omnet++WSN仿真手册资源-CSDN文库

5星 · 超过95%的资源需积分: 35 176 浏览量 2011-11-29 12:25:09 上传评论 2 收藏 2MB DOC 举报

### omnet++WSN仿真手册知识点解析 #### 一、无线传感器网络概述 **知识点1：常见仿真工具对比** - **NS-2**: 开源网络仿真器，支持广泛的网络协议和算法，但在处理大规模网络时性能较低。 - **OPNET**: 商业化的高性能网络仿真平台，适用于大规模网络仿真，但成本较高。 - **SensorSim**: 专注于无线传感器网络的仿真工具，轻量级，易于使用。 - **EmStar**: 支持多种无线传感器网络协议的仿真，具有良好的可扩展性。 - **GloMoSim**: 高性能并行网络仿真工具，适用于大规模网络仿真。 - **TOSSIM**: 专门为TinyOS操作系统下的无线传感器网络设计的仿真器。 - **PowerTOSSIM**: 在TOSSIM基础上增加了能量消耗模型，更适合能源敏感的WSN仿真。 #### 二、Omnet++简介 **知识点2：Omnet++框架** - **组成**: 包括核心仿真引擎、模块库、图形用户界面等。 - **结构**: 基于组件的架构，便于模块化开发和扩展。 **知识点3：Omnet++的安装** - 安装步骤包括下载、配置环境变量、编译等。 **知识点4：Omnet++语法** - **NED语言**: - **总概述**: NED是Omnet++的一种专用配置语言，用于描述系统结构。 - **组件描述**: 使用NED定义模块类型及其之间的连接关系。 - **函数**: 可在NED文件中定义函数来简化配置。 - **简单模块**: - **离散事件**: Omnet++通过离散事件驱动方式进行仿真。 - **包传输模型**: 模拟数据包在网络中的传输过程。 - **定义简单模块**: 包括模块类型声明、端口定义等内容。 - **主要成员函数**: 如初始化函数、处理事件的函数等。 - **消息**: - **cMessage类**: 基础消息类，所有消息对象的基类。 - **消息定义**: 定义消息对象，指定其属性。 - **消息收发**: 发送和接收消息的方法。 - **模块参数、门及连接的访问**: - **消息参数访问**: 访问传递给模块的消息参数。 - **门和连接访问**: 通过门来管理模块间的连接。 - **门的传输状态**: 跟踪数据包通过门的状态变化。 - **连接状态**: 维护模块间连接的有效性和状态。 **知识点5：仿真过程** - 包括设置仿真场景、运行仿真、分析结果等步骤。 **知识点6：配置文件omnetpp.ini** - 配置文件用于指定仿真参数、路径等。 **知识点7：结果分析工具** - **Plove**: 矢量描绘工具，用于可视化仿真结果。 - **Scalar**: 标量工具，提供数值统计结果。 #### 三、物理层仿真（信道） **知识点8：UWB基础知识** - **应用背景**: UWB（超宽带）技术在短距离高速无线通信领域有广泛应用。 - **定义**: UWB信号的特点是带宽极宽且功率谱密度低。 - **脉冲生成方式**: 包括高斯脉冲和非高斯脉冲等。 - **调制方式**: 如脉冲位置调制等。 - **链路建立控制**: 使用功率控制实现多址接入。 **知识点9：UWB仿真** - **算法概述**: 描述UWB信号传输的基本原理。 - **具体流程**: 包括信号生成、传播、接收等过程。 - **主要代码**: 展示实现上述功能的关键代码片段。 - **结果分析**: 分析仿真结果，评估性能指标。 - **应用前景**: 探讨UWB技术在未来的发展方向。 #### 四、MAC层仿真 **知识点10：MAC层特性及分类** - **无线信道特性**: 如多径衰落、干扰等。 - **MAC设计特性**: 如节能、公平性等。 - **典型MAC协议分类**: 包括基于随机竞争、时分复用等。 **知识点11：基于随机竞争的MAC协议** - **S-MAC协议**: 节能型MAC协议，通过休眠机制减少能量消耗。 - **T-MAC协议**: 基于时钟同步的节能MAC协议。 - **AC-MAC协议**: 自适应竞争MAC协议，根据网络负载调整竞争窗口大小。 **知识点12：基于时分复用的MAC协议** - **D-MAC协议**: 动态时隙分配机制。 - **TRAMA协议**: 采用时间预留的方式提高信道利用率。 - **AI-LMAC协议**: 基于人工智能的MAC协议，自适应调整时隙分配策略。 **知识点13：其他类型的MAC协议** - **SMACS/EAR协议**: 结合了随机竞争与时分复用的优点。 - **基于CDMA技术的MAC协议**: 利用码分多址技术实现多用户接入。 - **DCC-MAC**: 动态信道控制MAC协议，动态调整信道分配。 **知识点14：基于OMNeT++的MAC层协议仿真** - **S-MAC协议仿真**: 展示S-MAC协议在Omnet++中的实现细节。 - **流程图**: 提供清晰的流程图表。 - **协议分析**: 对S-MAC协议的性能进行深入分析。 #### 五、网络层仿真 **知识点15：无线传感器网络路由协议** - **协议分类**: 包括平面路由、层次化路由等。 - **经典算法仿真**: 如Flooding、DD、LEACH等。 - **发展趋势**: 探讨路由协议的未来发展方向。 **知识点16：OMNET++仿真** - **基本概念**: 包括传感器网络的体系结构、网络模型等。 - **路由协议基本概念**: 如网络通信模式等。 - **仿真软件基本概念**: 包括仿真引擎的工作原理等。 **知识点17：无线传感器网络路由协议介绍** - **泛洪法**: 最简单的路由机制之一，但可能导致冗余传输。 - **定向扩散**: 基于兴趣的数据传播机制。 - **LEACH**: 一种能量效率高的层次化路由协议。 **知识点18：OMNET++仿真实例** - **泛洪法**: 实现泛洪路由协议的步骤和代码示例。 - **gossiping协议**: 一种分布式路由协议，通过流言传播机制进行路由决策。 #### 六、应用层仿真 **知识点19：无线传感器网络节点定位** - **基本概念**: 节点定位的重要性以及基本定义。 - **研究进展**: 测距方法、定位原理等。 - **算法分类**: 锚节点分类、计算方式分类等。《omnet++WSN仿真手册》提供了关于无线传感器网络（WSN）仿真领域的全面指导。从常见的仿真工具到具体的Omnet++使用技巧，再到各层协议的详细解析，该手册为读者提供了一个深入了解WSN仿真的机会，并有助于实践者更好地理解和应用相关技术。

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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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内容反馈

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
maya7634

2013-01-02

不错说的挺全的也有实例
gaa1ugy

2012-12-21

内容丰富，资料详细，值得浏览