基于网格算法的无线传感器网络路由matlab仿真

本文介绍了无线传感器网络的基本概念及其组成,强调了其在不同领域的广泛应用。重点讨论了基于网格算法的路由技术,并展示了使用MATLAB 2022a进行的仿真效果,包括数据采集、处理和传输的功能。同时,提供了MATLAB仿真源码供参考。

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目录

1.算法概述

2.仿真效果

2.仿真效果


1.算法概述

        无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)是一种分布式传感网络,它的末梢是可以感知和检查外部世界的传感器。WSN中的传感器通过无线方式通信,因此网络设置灵活,设备位置可以随时更改,还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。

        无线传感器网络是一项通过无线通信技术把数以万计的传感器节点以自由式进行组织与结合进而形成的网络形式。构成传感器节点的单元分别为:数据采集单元、数据传输单元、数据处理单元以及能量供应单元。其中数据采集单元通常都是采集监测区域内的信息并加以转换,比如光强度跟大气压力与湿度等;数据传输单元则主要以无线通信和交流信息以及发送接收那些采集进来的数据信息为主;数据处理单元通常处理的是全部节点的路由协议和管理任务以及定位装置等;能量供应单元为缩减传感器节点占据的面积,会选择微型电池的构成形式。无线传感器网络当中的节点分为两种,一个是汇聚节点,一个是传感器节点。汇聚节点主要指的是网关能够在传感器节点当中将错误的报告数据剔除,并与相关的报告相结合将数据加以融合,对发生的事件进行判断。汇聚节点与用户节点连接可借助广域网络或者卫星直接通信,并对收集到的数据进行处理。
       传感器网络实现了数据的采集、处理和传输三种功能。它与通信技术和计算机技术共同构成信息技术的三大支柱。无线传感器网络(Wireless Sensor Netwo

目 录 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++简介 9 概述 9 2.1 OMNeT++框架 9 2.1.1 OMNeT++组成 9 2.1.2 OMNeT++结构 10 2.2 OMNeT++的安装 11 2.3 OMNeT++语法 12 2.3.1 NED语言 12 2.3.1.1 NED总概述 12 2.3.1.2 Ned描述的组件 13 2.3.1.3函数 15 2.3.2 简单模块 17 2.3.2.1 OMNET++中离散事件 17 2.3.2.2 包传输模型 17 2.3.2.3定义简单模块 18 2.3.2.4 简单模块中的主要成员函数 20 2.3.3 消息 21 2.3.3.1 cMessage类 21 2.3.3.2 消息定义 21 2.3.3.3 消息的收发 22 2.3.4 模块参数、门及连接的访问 23 2.3.4.1消息参数的访问 23 2.3.4.2门和连接的访问 24 2.3.4.3门的传输状态 26 2.3.3.4连接的状态 26 2.4 仿真过程 27 2.5 配置文件omnetpp.ini 28 2.6 结果分析工具 29 2.6.1 矢量描绘工具Plove 29 2.6.2 标量工具Scalar 29 27、结束语 30 第三章 物理层仿真(信道) 32 3.1 UWB的基础知识 32 3.1.1 UWB信号的应用背景 32 3.1.2 UWB信号的定义 32 3.1.3 UWB的脉冲生成方式(高斯脉冲,非高斯脉冲) 34 3.1.4 UWB的调制方式 34 3.1.5 用功率控制多址接入方法来进行链路的建立控制 36 3.2 用OMNeT++对UWB进行仿真 37 3.2.1 算法仿真的概述 37 3.2.2 算法的具体流程 39 3.2.3 算法的主要代码 41 3.2.4 仿真结果分析 58 3.2.5 应用前景 58 参考文献 59 第四章 MAC层仿真 60 概述 60 4.1 无线传感器网络MAC层特性及分类 60 4.1.1 无线信道特性 60 4.1.2 MAC 设计特性分析 61 4.1.3 无线传感器网络典型MAC协议的分类 61 4.2 基于随机竞争的MAC协议 62 4.2.1 S-MAC协议[12] 62 4.2.2 T-MAC协议 64 4.2.3 AC-MAC协议 65 4.3 基于时分复用的MAC协议 65 4.3.1 D-MAC协议 65 4.3.2 TRAMA协议 66 4.3.3 AI-LMAC协议 66 4.4 其他类型的MAC协议 67 4.4.1 SMACS/EAR协议 67 4.4.2 基于CDMA技术的MAC协议 67 4.4.3 DCC-MAC 68 4.5 基于OMNeT++的MAC层协议仿真 69 4.5.1 S-MAC协议的仿真 69 4.5.2 S-MAC协议流程图 70 4.5.3 S-MAC协议的分析 71 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 88 5.1.1 无线传感器网络协议分类 88 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 91 5.1.4 经典算法的OMNET仿真 93 5.2 无线传感器网络路由协议研究的发展趋势 104 5.3 无线传感器网络路由协议与OMNET++仿真 104 5.3.1 无线传感器网络路由与OMNET++仿真的基本概念[19] 104 5.3.1.1 传感器网络的体系结构 105 5.3.1.1.1 传感节点的物理结构 105 5.3.1.1.2 传感器网络的体系结构与网络模型 106 5.3.2 传感器网络层路由协议的基本概念 106 5.3.2.1 网络通信模式[28] 106 5.3.2.1.1 单播: 107 5.3.2.1.2 广播: 107 5.3.2.1.3 组播: 108 5.3.2.2传感器网络层设计[29] 108 5.3.3 OMNET++仿真软件的基本概念 109 5.4 无线传感器网络路由协议介绍 110 5.4.1 泛洪法(Flooding)[32] 111 5.4.2 定向扩散(Directed Diffusion:DD)[33] 112 5.4.3 LEACH( Energy Adaptive Clustering Hierarchy)[34] 113 5.5. OMNET++仿真实例 114 5.5.1 泛洪法 114 5.5.2 gossiping协议 119 5.6 本章总结 121 参考文献 121 第六章 应用层仿真 125 6.1 无线传感器网络节点定位 125 6.1.1 节点定位的基本概念 125 6.1.1.1 节点定位的定义 125 6.1.1.2 节点定位的重要性 126 6.1.2 节点定位的研究 126 6.1.2.1 测距方法 126 6.1.2.2 节点定位原理 127 6.1.2.3 节点定位算法分类 128 6.1.2.3.1 锚节点分类 128 6.1.2.3.2 计算方式分类 129 6.1.2.3.3 测距分类 130 6.1.2.3.4 节点移动性分类 130 6.1.2.4 节点定位性能评价[37] 130 6.1.3基于OMNET++的DV—Hop定位算法仿真 132 6.1.3.1 DV—Hop定位算法的基本思想 132 6.1.3.2 DV—Hop定位算法仿真 133 6.2 网络管理 141 6.2.1概叙 141 6.2.1.1 wsn网络管理的定义及范畴 142 6.2.1.2 wsn网络管理系统的分类 143 6.2.1.3 wsn网络管理系统的设计标准 144 6.2.2 wsn网络管理系统 145 6.2.2.1 能量管理系统 145 6.2.2.1.1 SenOs[5] 145 6.2.2.2 拓扑控制系统 146 6.2.2.2.1 TopDisc 算法 146 6.2.2.3 可调试、可配置、可编程系统 148 6.2.2.2.1 sympathy 系统[42] 148 6.2.2.2.2 Agilla系统[7] 149 6.2.3典型网络管理算法的Omnet 模拟 150 6.2.3.1 基于Wsn的一个简单拓扑查找算法算法模拟 150 6.2.4 结论 155 6.3 基于路由层安全协议的OMNeT++仿真 156 6.3.1 基础知识介绍 156 6.3.1.1无线传感器网络安全性的重要性和必要性 156 6.3.1.2 无线传感器网络的安全目标 156 6.3.1.3无线传感器网络中的路由协议概述 157 6.3.1.4无线传感器网络路由协议的攻击方法 157 6.3.1.5无线传感器网络中经典路由协议安全性分析 160 6.3.1.6 安全路由技术分析 162 6.3.1.6.1 密钥管理技术[20, 23, 24, 25] 162 6.3.1.6.2 安全路由协议 162 6.3.2 在OMNeT++ 中的仿真 163 6.3.3 总结 172 参考文献 172 第七章 实例(无线传感器网络移动节点定位仿真) 179 概述 179 7.1 移动定位算法介绍 179 7.1.1 室内移动节点定位算法 179 7.1.1.1 Active Badge系统 180 7.1.1.2 RADAR系统 180 7.1.1.3 Cricket系统 180 7.1.2 室外移动节点定位算法 181 7.1.2.1 基于静态定位的移动定位算法 181 7.1.2.2 纯移动定位算法 182 7.2 移动定位算法的OMNeT++仿真 183 7.2.1 MCL(Monte Carlo Localization)定位算法简介 183 7.2.2 MCL(Monte Carlo Localization)的OMNeT++仿真 185 7.2.2.1 建立网络拓扑 185 7.2.2.2 编码阶段 190 7.3.总结和发展趋势 195 参考文献 195
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