无线传感器网络开发 教案

第6章无线传感器网络开发教学目标：1、了解无线传感器网络仿真平台2、掌握不同仿真平台的工作原理教学重点难点：重点：NS-2,0PNET,0MNET++,T0SSIM平台理解难点：不同仿真平台的特点教学内容：一、无线传感器网络仿真简介传感器网络(WSN)日新月异，各种网络方案和协议日趋复杂，网络规模日趋庞大,对网络研究人员而言,掌握网络仿真的重要性是不言而喻的。WSN仿真能够在一个可控制的环境里研究WSN应用,包括操作系统和网络协议栈，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琢磨的节点间的相互作用,获取节点间详细的细节,从而提高节点投放后的网络成功率,减少投放后的网络维护工作。目前无线传感器网络使用的仿真工具主要有NS2、0PNET和OMNET++等。在传感器网络中,单个传感器节点有两个很突出的特点。一个特点是它的并发性很密集；另一个特点是传感器节点模块化程度很高.上述这些特点使得无线传感器网络仿真需要解决可扩展性与仿真效率、分布与异步特性、动态性、综合仿真平台等等问题。二、NS-2NS-2(NetworkSimulator-2)是著名的用于网络研究的离散事件仿真工具，里面包括了大量的用于在有线或无线、本地连接或通过卫星连接进行TCP协议、路由算法、多播协议仿真的网络协议、调度器和工具。NS-2主要致力于OSI模型的仿真，包括物理层的行为。NS-2可以对仿真进行详细的跟踪并用仿真工具“网络动画播放器”CNetworkAnimator(NAM)进行回放。NS-2是开放源码的自由软件，可以免费下载。有一些研究小组对NS-2进行了扩展，使它能支持无线传感器网络的仿真，包括传感器模型、电池模型、小型的协议栈混合仿真的支持和场景工具等。由于NS-2对数据包级进行非常详细的仿真，接近于运行时的数据包数量，使得其无法进行大规模网络的仿真。三、OPNETOPNET建模工具是商业化的通信网络仿真平台。OPNET采用网络、节点和过程三层模型实现对网络行为的仿真。其无线模型是采用基于流水线的体系结构来确定节点间的连接和传播，用户可指定频率、带宽、功率和包括天线增益模式和地形模型在内的其它特征。OPNET提供了很多的模型，包括TCP/IP,802.11,3G等。并已有一些研究人员在OPNET上实现对TinyOS的NesC程序的仿真。但要实现无线传感器网络的仿真，还需要添加能量模型，而OPNET本身似乎更注重于网络QoS的性能评价。四、OMNeT++(重点)1、OMNeT++组成OMNeT++主要由六个部分组成：仿真内核库(simulationkernellibrary,简称Sim),网络描述语言的编译器(networkdescriptioncompiler,nedc),图形化的网络编辑器(graphicalnetworkdescriptioneditor,GNED),仿真程序的图形化用户接口一Tkenv,仿真程序的命令行用户接口一Cmdenv,图形化的输出工具一Plove和Scalar。Sim是仿真内核和类库，用户编写的仿真程序要同Sim连接,Sim在OMNeT++中占据最为核心重要的地位。下面详细介绍的另外两重要组成部分。•网络描述(NED)语言NED是模块化的网络描述语言。网络描述包括大量的对组件的描述，如通道，简单和复合模块的类型。这些组件描述可用于各种不同的网络描述中。NED语言用来定义模型中的网络拓扑结构，较为简单的网络拓扑可以使用GNED,但复杂网络的拓扑描述还应该用NED源文件方式书写。．用户接口OMNeT++的用户接口用于实现仿真程序的人机交互，OMNeT++允许模型内部机制对用户可视化，也允许用户启动和终止仿真，并更改模型内部的变量。OMNeT++中的图形化接口是一个用户工具，可方便用户了解模型内部的运行机制。用户接口和仿真内核的交互是通过一个已定义的接口实现的。无需改变仿真内核，就可以实现不同类型的用户接口。同样无需更改模型文件，仿真模型可在不同接口下运行。用户以在强大图形化用户接口下测试和调试仿真程序，并最后可在简单快速的用户接口中运行，而且该接口支持批处理。目前OMNeT++支持两种用户接口，即Tkenv和Cmdenv。对仿真进行的测试和调试可以在Tkenv接口下进行，Tkenv是一个简便易用的图形窗口化的用户接口，Tkenv支持跟踪，调试和执行仿真的功能。它在执行仿真过程中的任意时刻都能够提供详细的状态信息。Tkenv的主要特征有：各模块的文本输出有其独立的窗口，仿真过程中可以在Tkenv窗口中看到自传消息，支持仿真动画，标记断点，具有检查窗口，可以检查和改变模型中的变量，执行过程中仿真结果的图形化显示并且结果可以用柱状图和时间序列图显示，仿真可重新进行，快照文件用于显示模型的详细信息。五、TOSSIMTOSSIM(TinyOSmotesimulator)是用于对采用TinyOS的Motes进行bit级的仿真的工具。TOSSIM将TinyOS环境下的NesC代码直接编译为可在PC环境下运行的可执行文件，提供了不用将程序下载的真实的Mote节点上就可以对程序进行测试的一个平台。TOSSIM还提供了用于显示仿真情况的用户界面TinyViz・。TOSSIM的缺点是没有提供能量