[发明专利]面向移动节点数据传输的无线传感器网络仿真器

说明书

技术领域

本发明申请涉及用于无线传感器网络中数据传输的网络仿真软件，尤其涉及一种支持移动节点进行数据传输(收集)的无线传感器网络仿真器。本发明有助于对采用移动节点进行数据收集的无线传感器网络进行比较准确地仿真。满足了目前研究人员在研究无线传感器网络时，需要对移动节点数据采集方案/策略的各种性能指标进行仿真与测试的需求，解决了现有网络仿真软件对移动节点的移动性支持不足以及研究人员仿真开发工作量大的问题，从而使得研究人员能客观和直观地评价不同采集策略，属于网络通信技术领域。

背景技术

传统的无线传感器网络所使用的路由算法常常是基于多跳数据传输的思想，即将大量传感器节点组织成为节点数目庞大的Ad Hoc网络。由于无线传感器网络普遍存在能量消耗过快，网络的生命期过短等问题，而网络整体生命期对于无线传感器网络来说是至关重要的一项工作指标。因此，有部分研究人员提出利用移动节点收集分布在传感器网络上的数据，避免多跳路由以延长网络整体生命期的策略。另一方面，在很多低密度节点分布的传感器网络中，由于网络的连通性和节点的断续分布特征，特别是部分节点所在区域难以接近时(例如核电站周围环境质量的监控、生物学中野生动物行踪记录或空气质量监控等等)，使用移动节点进行数据收集的方法甚至成为唯一的数据传输方案，有其特有的优势。由此可见，利用移动节点收集数据的无线传感器网络有着广泛的应用前景，越来越多的移动数据采集策略被提出。如何客观全面地评价不同的采集策略，也是研究工作中不可回避的问题。

对任何一种网络算法协议或方案策略的评价，常常通过两种方法进行：1)是把算法应用到实际网络中，从网络的实际运行情况检验算法的正确性和有效性，由于无线传感器网络自身的特点，将正在研究过程中的算法直接应用到实际的网络环境进行测试的话，代价往往会过高而导致不现实；2)通过仿真测试来验证算法协议或方案策略的正确性，就成了一种低成本，高效率的评估和验证算法正确性的手段了。

在研究过程中发现，现有而且比较流行的网络仿真软件有开源的NS-2、OMNet++和商用的OPNET等等。它们都能够较好地对有线网络、无线网络甚至是有线和无线的混合网络进行仿真。

NS-2主要用于ISO/OSI模型的仿真，若要使其适用于无线传感器网络的仿真，就必须要给NS-2加入感知模型，传感器模型，电池模型，轻量级协议，混合仿真支持和场景生成工具等其他支撑构件，所以要利用NS-2对使用移动节点收集策略的无线传感器网络进行仿真的话，需要对NS-2做出大量的修改，大大增加了仿真工作的难度和工作量。

OMNet++也是主要面向OSI模型，并采用自定义的配置语言“NED”进行配置定义。OMNet++的代码量相对于NS-2和OPNET来说要少很多，这个是它的优点，用户可发展的空间大。同时这也是它的缺点，如果要对使用移动节点收集策略的无线传感器网络进行仿真的话，由于很多支撑构件都没有封装在内，如无线传感器节点能量消耗情况监控等，需要用户手动编写。

而OPNET方面，由于OPNET是一款商用的软件，虽然协议的代码都完全公开，但是许多核心代码仍处于保密状态，所以要为OPNET增加适用于无线传感器网络仿真的支撑构件，就显得比较困难了，就更别说添加全面支持移动节点的支撑构件了。而且OPNET本身似乎更关注与网络QoS的性能评价。

与此同时，NS-2和OPNET由于其庞大的网络构件库以及复杂的配置规则，也增加了学习和将它们利用于无线传感器网络仿真的难度。例如在设置移动节点的移动路径时，NS-2需要在用户在编写脚本的阶段便给出在某个具体时刻的移动目标位置，对于某些目标位置随着网络运行而需要动态规划的采集策略或者用户无法在脚本编写阶段给出在某个确切时刻移动节点的移动目标的时候，利用现有仿真器编写配置规则将尤为困难，甚至比在实际网路中进行测试的代价更高。

所以，如果要对无线传感器网络，尤其是使用移动节点进行数据采集的无线传感器网络进行仿真的话，利用现有的一些比较流行的网络仿真软件，在实际操作和研究过程中将会带来一定的困难。

发明内容