[發明專利]無線傳感器網絡能耗仿真工具及其仿真方法

有效

• 申請號: 201210044089.2
• 申請日: 2012-02-24
• 公開（公告）號: CN102546063A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 周海鷹;左德承;羅丹彥;張展;舒燕君;徐杰;周鵬;謝和平
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H04B17/00
• 分類號: H04B17/00;H04W16/22;H04W84/18
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張宏威

技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡領域，具體涉及一種無線傳感器網絡能耗仿真工具及其仿真方法。

背景技術

國內針對WSN(Wireless?Sensor?Network，無線傳感器網絡)基礎理論的兩個指標性的項目分別為：“無線傳感網絡的基礎理論及關鍵技術研究”973計劃(2006年)和“新一代寬帶無線移動通信網”國家科技重大專項之“短距離無線互聯與無線傳感器網絡研發和產業化”項目(2008年)，都是側重于對通信技術、組網協議、體系構架、操作系統、數據庫以及仿真平臺等基礎問題研究，缺少對WSN底層系統建模技術與能耗評測方法的研究。相較而言，國外對WSN仿真建模的研究開展較早，模型與仿真技術相對成熟。但是，上述建模研究多數是以一個仿真工具或是平臺的出現而作為研究成果，而上述平臺工具所采用的底層模型絕大部分是直接基于以往研究的無線自組織網模型或是無線信道模型，未深入分析WSN應用的特點。此外，國內外目前所出現的WSN相關的系統建模與能耗評測技術中，多數是針對于一項或某幾項系統模型的能耗問題進行研究，缺乏從WSN整體分析網絡能耗技術以及系統生存時間的計算方法。

無線傳感器網絡技術的日益發展與應用的逐步推廣，促進了無線傳感器網絡系統建模與性能評測技術的研究。數學分析、計算機仿真與物理測試是研究與分析網絡系統的三種主要技術手段。無線傳感器網絡軟、硬件平臺的差異性以及應用環境的多變性給無線傳感器網絡研究帶來了前所未有的挑戰。由于具有新的特點與約束，無線傳感器網絡的算法非常復雜，使得數學分析的實現十分困難。另一方面，由于無線傳感器網絡超大規模的特點，實際的系統物理測試也很難實現。無線傳感器網絡計算機仿真技術因此而興起，并有效解決了大規模物理系統構建的困難，節約了研究成本，因而成為超大規模無線傳感器網絡系統研究與開發的主要手段。

國內外對無線傳感器網絡系統建模與仿真的研究主要集中在體系結構、系統建模和平臺開發3個方面。其中，數學模型的選擇將直接決定著仿真的準確性。目前，仿真軟件所采用的各種數學模型，例如信道模型、能量模型、流量模型等，往往過于簡單和抽象，不能真實的反應實際應用情況。因此，迫切需要根據實際環境，建立起能夠真實反應實際環境的各類數學模型，提高仿真的準確率，進而對系統進行準確評估，驗證網絡系統性能，為網絡構建與協議選擇提供可靠的依據。而WSN仿真至關重要的一個參數就是能耗。無線傳感器網絡通常運行在人無法接近的惡劣甚至危險的遠程環境中，能源無法替代，電源能量極其有限，網絡中的傳感器由于電源能量的原因經常失效，因此能量問題是無線傳感器網絡的核心問題。當前的能量建模都是從通信模塊或處理器角度考慮，缺少對系統能耗情況進行整體分析與評估，因此一個能準確反應傳感器節點耗能情況的模型至關重要。

發明內容

本發明是為了解決當前的無線傳感器網絡的能量建模都是從通信模塊或處理器的角度考慮，沒有對系統能耗情況的分析，不能準確反應無線傳感器網絡中節點耗能的情況，提出的一種無線傳感器網絡能耗仿真工具及其仿真方法。

無線傳感器網絡能耗仿真工具，它包括仿真平臺模塊、感知業務模塊、無線信道模塊和節點能耗模塊，

所述仿真平臺模塊，用于設定無線傳感器網絡的無線電傳播環境，并根據設定的無線電傳播環境從無線信道模塊中選擇相應的無線信道模型；還用于設定感知業務，并將選擇的無線信道模型和設定的感知業務信息發送給感知業務模塊，還用于根據設定的無線電傳播環境和節點能耗模塊發送的節點能耗信息統計獲得所模擬的無線傳感器網絡的能耗信息；

感知業務模塊，用于在仿真平臺模塊發送無線信道模型下模擬相應的感知業務，還用于在模擬感知業務的過程中，在模擬數據發送過程時發送業務相關信息給節點能耗模塊；

無線信道模塊，用于存儲多種現有無線電傳播環境及其對應的無線信道模型；不同的信道環境對信號損失的影響不同，信號干擾和丟包率等指標都不相同，因此不同的信道環境需要使用不同的信道模塊；

節點能耗模塊，用于在接收到發送業務信息時，根據相應節點的工作能耗信息和發送業務信息模擬該節點的能耗信息，并將所該節點信息及該節點的能耗信息發送給仿真平臺模塊。

基于無線傳感器網絡能耗仿真工具的網絡能耗仿真方法為：

初始化過程：在仿真平臺模塊上設定待模擬的無線網絡的無線電傳播環境，并根據所述無線電傳播環境在無線信道模塊選擇相應的無線信道模型，

在仿真平臺模塊上設定感知業務，并將所述感知業務和無線信道模型發送給感知業務模塊，使所述感知業務模塊建立相應的感知業務模型；