了得網工業技術_OPNET物聯網仿真：基於5G通信與計算的物聯網智能應用

內容簡介

本書是基於物聯網OPNET仿真的一本學習參考書，本書闡述了物聯網的演進過程，介紹了OPNET物聯網仿真的基本模型，並對網絡層基本路由算法、綠色物聯網、智能物聯網、寬帶物聯網、半實物仿真、窄帶物聯網、無線網絡緩存等進行了建模與仿真。全書共分為11章。不僅介紹了經典的算法，還包括作者新的研究成果。本書側重於實際的模型仿真，可作為學習物聯網仿真和OPNET的進階參考書。本書可作為物聯網和通信專業高年級本科生或研究生的教材或學習參考書，也可供相關專業工程人員或研究人員參考。

作者簡介

陳敏，華中科技大學計算機學院教授、博導，嵌入與普適計算實驗室主任，2012年入選國家第二批"青年千人計劃"。二十三歲獲博士學位。曾先後任國立漢城大學和加拿大不列顛哥倫比亞大學博士後、韓國首爾大學助理教授。2011年入選*“新世紀優秀人纔支持計劃”。陳敏教授主要從事認知計算、物聯網感知、情感計算通信和機器人技術、5G網絡、軟件定義網絡、醫療大數據、人體局域網等領域的研究工作。在國際學術期刊和會議上發表論文200餘篇，發表論文谷歌學術引用總數超過9000次，H-index = 48，SCI他引次數超過2500次。擔任IEEE計算機協會大數據技術委員會主席。獲IEEE ICC 2012、IEEE IWCMC 2016等國際大會佳論文獎。榮獲 2017 年度 IEEE通信學會Fred W. Ellersick Prize。

目錄
1物聯網的演進(1)
1.1物聯網的發展歷程(1)
1.1.1國內外發展歷程(1)
1.1.2從應用需求看物聯網的發展(3)
1.2物聯網的設計理念(9)
1.2.1物聯網的特征(9)
1.2.2物聯網設計理念(10)
1.3物聯網架構與關鍵技術(12)
1.3.1物聯網架構(12)
1.3.2關鍵技術(14)
1.4物聯網與WSN、M2M、BAN和CPS(21)
1.4.1WSN、M2M、BAN與CPS簡介(22)
1.4.2物聯網幾種技術之間的共性(25)

1物聯網的演進(1)

1.1物聯網的發展歷程(1)

1.1.1國內外發展歷程(1)

1.1.2從應用需求看物聯網的發展(3)

1.2物聯網的設計理念(9)

1.2.1物聯網的特征(9)

1.2.2物聯網設計理念(10)

1.3物聯網架構與關鍵技術(12)

1.3.1物聯網架構(12)

1.3.2關鍵技術(14)

1.4物聯網與WSN、M2M、BAN和CPS(21)

1.4.1WSN、M2M、BAN與CPS簡介(22)

1.4.2物聯網幾種技術之間的共性(25)

1.4.3物聯網幾種技術之間的區別(25)

1.5人本物聯網(27)

1.5.1人體局域網(27)

1.5.2基於雲平臺的醫療人體局域網(34)

1.5.3第二代RFID繫統(35)

1.5.4基於機器人技術和雲計算技術的智能健康物聯網(42)

1.6物聯網與大數據,雲計算與軟件定義網絡(45)

1.6.1物聯網與大數據(45)

1.6.2物聯網與雲計算(47)

1.6.3物聯網與軟件定義網絡(50)

1.7物聯網與網絡仿真(53)

2OPNET網絡仿真簡介(54)

2.1OPNET概述(54)

2.1.1網絡仿真簡介(54)

2.1.2OPNET簡介(54)

2.1.3OPNET網絡環境(56)

2.1.4OPNET編輯器簡介(57)

2.1.5OPNET常用文件格式(60)

2.2OPNET常用函數介紹(61)

2.2.1函數命名規則(61)

2.2.2分布函數集(61)

2.2.3進程函數集(62)

2.2.4事件函數集(64)

2.2.5接口控制信息函數集(66)

2.2.6中斷函數集(69)

2.2.7分組函數集(72)

2.2.8隊列函數集(75)

2.2.9統計量函數集(76)

2.3OPNET網絡建模和仿真方法(77)

2.3.1OPNET建模基本特性(77)

2.3.2OPNET建模機制(79)

2.3.3OPNET仿真機制(84)

2.4仿真結果的處理(89)

2.4.1收集統計量(89)

2.4.2查看和導出仿真結果(90)

2.4.3發布仿真結果(91)

2.5包交換網絡例程(92)

2.5.1概述(93)

2.5.2創建包交換網絡(94)

2.5.3收集統計量並配置仿真(106)

2.5.4運行仿真並分析結果(107)

OPNET物聯網仿真——基於5G通信與計算的物聯網智能應用目錄3傳感器網絡OPNET仿真(110)

3.1網絡模型(110)

3.1.1打開模型(110)

3.1.2網絡參數(111)

3.1.3網絡模型的節點部署(112)

3.1.4模型文件的分類(117)

3.1.5頭文件(118)

3.1.6全局變量(119)

3.1.7包結構(119)

3.2節點模型(120)

3.2.1普通傳感器節點模型(120)

3.2.2結果收集節點模型(132)

3.3結果收集模型(136)

3.3.1模型介紹(136)

3.3.2性能參數(138)

3.3.3代碼實現(138)

3.4能量模型(143)

3.4.1MAC層能量模型(143)

3.4.2網絡層能量模型(147)

3.5動畫模型(147)

3.5.1新建自定義探針(148)

3.5.2創建動畫宏(149)

3.5.3調用動畫(151)

3.6其他技巧(155)

3.6.1網絡傳輸半徑的確定(155)

3.6.2調試日志(157)

3.7綜合實驗(158)

3.7.1實驗一：增加路由方案(158)

3.7.2實驗二:不同參數路由方案比較(161)

3.7.3實驗三:多隨機種子多參數做Errorbar圖(166)

3.7.4實驗四:增加普通傳感器節點應用層統計項(172)

4大規模傳感器網絡OPNET模型調試(175)

4.1查看OPNET日志文件(175)

4.2使用OPNET Debugger調試(177)

4.2.1ODB調試概述(177)

4.2.2ODB斷點功能簡介(180)

4.2.3ODB信息追蹤功能簡介(182)

4.2.4ODB映射功能簡介(184)

4.2.5使用ODB調試IoT_Simulation模型實例(186)

4.3OPNET與VC6聯合調試(191)

4.3.1環境變量的設置(191)

4.3.2修改OPNET有關與VC6聯合調試的標識(192)

4.3.3仿真時OPNET與VC6聯合調試的步驟(193)

4.4仿真模型的跟蹤調試(195)

4.4.1實例一：找到IoT_Simulation的源節點(195)

4.4.2實例二：跟蹤數據包的處理流程(198)

4.4.3實例三：異常情況的調試(205)

5OPNET網絡層仿真(211)

5.1地理路由(211)

5.1.1地理路由概述(211)

5.1.2貪婪路由算法(214)

5.2移動多媒體地理位置路由(219)

5.2.1多媒體傳感器網絡概述(219)

5.2.2移動多媒體地理位置路由(220)

5.2.3MMSN的OPNET仿真(223)

5.3定向擴散路由(227)

5.3.1定向擴散路由簡介(228)

5.3.2模型實現(229)

5.4ZigBee協議仿真(235)

5.4.1ZigBee概述(235)

5.4.2OPNET官方ZigBee模型(239)

5.4.3開放源代碼IEEE
802.15.4/ZigBee仿真模型(243)

5.4.4基於IEEE 802.15.4的體域網仿真(248)

6綠色物聯網仿真(254)

6.1REER路由協議(254)

6.1.1REER協議(255)

6.1.2REER代碼實現(261)

6.1.3性能分析與實驗(275)

6.2KCN路由協議(277)

6.2.1KCN協議(277)

6.2.2KCN代碼實現(278)

7智能物聯網仿真(289)

7.1移動代理概述(289)

7.1.1移動代理(289)

7.1.2基於移動代理的無線傳感器網絡路由規劃(291)

7.1.3移動代理能量消耗(293)

前言

無線通信技術以及嵌入式、微電子機械繫統、超大規模集成電路等領域取得的快速發展，使得“微型化”“智能化”和“網絡化”的新型傳感器的設計、開發和實現成為可能，從而為推動物聯網時代信息世界向物理世界的全面滲透鋪平了道路；另一方面，隨著雲計算、大數據技術及新一代通信和網絡技術的發展，毫無疑問，物聯網的持續演化勢必在不久的將來對人們生活的方方面面產生巨大影響。物聯網是在傳感器網的基礎上演變而來的，並不斷向核心網延伸，實現更加智能化的應用。所以說傳感器網是物聯網的基石，或者說是其重要組成部分。由於終端設備的數量不斷增大，長期和大規模傳感器網部署在實際運用中具有極高的難度。在多數情況下，雖然許多研究人員並非缺乏條件來部署真實的傳感器節點，但是可利用的節點數量往往較少，根本無法發揮傳感器網長期和大規模部署的優勢，因此他們所設計的算法和協議很難在真實環境中得到驗證。因此，網絡仿真不失為物聯網實驗的另一種途徑，可以解決大多數研究人員因沒有條件搭建對部署環境及硬件成本有很高要求的大規模傳感器網所帶來的困擾。雖然物聯網近幾年取得了較大的發展，也產生了一些成功的示範應用，但是仍然面臨很多技術問題需要研究人員解決，在大規模部署物聯網應用前必須對相關理論和算法進行驗證和評估，這就迫切需要搭建物聯網的仿真平臺，尤其是為了滿足面向大範圍規模化感知的要求，而需要搭建大規模傳感器網仿真平臺。由於物聯網涵蓋了復雜的網絡與通信繫統，因此，優秀的網絡仿真軟件OPNET Modeler成為一個很好的選擇。雖然OPNET幾乎內置了目前所有新網絡通信協議的仿真模型，但是這些模型主要是針對標準化了的協議和算法，並沒有自帶物聯網和大規模傳感器網仿真模塊，需要重新搭建一個龐大的仿真繫統，這又對廣大物聯網研究者提出了難題。為了幫助廣大物聯網研究人員跨越這個挑戰，筆者在書中詳細講解了一個成熟的基於OPNET Modeler的基本物聯網仿真模型IoT_Simulation，以及基於該模型的其他擴展仿真模型，還提供了各模型的源碼供廣大物聯網研究者下載學習。全書共分為11章。第1章描述物聯網的發展歷程，以及和以移動互聯網、雲計算、大數據、軟件定義網絡、5G等為代表的新技術的共融與演進。同時也提出了物聯網仿真的必要性。第2章介紹OPNET仿真的基礎知識，包括常用函數和一個基本的包交換例程；第3章詳細介紹基於OPNET的一個物聯網基本仿真模型IoT_Simulation，介紹了作為基本模型的網絡模型、節點模型、結果收集模型、能量模型和動畫模型的實現，第3章是本書的核心。後續章節基於第3章的基本模型展開。第4章介紹OPNET的模型調試，列舉讀者在使用模型中可能遇到的問題和解決方法。第5章介紹基於地理路由、移動多媒體地理位置路由、定向擴散路由以及Zigbee網絡層路由算法的實現和仿真。第6章綠色物聯網仿真主要介紹了REER和KCN兩個協作通信模型。第7章智能物聯網仿真介紹了移動代理。第8章寬帶物聯網仿真介紹了多路路由模型以及物聯網骨干網模型。第9章介紹半實物仿真的入門實驗、仿真基礎及半實物仿真實例。第10章介紹窄帶蜂窩仿真的發展、搭建及實例。第11章介紹無線網絡緩存仿真的模型建立、結構及分析。本書內容由筆者多年的研究工作整理而成，在成書的過程中得到華中科技大學出版社王紅梅編輯的大力支持，在此表示誠摯的感謝。在本書編寫過程中廣泛參考了許多專家、學者的文章、著作以及相關技術文獻，筆者在此一並表示衷心感謝。由於水平有限，書中的缺點、錯誤在所難免，懇請廣大讀者批評指正。

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