多层结构移动传感器网络模拟的研究及实现

论文摘要

无线传感器网络是当前国际上备受关注的、由多学科高度交叉的新兴前沿研究热点领域。由于无线传感器网络自身的特点,实际网络系统的实现代价高且难以实现,为更好地验证网络通讯、协议、算法的性能,模拟则成为测试、评估和验证的重要手段。网络模拟有着周期小、成本低等特点,使之广泛应用于研究中。在提出的新型多层移动无线传感器网络体系结构下,本文以网络模拟软件NS为基础,扩展物理层的信息收发控制模型,并在应用层添加功率改变服务,使其适应不同通信范围下的多层次移动节点的信息传输。模拟实现了多层次的无线传感器网络平台Multiple-level NS （MLNS）,以适用于多层移动传感网络中信息采集的模拟测试。为了及时、可靠、低耗能地收集网络信息,提高网络的扩展性和延长网络的生存周期,大规模无线传感网络按节点的角色不同,网络划分为传感器节点S（Sensor）、熔合节点F（Fusion）和中央控制节点C（Control）三层,三层节点处理能力依次增强,复杂度依次增大,相互协作完成无线传感网络任务。F层节点随S节点的移动而移动,在F节点和C节点上,实现一种基于簇的中间件架构,根据功能和协作方式建立多层模型WSN,以更有效的获取传感器数据并易于整体网络的控制。在新型多层移动传感器网络体系结构中,详细分析了各层节点的基本功能,并规划节点的受控移动控制策略以保证信息的有效收集。结合NS-2现有的无线传感网络模型,重点对物理层的信息收发控制模型和发送功率服务进行添加和扩展,实现不同层次节点的通讯功能,给出了各功能模块实现的具体方案。针对物理层和发射功率服务,编写C++对象模型集成至NS-2中,并以TCl编写F与S节点的移动策略,实现MLNS模拟。在MLNS进行网络性能测试中,通过分析处理结果数据表明,MLNS模拟平台实现了多层节点的随机移动、数据采集和网络体系结构信息的可靠传输。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 无线传感器网络及模拟概述
• 1.1.2 无线传感器网络模拟的研究现状
• 1.2 研究的必要性
• 1.3 论文的研究工作
• 1.4 论文内容安排
• 第二章 NS-2 模拟综述
• 2.1 NS 的发展
• 2.2 NS 运行环境和工作原理
• 2.2.1 NS 运行环境
• 2.2.2 NS 工作原理
• 2.3 NS-2 体系结构
• 2.3.1 NS-2 层次结构
• 2.3.2 NS-2 网络组件
• 2.3.3 NS-2 模拟过程及辅助分析工具
• 2.4 无线网络模型
• 2.5 本章小结
• 第三章 Multiple-level NS 模拟的分析与设计
• 3.1 新型的多层结构移动传感器网络体系结构
• 3.2 sensor 节点的创建
• 3.3 物理层模型继承
• 3.4 节点发射功率服务的添加
• 3.5 新型的多层结构移动传感器网络移动策略的实现
• 3.5.1 移动分区划分
• 3.5.2 节点的移动定位
• 3.5.3 移动策略的实现
• 3.6 本章小结
• 第四章 Multiple-level NS 模拟实现
• 4.1 MLNS 模拟扩展步骤
• 4.1.1 编译层的添加实现
• 4.1.2 解释层实现
• 4.1.3 编译层与解释层的连接
• 4.1.4 对原有相关文件的修改
• 4.1.5 编译链接
• 4.2 MLNS 模拟测试
• 4.2.1 拓扑属性设置
• 4.2.2 MLNS 模拟测试
• 4.3 结果处理与分析
• 4.3.1 NAM 运行动画分析
• 4.3.2 Trace 文件处理分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 存在的问题与未来工作的展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 攻读硕士学位期间参与的导师课题
• 致谢