传感器网络有效工作寿命的模拟与实现
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资料介绍：
网络仿真
2.1.1 主流的仿真软件
当前有许多优秀的网络仿真软件，主流的有Opnet、NS2、Matlab等，本文将对其一一进行简单介绍，并作出表格进行分析对比。
OPNET Modeler：OPNET Modeler是OPNET Technology公司的四个系列网络仿真软件产品的其中之一，它主要面向的用户为网络设计专业人士，能够满足大型复杂网络的仿真需要，它提供三层建模机制，最底层为Process模型，其次为Node模型，最上层为网络模型。OPNET Modeler 还提供了一个比较齐全的的基本模型库，包括路由器、交换机、服务器、客户机、ATM设备、DSL设备、ISDN设备等等。并采用离散事件驱动的模拟机理(discrete event driven)，与时间驱动相比，计算效率得到很大提高。
NS2：NS2(Network Simulator, version 2)是一种面向对象的网络仿真器，本质上是一个离散事件模拟器。它有一个虚拟时钟，所有的仿真都由离散事件驱动的。目前NS2可以用于仿真各种不同的IP网，已经实现的一些仿真有:网络传输协议，业务源流量产生器，路由队列管理机制，路由算法。NS2也为进行局域网的仿真而实现了多播以及一些MAC子层协议。当仿真完成以后，NS将会产生一个或多个基于文本的跟踪文件。只要在Tcl脚本中加入一些简单的语句，这些文件中就会包含详细的跟踪信息。这些数据可以用于下一步的分析处理，也可以使用NAM将整个仿真过程展示出来。 copyright think58
Matlab：MATLAB软件是由美国Mathworks公司推出的用于数值计算和图形处理的科学计算系统环境。MATLAB环境下，用户集成了程序设计、数值计算、图形绘制、输入输出、文件管理等各项功能。 MATLAB提供了一个人机交互的数学系统环境，该系统的基本数据结构是矩阵，在生成矩陈对象时，不要求作明确的维数说明。与利用C语言或FORTRAN语言作数值计算的程序设计相比，利用MATLAB可以节省大量的编程时间。MTALAB系统由MATALB语言体系，MATLAB工作环境，图形图像系统，MATLAB数学函数库，MATLAB应用程序接口五个主要部分组成。
SPW：SPW仿真软件是Cadence公司的产品，它提供了面向电子系统的模块化设计、仿真及实施环境，是进行算法开发，滤波器设计，C代码生成，硬/软件结构联合设计和硬件综合的理想环境。SPW的一个显著特点是他提供了HDS接口和Matlab接口。Matlab里面的很多模型可以直接调入SPW，然后利用HDS生成C语言仿真代码或者是HDL语言仿真代码。SPW通常可以应用于无线和有线载波通信、多媒体和网络设计与分析等领域。
什么是无线传感网（WSN）
2.3.1无线传感器网络体系结构
无线传感器网络通常包括传感器节点，汇聚节点和管理节点。传感器节点任意的分布在某一监测区域内，节点以自组织的形式构成网络，通过多跳中继方式将监测数据传送到汇聚节点，最后通过Internet或其他网络通讯方式将监测信息传送到管理节点。同样的，用户可以通过管理节点进行命令的发布，告知传感器节点收集监测信息。
2.3.2无线通讯网络路由协议
无线通讯网络的路由协议包括：泛洪协议，Gossiping协议 ，SPIN协议 ，定向扩散(Directed Diffusion)协议 ，LEACH协议。
2.4网络寿命的几种定义
当前，学术界对传感器网寿命的定义尚未形成统一的认识，针对不同的研究问题往往采用不同的寿命定义方法。当前，对无线传感器网络寿命存在多种不同的定义方法：
一：将第一个耗尽能量的传感器节点的寿命定义为网络的寿命，其缺点是没有考虑传感器网络的容错性。容错性是传感器网设计的一个基本要求，在节点密集布设的情况下 ，少量节点的失效将不会对系统的正常工作造成太大影响。因此 ，将第一个耗尽能量节点的寿命定义为网络的寿命比较牵强。
二：当网络中存活节点的数量所占比例低于某一门限值时候，则认为其寿命已经到期，其缺点是它虽然比定义方法一在实用性方面有了一定改善，但仍存在很大的局限性。传感器网以监测并获取数据为主要目的，定义方法二以剩余存活节点的数量来体现网络获取信息的能力，但事实未必如此。
三：当网络不能再提供可以接受的事件探测率或不能再完成某项任务的时候，则认为其寿命已经到期[9] 。
由于本文采用的NS2模拟主要涉及的传感器网络节点的模拟与实现，传感器节点数量有限，所以本文中提到的传感器网络寿命都指定义一中的寿命。
路由协议的模拟实现
3.1 NS2的安装
3.1.1安裝cygwin
NS2是一个网络模拟器，NS2是OpenSource的，最早的版本是在linux/unix下运行的，后来有了windows下用vc编译运行的版本，但从2.26以后就放弃了对vc的支持，所以现在装NS2只有两条路，要么装个linux，要么就在windows下装个cygwin，然后再在cygwin上装ns2。为简便起见，我决定先装cygwin，再安装ns2。
安装说明如下：首先去http://www.cygwin.com/setup.exe下载setup.exe，运行并点击下一步，在所出现的界面下面选择“Install from Internet”，接下来选择安装的位置可以自己选择一个目录安装。现在的cygwin版本跟NTFS完全兼容，所以不用担心，可以放心的把它装在NTFS分区。至于Test File Type，建议最好设成unix，虽然我没试过用dos格式，但是鉴于OpenSource的软件原本都是linux/unix下的，所以最好还是用unix。继续下一步，选择一个保存package的地方，我们要用到的package大小大概是60M。当然，如果选择的是Install From Local Directory，那么这一步就会变成“指定package所在的位置”。继续下一步，指定代理服务器。教育网内的机器是没办法直接上国外网的，所以要指定代理。这里我们选择Direct Connection,在所出现的界面中选择镜像站点。cygwin有很多镜像站点，可以选择其中一个下载package。也可以自己指定一个站点。比如，如果要用ftp://ftp.sjtu.edu.cn/cygwin，可以在User URL中填这个地址，然后点add，就能将这个地址加到上面的镜像列表中，然后可以选择这个镜像进行安装。继续下一步，选择要安装的软件包。这里我只列出ns2需要的包,其中不包括安装程序默认安装的包：gcc，gcc-g++，gnuplot，make，patch，perl，tar，X-startup-scripts，xorg-x11-base，xorg-x11-bin，xorg-x11-devel，xorg-x11-bin-dlls，xorg-x11-bin-lndir ，xorg-x11-etc， xorg-x11-fenc ，xorg-x11-fnts，xorg-x11-libs-data ，xorg-x11-xwin。 点右上角的view，使它旁边的状态显示为Full，你就能看到按字母顺序排序的package列表，在这些包前点鼠标，使它们处于非“Skip”的状态。下一步，开始下载文件，准备安装。下载完成后，系统会自动开始安装，一段时间后，就完成了cygwin的安装。 think58好，好think58
2.1.1 主流的仿真软件
当前有许多优秀的网络仿真软件，主流的有Opnet、NS2、Matlab等，本文将对其一一进行简单介绍，并作出表格进行分析对比。
OPNET Modeler：OPNET Modeler是OPNET Technology公司的四个系列网络仿真软件产品的其中之一，它主要面向的用户为网络设计专业人士，能够满足大型复杂网络的仿真需要，它提供三层建模机制，最底层为Process模型，其次为Node模型，最上层为网络模型。OPNET Modeler 还提供了一个比较齐全的的基本模型库，包括路由器、交换机、服务器、客户机、ATM设备、DSL设备、ISDN设备等等。并采用离散事件驱动的模拟机理(discrete event driven)，与时间驱动相比，计算效率得到很大提高。
NS2：NS2(Network Simulator, version 2)是一种面向对象的网络仿真器，本质上是一个离散事件模拟器。它有一个虚拟时钟，所有的仿真都由离散事件驱动的。目前NS2可以用于仿真各种不同的IP网，已经实现的一些仿真有:网络传输协议，业务源流量产生器，路由队列管理机制，路由算法。NS2也为进行局域网的仿真而实现了多播以及一些MAC子层协议。当仿真完成以后，NS将会产生一个或多个基于文本的跟踪文件。只要在Tcl脚本中加入一些简单的语句，这些文件中就会包含详细的跟踪信息。这些数据可以用于下一步的分析处理，也可以使用NAM将整个仿真过程展示出来。 copyright think58
[资料来源：THINK58.com]
Matlab：MATLAB软件是由美国Mathworks公司推出的用于数值计算和图形处理的科学计算系统环境。MATLAB环境下，用户集成了程序设计、数值计算、图形绘制、输入输出、文件管理等各项功能。 MATLAB提供了一个人机交互的数学系统环境，该系统的基本数据结构是矩阵，在生成矩陈对象时，不要求作明确的维数说明。与利用C语言或FORTRAN语言作数值计算的程序设计相比，利用MATLAB可以节省大量的编程时间。MTALAB系统由MATALB语言体系，MATLAB工作环境，图形图像系统，MATLAB数学函数库，MATLAB应用程序接口五个主要部分组成。
SPW：SPW仿真软件是Cadence公司的产品，它提供了面向电子系统的模块化设计、仿真及实施环境，是进行算法开发，滤波器设计，C代码生成，硬/软件结构联合设计和硬件综合的理想环境。SPW的一个显著特点是他提供了HDS接口和Matlab接口。Matlab里面的很多模型可以直接调入SPW，然后利用HDS生成C语言仿真代码或者是HDL语言仿真代码。SPW通常可以应用于无线和有线载波通信、多媒体和网络设计与分析等领域。
什么是无线传感网（WSN）
2.3.1无线传感器网络体系结构
无线传感器网络通常包括传感器节点，汇聚节点和管理节点。传感器节点任意的分布在某一监测区域内，节点以自组织的形式构成网络，通过多跳中继方式将监测数据传送到汇聚节点，最后通过Internet或其他网络通讯方式将监测信息传送到管理节点。同样的，用户可以通过管理节点进行命令的发布，告知传感器节点收集监测信息。
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[资料来源：www.THINK58.com]
2.3.2无线通讯网络路由协议
无线通讯网络的路由协议包括：泛洪协议，Gossiping协议 ，SPIN协议 ，定向扩散(Directed Diffusion)协议 ，LEACH协议。
2.4网络寿命的几种定义
当前，学术界对传感器网寿命的定义尚未形成统一的认识，针对不同的研究问题往往采用不同的寿命定义方法。当前，对无线传感器网络寿命存在多种不同的定义方法：
一：将第一个耗尽能量的传感器节点的寿命定义为网络的寿命，其缺点是没有考虑传感器网络的容错性。容错性是传感器网设计的一个基本要求，在节点密集布设的情况下 ，少量节点的失效将不会对系统的正常工作造成太大影响。因此 ，将第一个耗尽能量节点的寿命定义为网络的寿命比较牵强。
二：当网络中存活节点的数量所占比例低于某一门限值时候，则认为其寿命已经到期，其缺点是它虽然比定义方法一在实用性方面有了一定改善，但仍存在很大的局限性。传感器网以监测并获取数据为主要目的，定义方法二以剩余存活节点的数量来体现网络获取信息的能力，但事实未必如此。
三：当网络不能再提供可以接受的事件探测率或不能再完成某项任务的时候，则认为其寿命已经到期[9] 。
由于本文采用的NS2模拟主要涉及的传感器网络节点的模拟与实现，传感器节点数量有限，所以本文中提到的传感器网络寿命都指定义一中的寿命。
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[资料来源：http://www.THINK58.com]
路由协议的模拟实现
3.1 NS2的安装
3.1.1安裝cygwin
NS2是一个网络模拟器，NS2是OpenSource的，最早的版本是在linux/unix下运行的，后来有了windows下用vc编译运行的版本，但从2.26以后就放弃了对vc的支持，所以现在装NS2只有两条路，要么装个linux，要么就在windows下装个cygwin，然后再在cygwin上装ns2。为简便起见，我决定先装cygwin，再安装ns2。
安装说明如下：首先去http://www.cygwin.com/setup.exe下载setup.exe，运行并点击下一步，在所出现的界面下面选择“Install from Internet”，接下来选择安装的位置可以自己选择一个目录安装。现在的cygwin版本跟NTFS完全兼容，所以不用担心，可以放心的把它装在NTFS分区。至于Test File Type，建议最好设成unix，虽然我没试过用dos格式，但是鉴于OpenSource的软件原本都是linux/unix下的，所以最好还是用unix。继续下一步，选择一个保存package的地方，我们要用到的package大小大概是60M。当然，如果选择的是Install From Local Directory，那么这一步就会变成“指定package所在的位置”。继续下一步，指定代理服务器。教育网内的机器是没办法直接上国外网的，所以要指定代理。这里我们选择Direct Connection,在所出现的界面中选择镜像站点。cygwin有很多镜像站点，可以选择其中一个下载package。也可以自己指定一个站点。比如，如果要用ftp://ftp.sjtu.edu.cn/cygwin，可以在User URL中填这个地址，然后点add，就能将这个地址加到上面的镜像列表中，然后可以选择这个镜像进行安装。继续下一步，选择要安装的软件包。这里我只列出ns2需要的包,其中不包括安装程序默认安装的包：gcc，gcc-g++，gnuplot，make，patch，perl，tar，X-startup-scripts，xorg-x11-base，xorg-x11-bin，xorg-x11-devel，xorg-x11-bin-dlls，xorg-x11-bin-lndir ，xorg-x11-etc， xorg-x11-fenc ，xorg-x11-fnts，xorg-x11-libs-data ，xorg-x11-xwin。 点右上角的view，使它旁边的状态显示为Full，你就能看到按字母顺序排序的package列表，在这些包前点鼠标，使它们处于非“Skip”的状态。下一步，开始下载文件，准备安装。下载完成后，系统会自动开始安装，一段时间后，就完成了cygwin的安装。 think58好，好think58
[来源：http://www.think58.com]
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