毕业论文设计基于ns2无线传感网-adhoc网络仿真-设计.doc
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1、 课 程 设 计课程名称: 无线传感器网络原理及方法 设计题目: 基于NS2无线传感网“Ad Hoc网络仿真”设计 学 院: 信息工程与自动化学院 专业年级: 2010级计算机系 104班 学 号: 201010405424 学生姓名: 李本双 指导教师: 江虹 日 期: 2013-7月 课 程 设 计 任 务 书信息工程与自动化 学院 计算机科学与技术 专业 2010 年级 学生姓名: 李本双 课程设计题目: 基于NS2无线传感网“Ad Hoc网络仿真”设计 课程设计主要内容:本课程设计的任务是在原有书本知识和实验基础上学习嵌入式系统中基本的程序设计方法和技术。本课程设计的目的是通过设计使学
2、生加深对理论课的理解,提高学生运用理论知识解决实际问题的能力。基本理论1、 无线传感网技术原理2、 操作系统3、 嵌入式软件开发技术实验方法与基本要求嵌入式开发采用宿主机加目标机的模式,宿主机是执行编译、链接、定址过程的计算机;目标机是远行嵌入式软件的硬件平台。要求学生掌握嵌入式系统开发的一般方法,整个设计过程必须由学生自己独立完成,课程设计按二人一组,分组进行全过程的设计。设计内容1、建立传感网汇聚节点2、设计传感节点的网络结构(星形、树形)3、设计上位机监控程序(图形方式显示节点拓扑结构、采集数据)设 计 指 导 教 师 (签字): 教学基层组织负责人(签字): 2013年 7 月 13
3、日目 录1、课程设计的目的及要求41. 1、设计目的 41. 2、所需仿真平台及网络仿真软件 41.3、ns-allinone-2.35的安装 42、WSN开发背景 7 2.1、WSN简介 7 2.2、应用领域 8 2.3、主要特点 82.4、硬件平台 82.5、软件平台 82.6、仿真系统 102.7、数据可视化 103、 NS2开发理论及方法104、Ad Hoc网络仿真通信场景的设计与实现144.1 设计要求 14 4.2 详细设计 14 随机建立通信场景文件 144.3 源代码(dd.tcl文件) 144.4 仿真截图 215、Ad Hoc网络仿真有关数据跟踪的设计与实现23 5.1 设
4、计要求23 5.2 详细设计23 1)定义节点的配置参数 23 2)初始化跟踪档案 24 5.3 源代码(aa.tcl文件) 24 5.4 仿真截图 306总结和体会337、参考文献 33- 3 -基于NS2无线传感网“Ad Hoc网络仿真”设计1、课程设计的目的及要求1. 1、设计目的1).学习Ad Hoc网络AODV路由协议与其在NS2中的仿真;2).掌握NS2中的随机数据流与随机场景的生成;3).初步学习使用trace文件的处理方法,进行。4 ).建立个网络,再进行测试网络全程跟踪(对于吞吐量、数据包丢失、分组延迟)5 ).评价指标为数据包成功递交率、平均延迟等1. 2、所需仿真平台及网
5、络仿真软件Ubuntu系统13.04.1 ns-allinone-2.351.3、ns-allinone-2.35的安装1).下载软件ns-allinone-2.35.tar.gz (通过ctrl+alt+T打开终端,在其中输入cd ns2.35 tar zxvf ns-allinone-2.35.tar.gz 将ns2.35解压到当前目录下2).安装前的准备工作为了更好的安装ns2,需要更新ubuntu系统文件,在终端中输入命令sudo apt-get updatesudo apt-get upgradesudo apt-get dist-upgrade首次采用sudo时,需要用户密码,也就
6、是安装ubuntu时设置的。还需要进行一些package的安装,输入命令sudo apt-get install build-essentialsudo apt-get install tcl8.5 tcl8.5-dev tk8.5 tk8.5-devsudo apt-get install libxmu-dev libxmu-headers3).准备工作做好后,开始安装软件$cd ns-allinone-2.35$./install (别忘了前面的那个点)安装过程需要一会。安装正确的话应该可以看到如下提示:IMPORTANT NOTICES:4).配置环境变量$sudo gedit .bas
7、hrc(这里一定要看清gedit和.bashrc之间有一个空格)在弹出来的窗口的文件末尾加入:(注意:下列代码中wangtiantian/mysoft/是我的ns-allinone-2.35文件路径,要按照你自己的更改)ExportPATH=$PATH:/home/administrato/桌面/ns2.35/bin:/home/administrator/桌面/ns2.35/tcl8.5.10/unix:/home/administrator/桌面/ns2.35/tk8.5.10/unixexport LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/home/admini
8、strator/桌面/ns2.35/otcl-1.14:/home/administrator/桌面/ns2.35/libexport TCL_LIBRARY=$TCL_LIBRARY:/home/administrator/桌面/ns2.35/tcl8.5.10/library保存退出。5).验证测试重新打开一个终端,输入ns并回车$ns(如果正常的话,会出现“%”操作提示符)输入一段TCL脚本代码进行测试%puts Hello ns2Hello ns2%说明安装成功。真是不容易呀!6)、安装过程遇到的问题以及解决办法问题1 Error encountered by me:-In file
9、included from linkstate/ls.cc:67:0:linkstate/ls.h: In instantiation of void LsMap:eraseAll() with Key = int; T = LsIdSeq:linkstate/ls.cc:396:28: required from herelinkstate/ls.h:137:20: error: erase was not declared in this scope, and no declarations were found by argument-dependent lookup at the po
10、int of instantiation -fpermissivelinkstate/ls.h:137:20: note: declarations in dependent base std:map, std:allocator are not found by unqualified lookuplinkstate/ls.h:137:20: note: use this-erase insteadmake: * linkstate/ls.o Error 1 3 Ns make failed!解决办法 Solution:a. Go to ns-allinone-2.35/ns-2.35/li
11、nkstate/b. Now edit ls.hIn line number 137, in place of void eraseAll() erase(baseMap:begin(), baseMap:end(); make it void eraseAll() this-erase(baseMap:begin(), baseMap:end(); c. Save the file and again run ./install问题二administratorubuntu:$ ns% namCant find a usable init.tcl in the following direct
12、ories: :/home/administrator/桌面/ns2.35/tcl8.5.10/library:/home/administrator/桌面/ns2.35/tcl8.5.10/library/init.tcl /home/administrator/桌面/ns2.35/lib/tcl8.5.10/lib/tcl8.5.10/lib/tcl8.5.10/library ./library ./tcl8.5.10/library ./tcl8.5.10/libraryThis probably means that Tcl wasnt installed properly.chil
13、d killed: SIGABRT% 解决办法:administratorubuntu:$ sudo apt-get install nam2、WSN开发背景2.1、WSN简介无线传感网(wirelesssensornetwork)是由在空间中分布的含有传感器的自主设备所组成的无线网络。这些设备协同监测不同位置上的物理或环境条件,比如温度、声音、振动、压力、运动、污染等。无线传感网的开发最初用于军事用途,比如战场监视。如今无线传感网已被用于很多民事用途,包括生态环境监测、医疗卫生应用、家庭自动化、交通控制等。传感网络中的每一个节点除了装有一个或多个传感器以外,一般还装有一个无线电收发器,一个小
14、型微控制器,和一个能量装备,这通常是一个电池。单一传感节点的大小不一,大如一个鞋盒,小至一粒尘土。同样的,部署这些传感节点的花费也不一,这要取决于传感网络的大小以及单一传感节点的复杂度。在尺寸和费用上对传感节点的制约,导致了对其在能源、存储、计算速度和带宽等资源方面上的相关制约。在计算机科学和电信学领域,无线传感网是一个活跃的研究方向,每年都安排有大量的研究小组和研讨会。2.2、应用领域无线传感网在不同的场合有很多应用。在商业和工业领域,有些数据很难用有线传感器来监视,或者实现起来代价过于昂贵,在这种场合可以用无线传感网来监视。无线传感网可以被部署在野外环境,它们可以被放置多年(用来监视某些环
15、境因素)而不需要重新充电或者更换能量装备。它们能够组成属地的边界,监视入侵者的行进过程(将信息在节点之间传递)。无线传感网的用途很多,典型的应用包括监视、跟踪和控制。它一般被用于自然环境监视、目标跟踪、核反应堆控制、火警监测、交通监视等用途。在一个典型的工作环境中,无线传感网被分散布置到区域中的各处,通过它的传感节点来采集数据。地区监视是无线传感网的一种典型应用。在此应用中,无线传感网被布置在需要监视某种现象的区域中。举例来讲,可将大量的传感节点布置在战场上,取代地雷来监视敌人的入侵。一旦传感器检测到被监视事件(热、压力、声音、光、电磁场、振动等)的发生,就需要将该事件报告给基站,基站收到报告
16、后做出相应的动作(比如将消息发至互联网或者卫星)。根据具体应用的场合,不同的性能目标需要不同的数据传播策略,这些目标包括对响应的实时性的要求,对数据冗余的要求,对安全性的要求等。2.3、主要特点无线传感网的特点有: 节点小型化有限的能量供给 苛刻的环境条件节点失效问题 动态的网络拓扑 通讯失败问题 大量部署的节点 无人值守可以将传感节点想像成一台小巧的计算机,特别是在它们的接口和组件方面。传感节点通常由这些部分组成,一个计算能力和存储能力有限的处理单元,一些传感器(有特定的调节电路),一个通讯设备(通常为无线电收发器),和一个通常为电池的能量供给装置。其他一些可选部分有环境能源发电模块,辅助的
17、专用集成电路,以及可能的辅助通讯设备(比如RS232或USB)。基站可以有一个或者多个,它们是无线传感网中的特殊成员,具有相对强大的计算、能量和通讯资源。基站的作用相当于传感节点和最终用户之间的网关。典型的无线传感网架构见图1。2.4、硬件平台硬件方面的主要挑战在于制造低成本和微小的传感节点。考虑这一目标,现在的传感节点主要还处在原型阶段。小型化和低成本的解决要寄希望于最近以及将来在微机电系统(MEMS)和纳机电系统(NEMS)领域的进展。SNM-SensorNetworkMuseumtm.上概括了常见的传感网络平台,组件,技术和相关主题。和主流计算机不同,目前还没有无线传感网的官方标准,所以
18、硬件以及软件的互操作性和可重用性都较低。下面列出一些领域内研究所使用的标准:ZigBeeWibree6lowpan2.5 、软件平台对无线传感网节点而言,能量是最缺乏的资源,它决定了节点们的生命周期。无线传感网节点将被大量放置到各式各样的环境下,包括遥远和敌对的区域,这样自组织通讯将变得重要。由于这些原因,算法和协议必须解决以下问题:生命周期最大化鲁棒性和容错性自配置无线传感网软件研究上的一些热门课题有:安全性 可移动性(移动中的传感节点或者基站)中间件(在软件和硬件之间设计中间层)(1)操作系统一般来说,无线传感网节点上的操作系统比通用操作系统的复杂度低。这有两方面的原因,一方面是由于传感网
19、应用程序的特定需求,另一方面是由于传感网硬件平台的资源限制。举一个例子,传感网应用程序通常不要求像PC机应用程序那样的可交互性,这样操作系统就不需要支持那样的用户接口。更进一步讲,在内存和内存映射硬件支持上的资源限制,使得类似于虚拟内存的机制变得不必要或者不可能实现。无线传感网在硬件上和传统的嵌入式系统没有区别,这就有可能在传感网上使用像eCos或者uC/OS这样的嵌入式操作系统。不过这些操作系统的设计通常具有实时特性,而与传统嵌入式操作系统不同的是,专用于传感网的操作系统一般不支持实时性。TinyOS也许是第一个专门为无线传感网而设计的操作系统。和大多数操作系统不同,TinyOS采用基于事件
20、驱动的编程模型,而不是基于多线程。TinyOS程序由事件处理例程和具备语义运行的任务所组成。当外部事件发生时,比如新到数据包或者读传感器,TinyOS调用相应的事件处理例程来处理该事件。事件处理例程可以发布任务,这些任务将被TinyOS核心所调度。不管是TinyOS系统,还是TinyOS下开发的应用程序,都是用nesC编程语言写成的。nesC是C编程语言的扩展,它被设计成可以发现在任务和事件处理例程之间的竞争条件。存在一些操作系统支持C语言编程,这些操作系统包括Contiki、MANTIS、BTnut、SOS和Nano-RK。Contiki的设计支持从网络加载模块,还支持运行时加载标准ELF文
21、件。和TinyOS一样,Contiki的核心是基于事件驱动的,但是Contiki支持基于每应用程序的多线程。更进一步的,Contiki支持protothreads,它在提供类似于多线程编程抽象的同时,只支付了非常小的内存开销。与事件驱动的Contiki核心不同,MANTIS和Nano-RK的核心基于抢先式多线程。在抢先式多线程方式下,应用程序不需要显式地释放微处理器给其他进程,取而代之的是,核心将时间划片给活动进程,并决定当前可以执行哪一个进程。这使得应用程序的编程更加容易。Nano-RK核心对资源的分配是实时的,能够有很好的粒度来控制任务对CPU时间、网络和传感器的占用。和TinyOS、Co
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- 关 键 词:
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