[发明专利]一种无线传感器网络仿真系统

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络(WSN，Wireless Sensor Networks)仿真技术领域，具体涉及一种针对WSN环境下的通信协议及各种基于传感器网络的应用进行仿真的仿真系统。

背景技术

目前，存在几种通用的可用于WSN的网络仿真系统，如NS-2(network simulator-2)、OPNET、TOSSIM(TinyOS simulator)等，已成为WSN研究的主流仿真系统，但是这些主流的通用仿真系统在对WSN的仿真时都存在不同程度的缺陷：

(1)NS-2是用于网络研究的离散事件仿真工具，可以对有线、无线、本地连接、卫星连接等复杂网络环境进行仿真。NS-2可以对TCP协议、路由算法、多播协议等多种网络协议进行仿真。NS-2主要致力于OSI模型的仿真，包括物理层的行为的定义。由于NS-2是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，并且由于其采用tclcl语言进行开发，造成仿真难度加大，其交互界面也不够人性化。

(2)OPNET是通信网络仿真系统，采用网络、节点和过程三层模型实现对网络行为的仿真。其无线模型是采用流水线的体系结构来确定节点(无线传感器节点、PC节点等可以组成网络的组件)间的连接和传播，用户可指定频率、带宽、功率以及包括天线增益模式和地形模式在内的其他特征。OPNET更注重于网络服务质量的性能评价，而要实现WSN的仿真，还缺少能量模型，无法对能耗进行评价。

(3)TOSSIM是用于对采用TinyOS的Motes(智能微尘)进行bit(位)级仿真的工具。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，提供了可在真实的Mote节点上对网络程序进行测试的一个系统。TOSSIM的缺点是没有能量模型，无法对能耗进行评价。

总的来说，现有可用于WSN仿真的通用仿真系统主要具有以下几类缺陷：

(1)WSN是以数据为中心，面向应用的一种网络，而通用的网络仿真系统则是以传输为中心，注重数据通信协议和算法，不关心所传输的数据。

(2)WSN具有面向应用的特点，使其协议层的设计与通用网络仿真系统的标准协议有所区别。因此要在通用网络仿真系统上实现WSN的仿真，必然会产生大量的协议添加工作和跨层协议的修改，增加了仿真的难度和工作量。

(3)部分仿真系统没有对无线传感器节点的能耗进行评估，而能耗恰恰是WSN研究中一个非常关键的性能指标。

(4)大部分通用仿真系统只针对底层协议的描述和仿真，无法实现抽象应用层的算法仿真。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于模块化和层次化结构的无线传感器网络仿真系统，该仿真系统以数据为中心，面向应用，具有能量模型，能够对异构网络进行仿真。

本发明提供的一种无线传感器网络仿真系统，其特征在于：该无线传感器网络仿真系统包括用户界面、底层模块库、节点构件库、仿真环境场景库、运行对象库、参数配置库、节点组成关系库、业务数据库、包信息库、包头信息库、模块注册单元、模块选择单元、模块组装单元、参数设置单元、拓扑数据生成单元、业务调度单元、显示单元和结果统计单元；

用户界面是用户操作使用该无线传感器网络仿真系统的一个可视化界面；

底层模块库用于保存用户为了完成仿真所需的功能而注册的模块，其中包括保存模块名、模块对应的类文件即代码、模块对应的数据包包头以及三者之间的对应关系；

节点构件库用于保存由用户从底层模块库中选出的用于组装传感器节点内部结构的所有模块，即节点构件模块，保存内容包括模块名和对应模块的功能描述信息；所述传感器节点内部结构是指由模块和模块之间的数据流向和上下层关系构成的结构，所述节点构件模块包括应用模块、传输模块、路由模块、链路模块、队列模块、媒体访问控制模块、物理模块和信道模块；

仿真环境场景库用于保存由用户从底层模块库中选出的用于仿真过程中对各种仿真场景进行仿真的模块，即仿真环境模块，保存内容包括模块名和对应模块的功能描述信息；所述仿真环境模块包括随机数产生模块、网络拓扑结构生成模块、队列调度模块和结果分析模块；

运行对象库用于保存由拓扑数据生成单元生成在仿真过程中实际运行的各个模块类对应的对象引用；

参数配置库用于保存节点构件库和仿真环境场景库中的所有模块的参数以及无线传感器网络仿真系统的全局参数；

节点组成关系库用于保存传感器节点内部结构，即模块组装单元对节点构件库中所有模块进行组装之后的输出；