TRAMA 协议.............................................................................................................................67

4.3.3 AI-LMAC 协议...........................................................................................................................67

4.4 其他类型的 MAC 协议....................................................................................................................68

4.4.1 SMACS/EAR 协议.....................................................................................................................68

4.4.2 基于 CDMA 技术的 MAC 协议................................................................................................68

4.4.3 DCC-MAC..................................................................................................................................69

4.5 基于 OMNeT++的 MAC 层协议仿真.............................................................................................70

4.5.1 S-MAC 协议的仿真...................................................................................................................70

4.5.2 S-MAC 协议流程图...................................................................................................................71

4.5.3 S-MAC 协议的分析...................................................................................................................72

4.6 小结....................................................................................................................................................86

参考文献..................................................................................................................................................86

第五章网络层仿真.....................................88

概述..........................................................................................................................................................88

5.1 无线传感器网络路由协议研究........................................................................................................89

5.1.1 无线传感器网络协议分类........................................................................................................89

5.1.2 无线传感器网络中平面路由....................................................................................................90

5.1.3 无线传感器网络中层次化路由................................................................................................92

5.1.4 经典算法的 OMNET 仿真.........................................................................................................94

5.2 无线传感器网络路由协议研究的发展趋势..................................................................................104

5.3 无线传感器网络层路由协议与 OMNET++仿真.........................................................................105

5.3.1 无线传感器网络层路由与 OMNET++仿真的基本概念

[19]

...................................................105

5.3.1.1 传感器网络的体系结构...................................................................................................106

5.3.2 传感器网络层路由协议的基本概念......................................................................................107

5.3.2.1 网络通信模式

[28]

...............................................................................................................107

5.3.2.2 传感器网络层设计

[29]

.......................................................................................................109

5.3.3 OMNET++仿真软件的基本概念............................................................................................110

5.4 无线传感器网络路由协议介绍......................................................................................................111

5.4.1 泛洪法(Flooding)

[32]

..................................................................................................................112

5.4.2 定向扩散(Directed Diffusion：DD)

[33]

....................................................................................113

5.4.3 LEACH( Energy Adaptive Clustering Hierarchy)

[34]

................................................................114

5.5. OMNET++仿真实例.....................................................................................................................115

5.5.1 泛洪法.......................................................................................................................................115

5.5.2 gossiping 协议..........................................................................................................................120

5.6 本章总结..........................................................................................................................................122

参考文献................................................................................................................................................123

第六章应用层仿真...................................126

6.1 无线传感器网络节点定位..............................................................................................................126

6.1.1 节点定位的基本概念..............................................................................................................126

6.1.1.1 节点定位的定义...............................................................................................................126

6.1.1.2 节点定位的重要性...........................................................................................................127

6.1.2 节点定位的研究......................................................................................................................128

6.1.2.1 测距方法...........................................................................................................................128

6.1.2.2 节点定位原理...................................................................................................................128

6.1.2.3 节点定位算法分类...........................................................................................................129

6.1.2.4 节点定位性能评价

[37]

.......................................................................................................132

6.1.3 基于 OMNET++的 DV—Hop 定位算法仿真.........................................................................133

6.1.3.1 DV—Hop 定位算法的基本思想......................................................................................133

6.1.3.2 DV—Hop 定位算法仿真..................................................................................................134

6.2 网络管理..........................................................................................................................................142

6.2.1 概叙...........................................................................................................................................142

6.2.1.1 wsn 网络管理的定义及范畴............................................................................................143

6.2.1.2 wsn 网络管理系统的分类................................................................................................144

6.2.1.3 wsn 网络管理系统的设计标准........................................................................................146

6.2.2 wsn 网络管理系统...................................................................................................................147

6.2.2.1 能量管理系统...................................................................................................................147

6.2.2.2 拓扑控制系统...................................................................................................................148

6.2.2.3 可调试、可配置、可编程系统.......................................................................................150

6.2.3 典型网络管理算法的 Omnet 模拟..........................................................................................152

6.2.3.1 基于 Wsn 的一个简单拓扑查找算法算法模拟..............................................................152

6.2.4 结论..........................................................................................................................................158

6.3 基于路由层安全协议的 OMNeT++仿真......................................................................................158

6.3.1 基础知识介绍..........................................................................................................................158

6.3.1.1 无线传感器网络安全性的重要性和必要性...................................................................158

6.3.1.2 无线传感器网络的安全目标...........................................................................................158

6.3.1.3 无线传感器网络中的路由协议概述...............................................................................159

6.3.1.4 无线传感器网络路由协议的攻击方法...........................................................................159

6.3.1.5 无线传感器网络中经典路由协议安全性分析...............................................................162

6.3.1.6 安全路由技术分析...........................................................................................................164

6.3.2 在 OMNeT++ 中的仿真...........................................................................................................165

6.3.3 总结..........................................................................................................................................174

参考文献................................................................................................................................................174

第七章实例（无线传感器网络移动节点定位

仿真）............................................................................................................181

概述........................................................................................................................................................181

7.1 移动定位算法介绍..........................................................................................................................182

7.1.1 室内移动节点定位算法..........................................................................................................182

7.1.1.1 Active Badge 系统.............................................................................................................182

7.1.1.2 RADAR 系统....................................................................................................................182

7.1.1.3 Cricket 系统.......................................................................................................................183

7.1.2 室外移动节点定位算法..........................................................................................................183

7.1.2.1 基于静态定位的移动定位算法.......................................................................................183

7.1.2.2 纯移动定位算法...............................................................................................................184

7.2 移动定位算法的 OMNeT++仿真..................................................................................................185

7.2.1 MCL（Monte Carlo Localization）定位算法简介................................................................185

7.2.2 MCL（Monte Carlo Localization）的 OMNeT++仿真..........................................................188

7.2.2.1 建立网络拓扑...................................................................................................................188

7.2.2.2 编码阶段...........................................................................................................................192

7.3.总结和发展趋势..............................................................................................................................197

参考文献................................................................................................................................................197

第一章无线传感器网络概述

概述

集成了传感器、微机电系统和网络三大技术而形成的传感器网络是一种全新的信息获

取和处理技术，具有广阔的应用前景。主要表现在军事、环境、医疗、家庭等商业领域，

特别在空间探索和灾难拯救等特殊的领域有其得天独厚的技术优势。为评价传感器网络协

议算法的性能，仅通过实验是无法实现的，特别是包含大量节点的大规模无线传感器网络

更是很难通过实验来实现(实际上，上百个节点的实验己经比较难以管理与实现)。

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rongzi1987

2014-04-02

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 7 1.4 EmStar 7 1.5 GloMoSim 7 1.6 TOSSIM 7 1.7 PowerTOSSIM 8 第二章 OMNET＋＋第三章物理层仿真（信道） 32 第四章 MAC层仿真 60