2007 阮立志 无线传感器网络的模拟仿真技术.pdf

技术交流
TechnologyDiscussion数据通信2007.1

无线传感器网络的模拟仿真技术*

阮立志(1.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引言够在一个可控的环境里研究WSN的应用,能够仿真
无线传感器网络(WSN)是由用于收集并传播环数量众多的节点,能够观察由不可预测的干扰和噪声
境数据的一些微小的低功耗传感器组成的密集无线引起的难以捉摸的节点间相互作用,获取节点间的详
网络[1]。可以很精确地在较远距离侦测和收集到物理尽细节。所以,设计与开发一个好的仿真平台是保证
环境的相关数据。WSN综合了传感器技术、嵌入式计WSN研究顺利进行的前提和基础。
算技术、分布式信息处理技术和通信技术,能够实时
监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测2无线传感器网络仿真平台
对象的信息,并对这些信息进行处理,获得详细而准模拟仿真技术是用计算机程序对通信网络进行
确的信息并传送到需要这些信息的用户。作为一个全模型化,通过程序的运行模仿通信网络的运行过程。
新的研究领域,WSN在基础理论和工程技术层面对模拟仿真技术提供了方便、高效的验证和分析方法,
研究人员提出了大量新的挑战。在现代通信网络设计和研究中起到越来越大的作用。
数学分析、模拟仿真与物理测试是研究与分析网目前,比较典型的WSN仿真平台或基于现有平
络的三种主要技术手段。但限于WSN新的特点与约台的WSN模型,包括OPNET[2]、NS2[3]、TOSSIM[4]、
束,其算法非常复杂,使得数学分析实现十分困难。另PowerTOSSIM[5]和GloMoSim[6]等。
外,WSN的规模超大、目前实际的WSN系统又非常2.1OPNET
少,物理测试几乎无法实现。模拟仿真技术可以解决OPNET产品主要面向专业人士,帮助客户进行
大规模物理系统构建的困难,节约研究成本,成为超网络结构、设备和应用的设计、建设、分析和管理。
大规模WSN系统研究与开发的一个重要手段。OPNET具有以下突出特点:(1)提供三层建模机制,
WSN涉及网络拓扑、嵌入式操作系统、网络协议最底层为Process模型,以状态机来描述协议;其次为
以及分布式计算等方面,这些方面和应用高度相关。Node模型,由相应的协议模型构成,反映设备特性;
而且WSN和物理世界紧密联系,导致了必须考虑噪最上层为网络模型。三层模型和实际的网络、设备、协
声、环境变化以及运行时的不确定性等因素。在真实议层次完全对应,全面反映了网络的相关特性。(2)提
环境里研究这些因素对WSN的影响、观察WSN的供一个比较齐全的基本模型库,包括路由器、交换机、
节点间相互作用相当困难。WSN的模拟仿真技术能服务器、客户机、ATM设备、DSL设备、ISDN设备等

46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。
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等。(3)采用离散事件驱动的模拟机理(discreteevent行速度,OTCL有利于快速建立试验环境。NS2中的实
driven),与时间驱动相比,计算效率得到很大提高。体结构也非常清晰,有利于构建新的网络协议和网络
(4)采用混合建模机制,把基于包的分析方法和基于实体。总之,NS提供了一个很好的试验平台。
统计的数学建模方法结合起来,既可得到非常细节的2.3TOSSIM
模拟结果,又大大提高了仿真效率。(5)OPNET具有TOSSIM是基于WSN节点机嵌入式操作系统的
丰富的统计量收集和分析功能。可以直接收集常用的仿真方法实现代表。其中WSN嵌入式操作系统采用
各个网络层次的性能统计参数,方便地编制和输出仿TinyOS,其源码公开,主要应用于MICA系列的WSN
真报告。(6)提供了和网管系统、流量监测系统的接节点机。
口,利用现有的拓扑和流量数据建立仿真模型,并可在TOSSIM环境下,TinyOS应用被直接编译进事
对仿真结果进行验证。情驱动的仿真器,仿真器运行在PC上。TOSSIM提供
但OPNET也存在缺点,当仿真网络规模和流量了节点机外部接口硬件的软件模拟,如传感器、射频
很大时,仿真效率会降低;同时它所提供的模型库有收发器等。由于TinyOS的基于组件特性,运行在
限,因此某些特殊网络设备的建模必须依靠节点和过TOSSIM上的节点机程序除了接上模拟外部接口的软
程层次的编程方能实现;在涉及底层编程的网元建