[發明專利]一種無線傳感器網絡仿真系統

無效

• 申請號: 201010100830.3
• 申請日: 2010-01-22
• 公開（公告）號: CN101841839A
• 公開（公告）日: 2010-09-22
• 發明（設計）人: 李國徽;魏巍;龐永杰;張珂珂;蘭小玲
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H04W24/06
• 分類號: H04W24/06;H04W84/18
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡(WSN，Wireless?Sensor?Networks)仿真技術領域，具體涉及一種針對WSN環境下的通信協議及各種基于傳感器網絡的應用進行仿真的仿真系統。

背景技術

目前，存在幾種通用的可用于WSN的網絡仿真系統，如NS-2(network?simulator-2)、OPNET、TOSSIM(TinyOS?simulator)等，已成為WSN研究的主流仿真系統，但是這些主流的通用仿真系統在對WSN的仿真時都存在不同程度的缺陷：

(1)NS-2是用于網絡研究的離散事件仿真工具，可以對有線、無線、本地連接、衛星連接等復雜網絡環境進行仿真。NS-2可以對TCP協議、路由算法、多播協議等多種網絡協議進行仿真。NS-2主要致力于OSI模型的仿真，包括物理層的行為的定義。由于NS-2是對數據包級進行非常詳細的仿真，接近于運行時的數據包數量，使得其無法進行大規模網絡的仿真，并且由于其采用tclcl語言進行開發，造成仿真難度加大，其交互界面也不夠人性化。

(2)OPNET是通信網絡仿真系統，采用網絡、節點和過程三層模型實現對網絡行為的仿真。其無線模型是采用流水線的體系結構來確定節點(無線傳感器節點、PC節點等可以組成網絡的組件)間的連接和傳播，用戶可指定頻率、帶寬、功率以及包括天線增益模式和地形模式在內的其他特征。OPNET更注重于網絡服務質量的性能評價，而要實現WSN的仿真，還缺少能量模型，無法對能耗進行評價。

(3)TOSSIM是用于對采用TinyOS的Motes(智能微塵)進行bit(位)級仿真的工具。TOSSIM將TinyOS環境下的nesC代碼直接編譯為可在PC環境下運行的可執行文件，提供了可在真實的Mote節點上對網絡程序進行測試的一個系統。TOSSIM的缺點是沒有能量模型，無法對能耗進行評價。

總的來說，現有可用于WSN仿真的通用仿真系統主要具有以下幾類缺陷：

(1)WSN是以數據為中心，面向應用的一種網絡，而通用的網絡仿真系統則是以傳輸為中心，注重數據通信協議和算法，不關心所傳輸的數據。

(2)WSN具有面向應用的特點，使其協議層的設計與通用網絡仿真系統的標準協議有所區別。因此要在通用網絡仿真系統上實現WSN的仿真，必然會產生大量的協議添加工作和跨層協議的修改，增加了仿真的難度和工作量。

(3)部分仿真系統沒有對無線傳感器節點的能耗進行評估，而能耗恰恰是WSN研究中一個非常關鍵的性能指標。

(4)大部分通用仿真系統只針對底層協議的描述和仿真，無法實現抽象應用層的算法仿真。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于模塊化和層次化結構的無線傳感器網絡仿真系統，該仿真系統以數據為中心，面向應用，具有能量模型，能夠對異構網絡進行仿真。

本發明提供的一種無線傳感器網絡仿真系統，其特征在于：該無線傳感器網絡仿真系統包括用戶界面、底層模塊庫、節點構件庫、仿真環境場景庫、運行對象庫、參數配置庫、節點組成關系庫、業務數據庫、包信息庫、包頭信息庫、模塊注冊單元、模塊選擇單元、模塊組裝單元、參數設置單元、拓撲數據生成單元、業務調度單元、顯示單元和結果統計單元；

用戶界面是用戶操作使用該無線傳感器網絡仿真系統的一個可視化界面；

底層模塊庫用于保存用戶為了完成仿真所需的功能而注冊的模塊，其中包括保存模塊名、模塊對應的類文件即代碼、模塊對應的數據包包頭以及三者之間的對應關系；

節點構件庫用于保存由用戶從底層模塊庫中選出的用于組裝傳感器節點內部結構的所有模塊，即節點構件模塊，保存內容包括模塊名和對應模塊的功能描述信息；所述傳感器節點內部結構是指由模塊和模塊之間的數據流向和上下層關系構成的結構，所述節點構件模塊包括應用模塊、傳輸模塊、路由模塊、鏈路模塊、隊列模塊、媒體訪問控制模塊、物理模塊和信道模塊；

仿真環境場景庫用于保存由用戶從底層模塊庫中選出的用于仿真過程中對各種仿真場景進行仿真的模塊，即仿真環境模塊，保存內容包括模塊名和對應模塊的功能描述信息；所述仿真環境模塊包括隨機數產生模塊、網絡拓撲結構生成模塊、隊列調度模塊和結果分析模塊；

運行對象庫用于保存由拓撲數據生成單元生成在仿真過程中實際運行的各個模塊類對應的對象引用；

參數配置庫用于保存節點構件庫和仿真環境場景庫中的所有模塊的參數以及無線傳感器網絡仿真系統的全局參數；

節點組成關系庫用于保存傳感器節點內部結構，即模塊組裝單元對節點構件庫中所有模塊進行組裝之后的輸出；