基于OMNeT++平臺(tái)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的多跳自組織網(wǎng)絡(luò),其目的是協(xié)作地感知、采集監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的物理環(huán)境信息,并對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,最終反饋給觀察者.目前,它已被廣泛應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測(cè)、軍事偵查、醫(yī)療衛(wèi)生、智能家居等領(lǐng)域,因此受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界越來越廣泛的關(guān)注.
　　在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研究中,科研人員通常采用模擬仿真并結(jié)合物理測(cè)量來衡量一個(gè)新的協(xié)議或算法的適用性。但是在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域,由于其自身的應(yīng)用特點(diǎn)使得物理測(cè)量在很多

2、環(huán)境下往往不可行,此時(shí)計(jì)算機(jī)的模擬仿真就成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)價(jià)的主要手段.通過網(wǎng)絡(luò)仿真工具,科研人員可以在一個(gè)可控的模擬環(huán)境里研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò),觀察由不可預(yù)測(cè)的干擾和噪聲對(duì)信道傳輸?shù)挠绊?最終減少網(wǎng)絡(luò)的部署工作以及投放后的維護(hù)成本.高效準(zhǔn)確的仿真工具對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展有著很大的推動(dòng)作用,同時(shí)也為相關(guān)的理論研究提供了基礎(chǔ)平臺(tái).因此,有效的仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)是非常必要的.
　　OMNet++是一款基于組件和模塊化的、開放

3、的通用網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái),近年來已經(jīng)在科研和工程領(lǐng)域逐漸流行起來.OMNeT++平臺(tái)提供的仿真類庫和開發(fā)工具為仿真人員提供了極大的便利,使得仿真人員可以把主要精力放在系統(tǒng)建模和模塊設(shè)計(jì)上,而不必關(guān)注仿真的底層實(shí)現(xiàn).本文從OMNeT++的仿真原理、類庫和使用步驟等方面對(duì)OMNeT++仿真平臺(tái)進(jìn)行了剖析,并且針對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的仿真特點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn).
　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是高度面向應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)類型,并且與其他傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)相比具有一些顯著的特點(diǎn),

4、正是由于這些特點(diǎn)使得在設(shè)計(jì)仿真系統(tǒng)時(shí)需要綜合考慮很多新問題.本文遵循離散事件系統(tǒng)仿真的一般研究方法和步驟,并結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)仿真的自身特點(diǎn),從模型設(shè)計(jì)、確定仿真算法、建立仿真模型、設(shè)計(jì)仿真程序、仿真結(jié)果分析等五個(gè)方面循序漸進(jìn)地對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)仿真進(jìn)行了研究。最終在OMNeT++平臺(tái)的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng).
　　在前人的工作基礎(chǔ)上,本文的主要研究工作及創(chuàng)新如下:
　　(1)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是高度面向應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)類

5、型,與其他傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)相比具有顯著的特點(diǎn),如仿真規(guī)模龐大、業(yè)務(wù)模型復(fù)雜、節(jié)點(diǎn)不穩(wěn)定和能量有限等,這些特點(diǎn)使其仿真模型不能簡(jiǎn)單的使用傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模型.本文借鑒經(jīng)典的TCP/IP參考模型并結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自身特點(diǎn)建立了仿真模型.
　　(2)對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò),由于節(jié)點(diǎn)的冗余度高、拓?fù)錁?gòu)造密集,因此在仿真規(guī)模上必須考慮大量節(jié)點(diǎn)的分布并發(fā)特性,而OMNeT++的離散事件仿真機(jī)制不能有效實(shí)現(xiàn)這一機(jī)制.本文在OMNeT++離散事件仿真的基礎(chǔ)上

6、,對(duì)其內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)機(jī)制進(jìn)行了改進(jìn),使得OMNeT++可以更為高效的實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)的分布并發(fā).
　　(3)本文提出了帶有多種信道損耗形式的無線信道模型.根據(jù)多篇文獻(xiàn)中給出的信道損耗實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),本文把仿真系統(tǒng)中的信道損耗模型劃分成以下三種:路徑損耗、隨機(jī)信號(hào)干擾損耗和節(jié)點(diǎn)移動(dòng)損耗.
　　(4)能耗是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)仿真中必須要考慮的因素,本文在OMNeT++平臺(tái)上設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了能量管理模塊.仿真系統(tǒng)運(yùn)行期間,能耗管理模塊通過方法