基于ns2的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)軟件仿真實(shí)驗(yàn)

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1、中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程設(shè)計(jì)題目名稱：基于NS2的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)軟件仿真實(shí)驗(yàn)姓名：董嘉偉學(xué)號：專業(yè)：物聯(lián)網(wǎng)工程1002班組員：裘鋮、施國豪指導(dǎo)教師：何小賢時(shí)間：2013、07、11目錄l課程設(shè)計(jì)目的l課程設(shè)計(jì)內(nèi)容l課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理nWSN路由協(xié)議nWSNMAC層協(xié)議n修改的路由協(xié)議l課程設(shè)計(jì)小組分工l課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程l課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析l課程設(shè)計(jì)心得體會l課程設(shè)計(jì)總結(jié)l參考文獻(xiàn)l源代碼一、課程設(shè)計(jì)目的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)的基本組成部分，是物聯(lián)網(wǎng)用來感知和識別周圍環(huán)境的信息生成和

2、采集系統(tǒng)，傳感器網(wǎng)絡(luò)對信息處理來說如同人體的感覺突觸一樣重要。為了方便感知和部署并提高網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性，傳感器網(wǎng)絡(luò)一般采用無線通信方式，從而形成了節(jié)點(diǎn)之間可自組織拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。本課程設(shè)計(jì)的目的綜合應(yīng)用學(xué)生所學(xué)知識，建立系統(tǒng)和完整的傳感器網(wǎng)絡(luò)概念，理解和鞏固無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基本理論、原理和方法，掌握無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的基本技能。二、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容軟件仿真實(shí)驗(yàn)。要求使用相關(guān)軟件仿真一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，要求如下：l自行參考相關(guān)資料，成功安裝NS2（或OPNET也可以）;l利用NS2自帶的范例，構(gòu)建一個(gè)10

3、0個(gè)節(jié)點(diǎn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，能夠成功運(yùn)行;最好能有界面顯示；l利用利用NS2自帶的范例或其它已有腳本，仿真上述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一種路由協(xié)議（例如一種多播路由協(xié)議）;l利用利用NS2自帶的范例或其它已有腳本，仿真上述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用一種MAC協(xié)議;l修改或自行編寫一個(gè)簡單路由協(xié)議或MAC協(xié)議，并進(jìn)行仿真運(yùn)行。三、課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理a)WSN路由協(xié)議傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對路由協(xié)議要求如下：正確性，健壯性，穩(wěn)定性，公平性，最優(yōu)性。除此之外，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對路由協(xié)議更注重以下特殊要求：能源有效性，簡單性，多路性。無線傳感器

4、網(wǎng)絡(luò)是以數(shù)據(jù)為中心（Data?Centric）進(jìn)行路由的，不同于傳統(tǒng)Ad?hoc網(wǎng)絡(luò)以地址為中心（Address?Centric）進(jìn)行路由的模式。由于傳感器最基本任務(wù)就是感知、采集數(shù)據(jù)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)鄰近節(jié)點(diǎn)間采集的數(shù)據(jù)必然具有相似性，存在冗余信息，需經(jīng)數(shù)據(jù)融合（Data?Fusion）處理再進(jìn)行路由。有研究表明，在分布密度為ρ(x,?y)的隨機(jī)區(qū)域，傳感器間冗余數(shù)據(jù)為：η=ζSeρ。直接傳輸這些未經(jīng)處理、存在冗余的數(shù)據(jù)，將會造成網(wǎng)絡(luò)帶寬、節(jié)點(diǎn)能源的巨大浪費(fèi)，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)迅速死亡，縮短整個(gè)網(wǎng)路的生命周期。無線

5、傳感器網(wǎng)絡(luò)中的大部分節(jié)點(diǎn)不像傳統(tǒng)Ad?hoc網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)一樣快速移動(dòng)，因此沒有必要花費(fèi)很大的代價(jià)頻繁地更新路由表信息。常規(guī)路由協(xié)議通常認(rèn)為底層的通信信道是雙向的，但是在采用無線通信的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，由于發(fā)射功率或地理位置等因素的影響，可能存在單向信道。它給常規(guī)路由協(xié)議帶來三個(gè)嚴(yán)重的影響：認(rèn)知單向性、路由單向性和匯點(diǎn)不可達(dá)。本次實(shí)驗(yàn)中涉及到路由協(xié)議原理如下：lAODVAODV(Adhocon-demanddistancevectorrouting)是一種源驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)需要給網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)

6、傳送信息時(shí)，如果沒有到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的路由，則必須先以多播的形式發(fā)出RREQ(路由請求)報(bào)文。RREQ報(bào)文中記錄著發(fā)起節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)層地址，鄰近節(jié)點(diǎn)收到RREQ，首先判斷目標(biāo)節(jié)點(diǎn)是否為自己。如果是，則向發(fā)起節(jié)點(diǎn)發(fā)送RREP(路由回應(yīng))；如果不是，則首先在路由表中查找是否有到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的路由，如果有，則向源節(jié)點(diǎn)單播RREP，否則繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)RREQ進(jìn)行查找。在網(wǎng)絡(luò)資源充分的情況下，AODV協(xié)議可以通過定期廣播hello報(bào)文來維護(hù)路由，一旦發(fā)現(xiàn)某一個(gè)鏈路斷開，節(jié)點(diǎn)就發(fā)送ERROR報(bào)文通知那些因鏈路斷開而不可達(dá)的

7、節(jié)點(diǎn)刪除相應(yīng)的記錄或者對已存在的路由進(jìn)行修復(fù)。a)WSNMAC層協(xié)議MAC層位于OSI七層協(xié)議中數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)鏈路層分為上層LLC（LogicalLinksControl，邏輯鏈路控制），和下層的MAC（媒體訪問控制），MAC主要負(fù)責(zé)控制與連接物理層的物理介質(zhì)。在發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，MAC協(xié)議可以事先判斷是否可以發(fā)送數(shù)據(jù)，如果可以發(fā)送將給數(shù)據(jù)加上一些控制信息，最終將數(shù)據(jù)以及控制信息以規(guī)定的格式發(fā)送到物理層；在接收數(shù)據(jù)的時(shí)候，MAC協(xié)議首先判斷輸入的信息并是否發(fā)生傳輸錯(cuò)誤，如果沒有錯(cuò)誤，則去掉控制信息發(fā)送至L

8、LC（邏輯鏈路控制）層。不管是在有線局域網(wǎng)（LAN）中還是在無線局域網(wǎng)（WLAN）中，MAC協(xié)議都被廣泛地應(yīng)用。在傳統(tǒng)局域網(wǎng)中，各種傳輸介質(zhì)的物理層對應(yīng)到相應(yīng)的MAC層，目前普遍采用的是IEEE802.3的MAC層標(biāo)準(zhǔn)，采用CSMA/CD訪問控制方式；而在無線局域網(wǎng)中，MAC所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.11，其工作方式采用DCF（分布控制）和PCF（中心控制）。l802.11接入點(diǎn)能夠通過使用傳輸規(guī)范(TSPECs)控制網(wǎng)絡(luò)