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1、无线传感器网络的模拟仿真技术I堡无线传感器网络的模拟仿真技术术阮立志(连云港职业技术学院机电工程系连云港222006)摘要:良好的模拟仿真技术对于无线传感器网络显得尤为重要.介绍了现有无线传感器网络的主要模拟仿真平台,并对其优缺点进行了分析比较;讨论了无线传感器网络模拟仿真平台的设计思想及今后的发展方向.关键词:无线传感器网络仿真平台1引言无线传感器网络(WSN)是由用于收集并传播环境数据的一些微小的低功耗传感器组成的密集无线网络川.可以很精确地在较远距离侦测和收集到物理环境的相关数据.WSN综合了传感器技术,嵌入式计算技术,分布式信息处理技术和通信技术,能够实时
2、监测,感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息,并对这些信息进行处理,获得详细而准确的信息并传送到需要这些信息的用户.作为一个全新的研究领域,WSN在基础理论和工程技术层面对研究人员提出了大量新的挑战.数学分析,模拟仿真与物理测试是研究与分析网络的三种主要技术手段.但限于WSN新的特点与约束,其算法非常复杂,使得数学分析实现十分困难.另外,WSN的规模超大,目前实际的WSN系统又非常少,物理测试几乎无法实现.模拟仿真技术可以解决大规模物理系统构建的困难,节约研究成本,成为超大规模WSN系统研究与开发的一个重要手段.WSN涉及网络拓扑,嵌入式操作系统,网络
3、协议以及分布式计算等方面,这些方面和应用高度相关.而且WSN和物理世界紧密联系,导致了必须考虑噪声,环境变化以及运行时的不确定性等因素.在真实环境里研究这些因素对WSN的影响,观察WSN的节点间相互作用相当困难.WSN的模拟仿真技术能够在一个可控的环境里研究WSN的应用,能够仿真数量众多的节点,能够观察由不可预测的干扰和噪声引起的难以捉摸的节点间相互作用,获取节点间的详尽细节.所以,设计与开发一个好的仿真平台是保证WSN研究顺利进行的前提和基础.2无线传感器网络仿真平台模拟仿真技术是用计算机程序对通信网络进行模型化,通过程序的运行模仿通信网络的运行过程.模拟仿真技
4、术提供了方便,高效的验证和分析方法,在现代通信网络设计和研究中起到越来越大的作用.目前,比较典型的WSN仿真平台或基于现有平台的WSN模型,包括OPNET翻,NS2圈,TOSSIM【4】,P0werTOSSIM【5】和GloMoSim~等.2.1OPNETOPNET产品主要面向专业人士,帮助客户进行网络结构,设备和应用的设计,建设,分析和管理.OPNET具有以下突出特点:(1)提供三层建模机制,最底层为Process模型,以状态机来描述协议;其次为Node模型,由相应的协议模型构成,反映设备特性;最上层为网络模型.三层模型和实际的网络,设备,协议层次完全对应,全面
5、反映了网络的相关特性.(2)提供一个比较齐全的基本模型库,包括路由器,交换机,服务器,客户机,ATM设备,DSL设备,ISDN设备等AJ收稿日期:2007--01-23.连云港职业技术学院青年科技基金项目(项目编号QKJ200611);江苏省高校"青蓝工程"项目资助.2007.1数据通信等.(3)采用离散事件驱动的模拟机理(discreteeventdriven),与时间驱动相比,计算效率得到很大提高.(4)采用混合建模机制,把基于包的分析方法和基于统计的数学建模方法结合起来,既可得到非常细节的.模拟结果,又大大提高了仿真效率.(5)OPNET具有丰富的统计量收集
6、和分析功能.可以直接收集常用的各个网络层次的性能统计参数,方便地编制和输出仿真报告.(6)提供了和网管系统,流量监测系统的接.口,利用现有的拓扑和流量数据建立仿真模型,并可对仿真结果进行验证.但OPNET也存在缺点,当仿真网络规模和流量很大时,仿真效率会降低;同时它所提供的模型库有限,因此某些特殊网络设备的建模必须依靠节点和过程层次的编程方能实现;在涉及底层编程的网元建模时,具有较高的技术难度,需要对协议和标准及其实现的细节有深入的了解,并掌握网络仿真软件复杂的建模机理.因此,一般需要经过专门培训的专业技术人员才能完成.此外,建立在OPNET上的仿真平台当前无法脱
7、离OPNET环境,这也是OPNET的一个局限性.2.2NS2NS2(NetworkSimulator,version2)是面向对象,离散事件驱动的网络环境模拟器.它支持众多的协议,并提供了丰富的测试脚本,主要用于解决网络研究方面的问题.它本身有一个虚拟时钟,所有的仿真都由离散事件驱动.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包括网络传输协议,业务源流量产生器,路由队列管理机制以及路由算法等.NS2也为进行局域网的仿真实现了多播以及一些MAC子层协议..NS2由两种编程语言OTCL(具有面向对象特性的TCL脚本程序设计语言)和C++实现.C++语
8、言非.常适
