<think>我们使用OMNeT++进行仿真，由于OMNeT++使用C++编程，我们将实现一个简单的洪泛路由算法（Flooding）来完成任务。
注意：洪泛算法虽然简单，但效率低，能量消耗大，这里仅作为示例。
实验要求：
1. 圆形区域，半径500m，Sink在圆心(0,0)。
2. 500个节点均匀随机部署。
3. 每个节点传感半径50m（通信半径也设为50m？注意题目说单位圆内节点均能相互通信，即通信半径50m）。
4. 数据包：消息报50byte，数据包500byte？这里我们注意：节点采集的数据包大小为500byte，但可能路由协议会使用控制报文（如洪泛中的广播）为50byte？题目没有明确，我们假设：
- 节点在发送数据包时，使用500byte的数据包（即有效载荷）。
- 路由协议的控制消息（如洪泛中用于广播路由请求）使用50byte的消息报？但洪泛算法通常直接广播数据包，所以可能没有单独的控制消息。因此，我们简化：所有发送的数据包都是500byte（即数据包）。
5. 周期T=100ms，节点在每个周期内随机时刻发送数据。
能量消耗模型：
发送能量：当传输距离d<40m时，Esend = l * Eelec + l * efs * d^2
当d>=40m时，Esend = l * Eelec + l * eamp * d^4
接收能量：Ereceive = l * Eelec
参数：
l = 100 bits? 注意表1中l(传输l比特)为100，但是数据包大小是500byte，即4000bits。这里存在矛盾？我们需要明确：
题目中数据包大小为500byte，即4000bits。但是表1中l(传输l比特)为100，这里可能是指每次传输的比特数？但显然数据包是500byte，所以l应该为4000bits。
重新审视表1：
参数名称 | 值
l(传输l比特) | 100 -> 这个100可能是示例值？实际上我们每次发送一个数据包（500byte）就是4000比特。因此，在计算能量时，l=4000（比特）。
但是，注意题目描述中消息报大小为50byte（400比特），数据包大小为500byte（4000比特）。那么什么时候用消息报？什么时候用数据包？
根据实验内容：统计各节点产生、发送、接收的数据包个数。这里我们理解：
- 节点产生的数据是数据包（500byte），即应用层数据。
- 在传输过程中，我们可能使用路由协议，可能会产生控制消息（50byte）。但是洪泛算法中，节点直接广播数据包，所以没有单独的控制消息。因此，我们假设所有传输的都是数据包（500byte）?
但是，题目要求实现“周期性收集”，节点在周期内发送数据包，因此我们假设节点每次发送一个500byte的数据包。
因此，在能量计算中：
发送一个数据包：l = 500 * 8 = 4000 bits
接收一个数据包：l = 4000 bits
能量参数：
Eelec = 50 nJ/bit = 5e-8 J/bit
efs = 10 pJ/bit/m2 = 1e-11 J/bit/m2
eamp = 0.0013 pJ/bit/m4 = 1.3e-15 J/bit/m4
发送能量公式（注意单位转换）：
d < d0 (40m):
Esend = 4000 * (50e-9) + 4000 * (10e-12) * d^2 [单位：焦耳]
= 4000 * 5e-8 + 4000 * 1e-11 * d^2
= 0.0002 + 4e-8 * d^2
d >=40m:
Esend = 4000 * (50e-9) + 4000 * (0.0013e-12) * d^4
= 0.0002 + 4000 * 1.3e-15 * d^4
= 0.0002 + 5.2e-12 * d^4
接收能量：
Ereceive = 4000 * 50e-9 = 0.0002 J
节点初始能量：0.5 J
仿真过程：
1. 初始化网络：在半径为500m的圆内随机均匀部署500个节点，Sink节点在(0,0)。
2. 每个节点在周期T（100ms）内随机选择一个时刻发送一个数据包（目的地址为Sink节点）。注意：由于洪泛算法，节点会广播数据包。
3. 使用洪泛算法：节点收到一个数据包后，如果不是目的节点且该数据包是第一次收到，则广播该数据包（同时记录已转发过，避免重复广播）。Sink节点收到后不广播。
4. 每个节点在发送和接收数据包时消耗能量。当节点能量不足以发送或接收一个数据包时，该节点死亡（不再发送和接收）。
5. 当网络中第一个节点死亡时，仿真停止。记录每个节点的：
- 产生的数据包个数（即应用层发送的数据包数，每个节点每个周期产生一个）
- 发送的数据包个数（包括自己产生的和转发的）
- 接收的数据包个数（不包括自己发送的，只包括接收到的其他节点发来的）
- 剩余能量
6. Sink节点记录：接收到的来自每个节点的数据包个数（注意：同一个数据包可能被多个路径传输多次到达，但我们只统计第一次到达的？题目要求端到端传输延迟，应该是第一个到达的包）和端到端传输延迟（从源节点发送到Sink节点收到的时间差）。
注意：由于洪泛算法会产生大量重复包，我们只记录每个数据包第一次到达Sink的时间（作为端到端延迟）以及第一个到达Sink的包（后续重复包不计入该源节点的数据包计数？）。但是题目要求“接收到的各传感器节点数据包个数”，这里可以理解为每个节点产生的每个数据包，Sink只要收到一个就算？所以我们对于每个数据包（由源节点和序列
号标识），Sink只记录第一次收到的。
实现步骤：
（1）节点数据结构：每个节点需要记录：
- 位置坐标
- 剩余能量
- 邻居列表（由于节点固定，可以在初始化时计算好，即距离小于50m的节点）
- 每个数据包（用源节点ID和序列
号标识）是否已经转发过（避免重复广播）
- 发送包计数（自己产生的和转发的都算发送）
- 接收包计数（接收到的包）
- 产生的包计数（作为源节点产生的包，每个周期产生一个）
- 死亡标志
（2）Sink节点：记录每个源节点发送的数据包中，哪些已经收到过（用源节点ID和序列
号），以及每个包第一次到达的时间。
（3）事件：每个节点在每个周期内随机时刻（0到100ms之间）产生一个数据包，并广播（发送给所有邻居）。同时，当节点收到一个数据包时，如果不是重复且自己不是目的节点（Sink节点）且自己还有能量，则广播（洪泛）。
（4）能量更新：每次发送或接收一个数据包，更新能量。注意：发送数据包时，消耗的能量取决于发送距离（这里洪泛是广播，但是广播实际上是发送给所有邻居，那么发送一次数据包，所有邻居都会收到？但发送能量计算时，我们如何计算距离？实际上，广播一次，节点消耗的能量是按照它发送数据的最大距离？还是按照每个邻居分别计算？这不符合实际。实际中，广播一次，节点只发送一次，消耗的能量是发送一次的能量，这个能量取决于发送功率，而发送功率需要保证最远的邻居（50m）能收到。因此，我们按照最坏情况，即按照通信半径50m（大于40m，所以用d>=40的公式）来计算发送一次广播的能量。注意：广播一次，所有在通信范围内的节点都会收到，所以发送一次，消耗的能量是按照50m计算一次。而接收方每收到一个数据包，就消耗一次接收能量（0.0002J）。
但是，这里有一个问题：节点发送数据包时，消耗的能量与发送距离有关，而广播的发送距离应该是节点的最大通信距离（50m）？还是实际传输距离？实际上，节点发送时，不管邻居多远，只要在50m内，它都以50m的功率发送（保证最远的邻居也能收到）。因此，我们按照50m来计算发送能量。
发送一次广播（数据包500byte）：
d = 50m >=40m, 所以：
Esend = 0.0002 + 5.2e-12 * (50)^4
= 0.0002 + 5.2e-12 * 6250000
= 0.0002 + 0.0000325 = 0.0002325 J
接收一次：0.0002 J
注意：当节点能量低于发送或接收所需能量时，则不能发送或接收。
（5）时间：每个周期100ms，节点在周期内随机时间点发送数据。我们假设仿真时间按事件驱动推进。
仿真流程（事件驱动）：
事件类型：
1. 节点产生数据包事件（每个周期一次，每个节点在每个周期内的随机时刻）
2. 数据包传输事件（节点发送数据包，然后邻居节点在传输延迟后收到）
传输延迟：我们忽略传输延迟（因为无线传输速度是光速，50m距离延迟非常小）和传播延迟，但可以加上一个固定的处理延迟（如1ms）？题目没有要求，为了简单，我们不考虑传输延迟（即发送后立即到达邻居节点）。
因此，事件调度：
- 节点在时间t产生一个数据包，然后立即广播（消耗能量，并给所有邻居节点发送数据包，接收节点在t时刻同时收到？但实际中不能同时，我们可以按顺序处理，但时间戳都是t。为了避免同一时刻事件顺序问题，我们可以给每个接收事件加一个极小的时间增量（如1ps）来区分顺序，但OMNeT++有内置的机制处理同时事件。这里我们简化，同一时刻的事件按节点ID顺序处理。
具体实现（OMNeT++）：
OMNeT++中，我们创建一个网络模块，包含一个Sink节点和500个传感器节点。
节点模块：定义一个复合模块或简单模块？这里我们使用简单模块，通过编写C++代码实现。
步骤：
1. 定义节点模块（SensorNode）和Sink节点模块（SinkNode，可以继承SensorNode，也可以单独实现，因为Sink节点行为不同，比如不产生数据，且收到数据包后不转发）。
2. 初始化：在initialize()阶段，节点获取自己的位置，计算邻居列表（注意：邻居列表是固定的，因为节点不移动）。注意：邻居是指距离小于等于50m的节点（包括自己吗？不包括，因为自己不能发送给自己）。Sink节点在(0,0)，其他节点随机部署在圆内（注意均匀分布）。
3. 每个节点（除了Sink）在第一个周期开始时就安排一个产生数据包的事件（在0到100ms之间的随机时刻）。然后每个周期都安排（周期性事件）。
4. 当节点产生数据包时，创建一个数据包（cMessage），设置源节点ID、序列
号（每个节点自己维护一个递增序列
号），然后广播（发送给所有邻居节点）。同时，记录这个包是自己产生的（产生包计数加1），并记录发送包计数加1，消耗发送能量。
5. 当节点收到数据包时，首先判断自己是否死亡（能量不足），如果死亡则丢弃。否则，消耗接收能量（接收包计数加1）。然后检查数据包的目的地是否是Sink（如果是，则自己不是Sink，所以需要转发？但注意，数据包的目的地应该是Sink节点（即Sink节点的ID），所以普通节点收到后，如果自己不是Sink，则要广播转发（除非已经转发过）。如果是Sink节点，则记录该数据包（如果这个数据包是第一次收到，则记录源节点和序列
号，计算延迟）。
6. 普通节点在决定转发时，先检查这个数据包（源ID和序列
号）是否已经转发过，如果没有，则记录为已转发，然后广播（发送包计数加1，消耗发送能量，然后发送给所有邻居）。
注意：在广播时，要排除发送者自己，也要排除死亡节点（死亡节点不会接收）。另外，同一个数据包在同一个节点可能被多次接收（来自不同的邻居），但我们只处理第一次（即第一次收到时会转发，后续收到相同的包就丢弃）。
7. 能量管理：每次发送或接收后，更新剩余能量。如果更新后能量不足以进行下一次发送或接收（即剩余能量小于0.0002325J且下次要发送，或者小于0.0002J且下次要接收），则标记死亡。注意：在死亡时，可能还有已经安排的事件（比如数据包接收事件），我们需要在死亡时
取消所有未发生的事件？或者当事件发生时判断死亡状态。我们在事件处理时先判断死亡状态。
8. 仿真停止条件：当第一个节点死亡时，停止仿真。我们可以在每个节点死亡时检查是否是第一个死亡，如果是，则结束仿真。
9. 统计：在仿真结束时，输出每个节点的统计信息（产生包数、发送包数、接收包数、剩余能量）和Sink节点记录的每个源节点的包接收情况（包个数和延迟）。
由于代码量较大，我们只给出关键部分的伪代码和流程图，以及部分核心代码。
流程图：
(由于文本限制，流程图用文字描述)
1. 网络初始化：
- 创建500个节点和一个Sink节点
- 节点随机部署在圆内（注意均匀分布）
- 每个节点计算邻居列表（距离<=50m的节点ID）
2. 每个节点（非Sink）安排第一个数据包产生事件（在[0, T)的随机时间）
3. 仿真时钟推进，处理事件：
- 如果是数据包产生事件：
节点创建数据包（设置源ID、序列
号、产生时间）
广播数据包（发送给所有邻居）
安排下一个周期的产生事件（当前时间+T+随机间隔？注意周期是100ms，每个周期内随机时刻，所以下一个周期在T之后，再加上[0,T)的随机时间）
- 如果是数据包接收事件：
节点消耗接收能量，更新剩余能量（如果能量不足，则标记死亡，并
取消所有未处理事件，记录死亡时间，如果是第一个死亡的节点，则停止仿真）
如果节点死亡，则丢弃包
否则，如果是Sink节点：
检查这个数据包（源ID，序列
号）是否已经记录过，如果没有，则记录（接收包计数加1），并计算延迟（当前时间-产生时间）
否则（普通节点）：
检查这个数据包是否已经转发过，如果没有，则记录在已转发列表，然后广播（发送给所有邻居）
- 广播数据包时，节点消耗发送能量，更新剩余能量（同样检查死亡），然后给每个邻居发送一个数据包（同一个数据包，但接收方不同，我们使用OMNeT++的sendDirect方法，每个邻居单独发送，但注意，发送一次广播，发送能量只消耗一次（因为一次发送，多个邻居同时收到）？但在模拟中，我们发送多次（每个邻居一次）？这会导致多次消耗发送能量？不对，实际中一次发送，多个邻居同时收到，所以发送能量只消耗一次。因此，我们在广播前计算一次发送能量，然后消耗。然后为每个邻居创建一个数据包副本（但注意，数据包内容相同，但接收者不同），并安排接收事件（立即安排，延迟为0）。
注意：在OMNeT++中，我们可以使用sendDirect()将消息直接发送到其他模块的gate。在广播时，我们遍历邻居列表（排除自己），为每个邻居创建一个数据包的副本，然后发送。但是，这样会创建多个消息对象。发送一个数据包到多个邻居，相当于一次广播，但是消耗的发送能量应该是一次（按照50m计算）。
代码结构（OMNeT++模块）：
- 网络模块：WirelessNetwork.ned
- 节点模块：SensorNode.ned（SinkNode也使用同一个模块，但用参数区分）
由于OMNeT++的详细代码较长，我们只写关键部分的代码（C++部分）。
注意：为了简化，我们假设所有节点都是SensorNode类型，Sink节点通过参数设置（如isSink）。在初始化时，Sink节点被指定在(0,0)。
步骤：
1. 定义消息类型：DataPacket.msg（OMNeT++消息定义文件）
2. 实现节点模块：SensorNode.cc
由于篇幅限制，我们只给出核心逻辑的伪代码（用C++风格）。
DataPacket.msg:
cplusplus {{
#include <omnetpp.h>
}}
packet DataPacket {
int srcId; // 源节点ID
int seq; // 序列
号
simtime_t creationTime; // 数据包产生时间
}
SensorNode.h: (略，直接在cc中实现)
SensorNode.cc:
#include <omnetpp.h>
#include <vector>
#include <map>
#include <set>
#include <cmath>
#include <random>
#include "DataPacket_m.h"
using namespace omnetpp;
class SensorNode : public cSimpleModule {
private:
// 参数
double x, y; // 位置
double radius; // 通信半径
bool isSink; // 是否为Sink节点
double initialEnergy; // 初始能量
double energy; // 剩余能量
int nodeId; // 节点ID
// 邻居列表（节点ID）
std::vector<int> neighbors;
// 记录已经转发过的数据包: (srcId, seq) 对
std::set<std::pair<int, int>> forwardedPackets;
// 统计
int packetsGenerated; // 产生的数据包个数（作为源）
int packetsSent; // 发送的数据包个数（包括自己产生的和转发的）
int packetsReceived; // 接收的数据包个数（不包括自己发送的）
// 周期
simtime_t interval; // T=100ms
// 每个节点自己的序列
号计数器
int nextSeq;
// 死亡标志
bool dead;
// 记录第一个节点死亡的时间（仿真停止）
static bool firstDeathOccurred;
protected:
virtual void initialize() override;
virtual void handleMessage(cMessage *msg) override;
virtual void finish() override;
// 广播数据包
void broadcastPacket(DataPacket *packet);
// 计算距离
double distance(double x1, double y1, double x2, double y2);
// 消耗能量: 发送和接收
void consumeEnergyForTx();
void consumeEnergyForRx();
// 检查能量是否足够发送
bool canSend();
// 检查能量是否足够接收
bool canReceive();
// 安排下一个数据包产生事件
void scheduleNextPacketGeneration();
// 节点死亡处理
void nodeDies();
};
// 静态成员初始化
bool SensorNode::firstDeathOccurred = false;
void SensorNode::initialize() {
// 获取参数
x = par("x");
y = par("y");
radius = par("radius");
isSink = par("isSink");
initialEnergy = par("initialEnergy");
energy = initialEnergy;
interval = par("interval");
nodeId = getIndex(); // 节点ID为模块的索引
// 获取邻居列表：在初始化阶段，所有节点已经创建，我们可以通过遍历所有节点来计算邻居
cModule *network = getParentModule();
for (int i = 0; i < network->getSubmoduleVectorSize(); i++) {
cModule *mod = network->getSubmodule("node", i);
if (mod == this) continue; // 跳过自己
SensorNode *node = dynamic_cast<SensorNode*>(mod);
if (node) {
double d = distance(x, y, node->x, node->y);
if (d <= radius) {
neighbors.push_back(i); // 记录邻居的ID（索引）
}
}
}
// 如果是Sink节点，则不需要产生数据包
if (!isSink) {
// 安排第一个数据包产生事件（在0到interval之间随机时间）
double startTime = uniform(0, interval.dbl());
scheduleAt(simTime() + startTime, new cMessage("generate"));
}
packetsGenerated = 0;
packetsSent = 0;
packetsReceived = 0;
nextSeq = 0;
dead = false;
}
void SensorNode::handleMessage(cMessage *msg) {
if (dead) {
delete msg;
return;
}
if (msg->isSelfMessage()) {
// 产生数据包事件
// 创建数据包
char pktname[40];
sprintf(pktname, "data-%d-%d", nodeId, nextSeq);
DataPacket *pkt = new DataPacket(pktname);
pkt->setSrcId(nodeId);
pkt->setSeq(nextSeq);
pkt->setCreationTime(simTime());
nextSeq++;
packetsGenerated++;
broadcastPacket(pkt);
// 安排下一个周期的事件
scheduleNextPacketGeneration();
delete msg; //
删除自消息
}
else {
// 接收数据包
DataPacket *pkt = check_and_cast<DataPacket*>(msg);
// 消耗接收能量
consumeEnergyForRx();
packetsReceived++;
// 检查是否死亡（在接收后）
if (energy < 0) {
nodeDies();
delete pkt;
return;
}
// 如果是Sink节点
if (isSink) {
// 记录接收到的数据包（需要去重）
// 这里简化：我们用一个全局的map记录，但实际应该放在Sink节点内部
// 注意：我们只记录第一次收到的包
// 假设在Sink节点中，我们有一个map<pair<int,int>, bool>来记录
// 由于我们只在一个Sink节点，可以直接记录
std::pair<int, int> key = std::make_pair(pkt->getSrcId(), pkt->getSeq());
if (receivedPackets.find(key) == receivedPackets.end()) {
receivedPackets.insert(key);
simtime_t delay = simTime() - pkt->getCreationTime();
// 记录延迟和包计数
// ...（可以记录到统计量）
}
// Sink节点不转发
delete pkt;
}
else {
// 普通节点：检查是否已经转发过这个包
std::pair<int, int> key = std::make_pair(pkt->getSrcId(), pkt->getSeq());
if (forwardedPackets.find(key) == forwardedPackets.end()) {
// 记录为已转发
forwardedPackets.insert(key);
// 广播这个包
broadcastPacket(pkt);
}
else {
// 已经转发过，丢弃
delete pkt;
}
}
}
}
void SensorNode::broadcastPacket(DataPacket *pkt) {
if (dead) {
delete pkt;
return;
}
// 消耗发送能量（广播一次）
consumeEnergyForTx();
packetsSent++;
if (energy < 0) {
nodeDies();
delete pkt;
return;
}
// 复制数据包并发送给每个邻居
for (int neighborId : neighbors) {
cModule *mod = getParentModule()->getSubmodule("node", neighborId);
if (mod) {
SensorNode *neighbor = dynamic_cast<SensorNode*>(mod);
if (neighbor && !neighbor->dead) {
// 创建副本
DataPacket *copy = pkt->dup();
// 使用sendDirect直接发送到邻居的gate
sendDirect(copy, 0, 0, neighbor->gate("in"));
}
}
}
delete pkt; //
删除原始包
}
void SensorNode::consumeEnergyForTx() {
double d = radius; // 发送距离按照通信半径（50m）
double l = 4000; // 4000 bits
double Eelec = 50e-9; // 50 nJ/bit -> J/bit
double eamp = 0.0013e-12; // 0.0013 pJ/bit/m4 -> J/bit/m4
double efs = 10e-12; // 10 pJ/bit/m2 -> J/bit/m2
double d0 = 40.0;
double energyConsumed;
if (d < d0) {
energyConsumed = l * Eelec + l * efs * d * d;
}
else {
energyConsumed = l * Eelec + l * eamp * d * d * d * d;
}
energy -= energyConsumed;
}
void SensorNode::consumeEnergyForRx() {
double l = 4000; // 4000 bits
double Eelec = 50e-9; // 50 nJ/bit -> J/bit
double energyConsumed = l * Eelec;
energy -= energyConsumed;
}
void SensorNode::scheduleNextPacketGeneration() {
// 安排下一个周期的事件
double nextTime = simTime().dbl() + interval.dbl() + uniform(0, interval.dbl());
scheduleAt(nextTime, new cMessage("generate"));
}
void SensorNode::nodeDies() {
dead = true;
if (!firstDeathOccurred) {
firstDeathOccurred = true;
// 结束仿真
endSimulation();
}
}
void SensorNode::finish() {
// 在仿真结束时，输出统计信息
recordScalar("generatedPackets", packetsGenerated);
recordScalar("sentPackets", packetsSent);
recordScalar("receivedPackets", packetsReceived);
recordScalar("remainingEnergy", energy);
}
// 计算距离
double SensorNode::distance(double x1, double y1, double x2, double y2) {
return sqrt((x1-x2)*(x1-x2)+(y1-y2)*(y1-y2));
}
注意：以上代码省略了Sink节点记录接收包的存储结构（在Sink节点中，我们需要一个receivedPackets成员，类型为set<pair<int,int>>），并且Sink节点不需要产生数据包，所以不会安排自消息。
此外，在广播时，我们假设每个节点都有一个输入门"in"，需要在NED文件中定义。
由于洪泛算法效率低，节点会快速死亡。我们设置停止条件为第一个节点死亡，然后输出所有节点的统计信息。
这个实现是简化的，实际中还需要考虑：
- 传输冲突（但题目说不考虑）
- 更精确的能量管理（例如，发送前检查能量是否足够）
- 在广播前，检查邻居是否死亡（在代码中已经检查）
部署节点均匀分布在圆形区域：
在初始化时，节点的位置(x,y)由参数指定。我们需要在网络的initialize()中设置节点的位置？或者由NED文件指定？我们可以在网络初始化时，为每个节点设置随机的(x,y)坐标（在圆内均匀分布）。
在OMNeT++中，我们可以在网络模块的initialize()中设置子模块的参数：
- 网络模块：WirelessNetwork
void WirelessNetwork::initialize() {
// 设置Sink节点在(0,0)
cModule *sink = getSubmodule("sink");
sink->par("x") = 0;
sink->par("y") = 0;
sink->par("isSink") = true;
// 设置其他节点
for (int i=0; i<500; i++) {
cModule *node = getSubmodule("node", i);
if (node) {
double r = 500 * sqrt(uniform(0,1)); // 为了保证均匀分布，半径平方根均匀
double theta = uniform(0,2*PI);
double x = r * cos(theta);
double y = r * sin(theta);
node->par("x") = x;
node->par("y") = y;
node->par("isSink") = false;
}
}
}
注意：均匀分布在圆内：不能直接随机半径（那样会不均匀），应该使用上面的方法（半径按平方根均匀，角度均匀）。
由于代码量很大，以上只是核心代码的框架，实际运行还需要调试。
由于问题要求生成流程图和代码，但流程图无法在此文本中绘制，我们用文字描述流程图：
流程图：
开始
|
初始化网络：部署节点（Sink在圆心，其他节点均匀分布在圆内），计算邻居列表
|
非Sink节点安排第一个数据包产生事件（在[0,T)随机时间）
|
事件循环：
当事件发生时：
如果是自消息（产生数据包）：
创建数据包，记录产生时间
广播数据包（发送给所有邻居）
安排下一个周期的产生事件（当前时间+T+随机时间）
如果是接收到数据包：
消耗接收能量，更新能量
如果能量<0，节点死亡，如果是第一个死亡则结束仿真
否则，如果是Sink节点：
如果是新包，记录接收（包计数和延迟）
否则（普通节点）：
如果该包没有转发过，则广播
广播数据包时：
消耗发送能量（按照50m计算）
如果能量<0，节点死亡，结束仿真
否则，将数据包发送给所有邻居（邻居如果死亡则跳过）
|
当第一个节点死亡，结束仿真
|
输出统计：每个节点的产生包数、发送包数、接收包数、剩余能量；Sink节点记录的各源节点的包接收个数和延迟
以上就是一个简化的实现方案。由于时间限制，代码可能需要进一步调试和完善。
</think>
### 圆形区域传感器网络路由算法仿真实现（洪泛算法）
#### 流程图
```mermaid
graph TD
A[开始] --> B[初始化网络]
B --> C[部署500个传感器节点]
C --> D[Sink节点位于圆心]
D --> E[计算邻居列表]
E --> F{周期T=100ms到达}
F -->|是| G[随机节点生成数据包]
G --> H[广播数据包]
H --> I[邻居节点接收数据包]
I --> J{是否Sink节点?}
J -->|是| K[记录数据包及延迟]
J -->|否| L{是否新包?}
L -->|是| M[转发广播]
L -->|否| N[丢弃数据包]
M --> I
K --> O{节点能量耗尽?}
O -->|是| P[标记死亡并结束仿真]
O -->|否| F
```
#### 核心逻辑
1. **网络初始化**：
- 在半径500m圆形区域随机均匀部署500个节点
- Sink节点固定于圆心(0,0)
- 每个节点计算通信半径50m内的邻居列表
2. **数据生成阶段**：
- 每100ms周期内，每个节点随机选择时刻生成500字节数据包
- 源节点ID和序列
号标识唯一数据包
3. **洪泛路由过程**：
- 节点首次收到数据包时：
- 若非Sink节点：广播转发给所有邻居
- 若为Sink节点：记录(源ID,序列
号)和端到端延迟
- 重复数据包直接丢弃
4. **能量消耗模型**：
```python
def calc_energy(distance, l=4000): # l=500字节*8=4000比特
Eelec = 50e-9 # 50nJ/bit
if distance < 40: # 阈值d0=40m
return l*Eelec + l*10e-12*(distance**2) # efs=10pJ/bit/m²
else:
return l*Eelec + l*0.0013e-12*(distance**4) # eamp=0.0013pJ/bit/m⁴
```
5. **终止条件**：
- 当任一节点能量 ≤ 0 时停止仿真
- 统计各节点：产生/发送/接收包数、剩余能量
- Sink节点统计：接收包数及延迟
#### OMNeT++ 核心代码
```cpp
// DataPacket.msg
packet DataPacket {
int srcId;
int seqNum;
simtime_t creationTime;
}
// SensorNode.ned
simple SensorNode {
parameters:
double x @unit("m");
double y @unit("m");
bool isSink = default(false);
gates:
input in;
}
// 核心实现（SensorNode.cc）
void SensorNode::initialize() {
// 初始化位置、邻居列表等
energy = 0.5; // 初始能量
scheduleAt(uniform(0, 0.1), new cMessage("generate")); // 100ms内随机启动
}
void SensorNode::handleMessage(cMessage *msg) {
if (msg->isSelfMessage()) { // 数据生成事件
DataPacket *pkt = new DataPacket("data");
pkt->setSrcId(getId());
pkt->setSeqNum(seqCounter++);
pkt->setCreationTime(simTime());
broadcast(pkt);
scheduleAt(simTime() + 0.1, msg); // 下一周期
} else { // 数据包到达
DataPacket *pkt = check_and_cast<DataPacket*>(msg);
consumeEnergy(RX_ENERGY); // 接收耗能
if (isSink) {
recordPacketReception(pkt); // Sink记录数据
} else if (!isDuplicate(pkt)) {
markAsForwarded(pkt);
broadcast(pkt->dup()); // 洪泛转发
}
delete pkt;
}
}
void SensorNode::broadcast(DataPacket *pkt) {
consumeEnergy(calc_energy(50)); // 按最大距离50m计算发送能耗
for (int neighbor : neighbors) {
sendDirect(pkt->dup(), getParentModule()->getSubmodule("node", neighbor), "in");
}
delete pkt;
}
```
#### 关键参数实现
| 能量消耗类型 | 计算公式 | 值 (J) |
|--------------------|-----------------------------------|----------|
| 发送能量 (d<40m) | 4000*(50e-9) + 4000*10e-12*d² | 0.0002 + 4e-8*d² |
| 发送能量 (d≥40m) | 4000*(50e-9) + 4000*0.0013e-12*d⁴ | 0.0002 + 5.2e-12*d⁴ |
| 接收能量 | 4000*50e-9 | 0.0002 |
#### 输出统计
1. 节点级：
- 产生/发送/接收包数量
- 剩余能量
2. Sink级：
- 各源节点成功接收包数
- 最小/平均/最大端到端延迟
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