中南大学无线传感器网络课程设计NS仿真.doc

中南大学
信息科学与工程学院
《无线传感器网络》课程设计
题目名称:基于NS2的无线传感器网络软件仿真实验
姓名: 董嘉伟
学号: 0909103303
专业: 物联网工程1002班
组员: 裘铖、施国豪
指导教师: 何小贤
时间: 2013、07、11
目录
课程设计目的
课程设计内容
课程设计实验原理
WSN路由协议
WSN MAC层协议
修改的路由协议
课程设计小组分工
课程设计实验流程
课程设计实验结果分析
课程设计心得体会
课程设计总结
参考文献
源代码
课程设计目的
无线传感器网络是物联网的基本组成部分,是物联网用来感知和识别周围环境的信息生成和采集系统,传感器网络对信息处理来说如同人体的感觉突触一样重要。为了方便感知和部署并提高网络的可扩展性,传感器网络一般采用无线通信方式,从而形成了节点之间可自组织拓扑结构的无线传感器网络。本课程设计的目的综合应用学生所学知识,建立系统和完整的传感器网络概念,理解和巩固无线传感器网络基本理论、原理和方法,掌握无线传感器网络开发的基本技能。
课程设计内容
软件仿真实验。
要求使用相关软件仿真一个无线传感器网络,要求如下:
自行参考相关资料,成功安装 NS2(或也可以);
利用NS2自带的范例,构建一个100个节点的无线传感器网络,能够成功运行;最好能有界面显示;
利用利用NS2自带的范例或其它已有脚本,仿真上述无线传感器网络一种路由协议(例如一种多播路由协议);
利用利用NS2自带的范例或其它已有脚本,仿真上述无线传感器网络采用一种MAC协议;
修改或自行编写一个简单路由协议或MAC协议,并进行仿真运行。
课程设计实验原理
WSN路由协议
传统计算机网络对路由协议要求如下:正确性,健壮性,稳定性,公平性,最优性。除此之外,无线传感器网络对路由协议更注重以下特殊要求:能源有效性,简单性,多路性。无线传感器网络是以数据为中心(Data Centric)进行路由的,不同于传统Ad hoc网络以地址为中心(Address Centric)进行路由的模式。由于传感器最基本任务就是感知、采集数据,无线传感器网络邻近节点间采集的数据必然具有相似性,存在冗余信息,需经数据融合(Data Fusion)处理再进行路由。有研究表明,在分布密度为ρ(x, y)的随机区域,传感器间冗余数据为:η=ζSeρ。直接传输这些未经处理、存在冗余的数据,将会造成网络带宽、节点能源的巨大浪费,导致节点迅速死亡,缩短整个网路的生命周期。
无线传感器网络中的大部分节点不像传统Ad hoc网络中的节点一样快速移动,因此没有必要花费很大的代价频繁地更新路由表信息。常规路由协议通常认为底层的通信信道是双向的,但是在采用无线通信的无线传感器网络环境中,由于发射功率或地理位置等因素的影响,可能存在单向信道。它给常规路由协议带来三个严重的影响:认知单向性、路由单向性和汇点不可达。
本次实验中涉及到路由协议原理如下:
AODV AODV(Ad hoc on-demand distance vector routing)是一种源驱动路由协议。当一个节点需要给网络中的其他节点传送信息时,如果没有到达目标节点的路由,则必须先以多播的形式发出RREQ(路由请求)报文。RREQ报文中记录着发起节点和目标节点的网络层地址,邻近节点收到RREQ,首先判断目标节点是否为自己。如果是,则向发起节点发送RREP(路由回应);如果不是,则首先在路由表中查找是否有到达目标节点的路由,如果有,则向源节点单播RREP,否则继续转发RREQ进行查找。在网络资源充分的情况下,AODV协议可以通过定期广播hello报文来维护路由,一旦发现某一个链路断开,节点就发送ERROR报文通知那些因链路断开而不可达的节点删除相应的记录或者对已存在的路由进行修复。

WSN MAC层协议
MAC层位于OSI七层协议中数据链路层,数据链路层分为上层LLC(Logical Links Control,逻辑链路控制),和下层的MAC(媒体访问控制),MAC主要负责控制与连接物理层的物理介质。在发送数据的时候,MAC协议可以事先判断是否可以发送数据,如果可以发送将给数据加上一些控制信息,最终将数据以及控制信息以规定的格式发送到物理层;在接收数据的时候,MAC协议首先判断输入的信息并是否发生传输错误,如果没有错误,则去掉控制信息发送至LLC(逻辑链路控制)层。
不管是在有线局域网(LAN)中还是在无线局域网(WLAN)中,MAC协议都被广泛地应用。在传统局域网中,各种传输介质的物理层对应到相应的MAC层,目前普遍采用的是IEEE ,采用CSMA/C