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用OMNET++进行WSN仿真
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更新于2023-07-20
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这个既是OMNET++仿真的基本使用介绍,也是用OMNET++进行WSN仿真难得的技术资源.有助于了解WSN的基本协议,也为运用OMNET++疏通思路.
资源详情
资源推荐
第五章 网络层仿真.........................................................................................................................3
概述...........................................................................................................................................3
5.1 无线传感器网络路由协议研究........................................................................................3
5.1.1 无线传感器网络协议分类.....................................................................................3
5.1.2 无线传感器网络中平面路由.................................................................................5
5.1.3 无线传感器网络中层次化路由.............................................................................6
5.1.4 经典算法的 OMNET 仿真.....................................................................................8
5.2 无线传感器网络路由协议研究的发展趋势..................................................................18
5.3 无线传感器网络层路由协议与 OMNET++仿真 ..........................................................19
5.3.1 无线传感器网络层路由与 OMNET++仿真的基本概念
[19]
...............................19
5.3.2 传感器网络层路由协议的基本概念...................................................................21
5.3.3 OMNET++仿真软件的基本概念 .........................................................................24
5.4 无线传感器网络路由协议介绍......................................................................................25
5.4.1 泛洪法(Flooding)
[32]
.............................................................................................26
5.4.2 定向扩散(Directed Diffusion:DD)
[33]
................................................................26
5.4.3 LEACH( Energy Adaptive Clustering Hierarchy)
[34]
.............................................27
5.5. OMNET++仿真实例.......................................................................................................28
5.5.1 泛洪法...................................................................................................................28
5.5.2 gossiping 协议 .......................................................................................................34
5.6 本章总结..........................................................................................................................35
参考文献.................................................................................................................................35
第六章 应用层仿真.......................................................................................................................39
6.1 无线传感器网络节点定位..............................................................................................39
6.1.1 节点定位的基本概念...........................................................................................39
6.1.2 节点定位的研究...................................................................................................40
6.1.3 基于 OMNET++的 DV—Hop 定位算法仿真......................................................46
6.2 网络管理..........................................................................................................................54
6.2.1 概叙........................................................................................................................54
6.2.2 wsn 网络管理系统 ................................................................................................60
6.2.3 典型网络管理算法的 Omnet 模拟......................................................................65
6.2.4 结论.......................................................................................................................70
6.3 基于路由层安全协议的 OMNeT++仿真.......................................................................71
6.3.1 基础知识介绍.......................................................................................................71
6.3.2 在 OMNeT++ 中的仿真......................................................................................78
6.3.3 总结.......................................................................................................................86
参考文献.................................................................................................................................87
第七章 实例(无线传感器网络移动节点定位仿真)...............................................................93
概述.........................................................................................................................................93
7.1 移动定位算法介绍..........................................................................................................94
7.1.1 室内移动节点定位算法.......................................................................................94
7.1.2 室外移动节点定位算法.......................................................................................95
7.2 移动定位算法的 OMNeT++仿真...................................................................................97
7.2.1 MCL(Monte Carlo Localization)定位算法简介..............................................97
7.2.2 MCL(Monte Carlo Localization
)的 OMNeT++仿真.......................................99
7.3.总结和发展趋势.............................................................................................................109
参考文献...............................................................................................................................109
第五章 网络层仿真
概述
无线传感器网络中的路由协议主要任务是将数据分组从事件节点通过网络转发到目的
节点,它主要包括两个方面的功能:寻找事件节点和目的节点间的优化路径,并将数据分组
沿着优化路径正确转发。传统的无线网络的路由协议主要以避免网络拥塞、保持网络的连通
性、提高网络 QOS 为主要目标
[1]
,原因是:
(1) 节点数量众多,分布密集。由于传感器网络通常工作在人难以接近或者危险的区域
内,为了对一个区域执行监测任务,往往有成千上万传感器节点空投到该区域,外界的不确
定性使得必须布置大量的传感节点并使之协同工作才能完成信息收集等任务;同时利用节点
之间高度连接性来保证系统的容错性和抗毁性。
(2) 传感器节点的存储空间、计算能力和能量非常有限。节点由于受价格、体积和功耗
的限制,其计算能力、程序空间和内存空间比普通的计算机功能要弱很多。技术的进步会降
低器件的成本,但就目前的现状而言传感器节点资源紧张的状况还不会得到迅速的缓解。
(3) 电源容量有限,能耗是被首要考虑的因素。传感器网络特殊的应用领域决定了节点
散布之后,不能更换电池或给电池充电,一旦电池能量用完,这个节点也就失去了作用(死
亡)。因此,降低和平衡节点能耗,延长网络的生存时间就成为传感器网络研究中的一个关
键领域,在传感器网络设计过程中,任何技术和协议的使用都要以节能为前提。
5.1 无线传感器网络路由协议研究
5.1.1 无线传感器网络协议分类
WSNs 路由协议负责在 sink 点和其余节点间可靠地传输数据。由于 WSNs 与应用高
度相关,单一的路由协议不能满足各种应用需求,因而人们研究了众多的路由协议。为揭示
协议特点,我们根据路由协议采用的通信模式、路由结构、路由建立时机、状态维护、节点
标识和投递方式等策略,运用多种分类方法对其进行了分类。由于研究人员组合多种策略来
实现路由机制,故同一路由协议可分属不同类别
[2-4].
:
(1) 根据传输过程中采用路径的多少,可分为单路径路由协议和多路径路由协议。单路
径路由节约存储空间,数据通信量少;多路径路由容错性强,健壮性好,且可从众多路由中
选择一条最优路由。
(2) 根据节点在路由过程中是否有层次结构、作用是否有差异,可分为平面路由协议和层
次路由协议。平面路由简单,健壮性好,但建立、维护路由的开销大,数据传输跳数多,适
合小规模网络;层次路由扩展性好,适合大规模网络,但簇的维护开销大,且簇头是路由的
关键节点,其失效将导致路由失败。
(3) 根据路由建立时机与数据发送的关系,可分为主动路由协议、按需路由协议和混合
路由协议。主动路由建立、维护路由的开销大,资源要求高;按需路由在传输前需计算路由,
时延大;混合路由则综合利用这两种方式。
(4) 根据是否以地理位置来标识目的地、路由计算中是否利用地理位置信息,可分为基
于位置的路由协议和非基于位置的路由协议。.有大量 WSNs 应用需要知道突发事件的地理
位置,这是基于位置的路由协议的应用基础,但需要 GPS 定位系统或者其他定位方法协助
节点计算位置信息。
(5) 根据是否以数据来标识目的地,可分为基于数据的路由协议和非基于数据的路由协
议。有大量 WSNs 应用要求查询或上报具有某种类型的数据,这是基于数据的路由协议的
应用基础,但需要分类机制对数据类型进行命名。
(6) 根据节点是否编址、是否以地址标识目的地,可分为基于地址的路由协议和非基于
地址的路由协议。基于地址的路由在传统路由协议中较常见,而在 WSNs 中一般不单独使
用而与其他策略结合使用。
(7) 根据路由选择是否考虑 QoS 约束,可分为保证 QoS 的路由协议和不保证 QoS 的路由
协议。保证 QoS 的路由协议是指在路由建立时,考虑时延、丢包率等 QoS 参数,从众多可
行路由中选择一条最适合 QoS 应用要求的路由。
(8) 根据数据在传输过程中是否进行聚合处理,可分为数据聚合的路由协议和非数据聚
合的路由协议。数据聚合能减少通信量,但需要时间同步技术的支持,并使传输时延增加。
(9) 根据路由是否由源节点指定,可分为源站路由协议和非源站路由协议。源站路由协
议节点无须建立、维护路由信息,从而节约存储空间,减少通信开销。但如果网络规模较大,
数据包头的路由信息开销也大,而且如果网络拓扑变化频繁,将导致路由失败。
(10) 根据路由建立时机是否与查询有关,可分为查询驱动的路由协议和非查询驱动的
路由协议。查询驱动的路由协议能够节约节点存储空间,但数据时延较大,且不适合环境监
测等需紧急上报的应用。
5.1.2 无线传感器网络中平面路由
平面路由算法主要特点有:所需的信息域较小,一般仅需一跳(1 hop)内的信息;无
需进行周期性的路由信息维护;复杂度较低。
(1)扩散法(Flooding)
[5]
:扩散法是一种传统的网络通信路由协议。源节点 Source
将报文传送给它的每一个邻居节点, 每一个邻居节点又将其传输给各自的所有邻居节点。如
此继续下去, 直到将数据传输到汇集点 Sink 或为该报文所设定的生命期限变为零为止。
(2)闲聊法(Gossiping)
[5]
:Gossiping 是对 Flooding 算法的一种改进,算法中节点随
机选取一个相邻节点转发它接收到的分组,而不是采用广播形式。这种方法避免了消息的“内
爆”现象,但有可能增加端到端的传输延时。
(3)SAR(Sequential Assignment Routing):算法创建多棵树,每棵树的树根都是 Sink
的一跳邻居。在算法的初始阶段,树从根节点开始,不断吸收新的节点加入。在树延伸的过
程中,将避免那些 QoS 不好及能量已经消耗较多的节点。初始阶段结束后,大多数节点都
加入了某个树,各节点只需要知道自己的上一跳邻居,以转发报文。在网络工作过程中,一
些树可能由于中间节点能量耗尽而断开,也可能有新的节点加入网络而使网络拓扑结构发生
变化。所以网关周期性的发起“重新建立路径”的命令,以保证网络的连通性和最优的服务
质量。
(4)SPIN ( Sensor Protocol for Information via Negotiation)
[6]
:算法用临时的请求/应答
方式转发数据。Source 和收到数据的节点向其邻接点发广告报文 ADV 表示自己有数据要发
送(ADV 中包括了对即将发送数据的描述);有兴趣的邻接点发 REQ 报文响应;而后发送
节点将数据封装为 DATA 发送过去,如此转发直到 Sink。
算法通过使用节点间的协商制度和资源自适应机制, 解决了 Flooding 中存在的不足之
处,即为了避免出现扩散法的信息爆炸问题和部分重叠现象, 传感器节点在传送数据之前彼
此进行协商, 协商制度可确保传输有用数据。另外,节点间通过发送源数据(即描述传感器
节点采集的数据属性的数据)而不是采集的整个数据进行协商。
(5)定向扩散(Directed Diffusion, DD)
[7]
:该模型是 Estrin 等人针对传感器节点资源
有限等特点设计的路由策略。其实现机制如下:Sink 向所有传感器节点发送兴趣(兴趣是通
过分配不同的属性值来表示不同任务的描述符) , 每个传感器节点在收到兴趣后将其保存在
各自的 CACHE 中。每个兴趣项包含一个时间标签域和若干个梯度域。当一个兴趣传遍整
个网络后, 从 Source 到 Sink 之间的梯度就建立起来了,梯度反映了网络中节点对匹配请
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paney
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