《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)案例教程》課件-第9章32

1、第九章 物聯(lián)網(wǎng)的仿真技術(shù)9.1 仿真技術(shù)概述9.2 常用的仿真平臺(tái)9.3 仿真平臺(tái)的選擇和設(shè)計(jì)9.4 工程測(cè)試床9.1仿真技術(shù)術(shù)概述物聯(lián)網(wǎng)設(shè)設(shè)計(jì)的評(píng)評(píng)估方法法:數(shù)學(xué)方法法是根據(jù)據(jù)一定的的限定條條件和合合理假設(shè)設(shè)，對(duì)系系統(tǒng)進(jìn)行行描述，抽象出出研究對(duì)對(duì)象的數(shù)數(shù)學(xué)分析析模型。物理測(cè)試試是建立立測(cè)試床床和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)室，搭搭建網(wǎng)絡(luò)絡(luò)研究所所需的硬硬件和軟軟件配置置環(huán)境，建立具具有特定定特性的的實(shí)際網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算機(jī)仿仿真是在在PC機(jī)上利用用網(wǎng)絡(luò)模模擬軟件件來仿真真網(wǎng)絡(luò)系系統(tǒng)的運(yùn)運(yùn)行效果果。計(jì)算機(jī)仿仿真技術(shù)是通通過建立立網(wǎng)絡(luò)設(shè)設(shè)備、鏈鏈路和協(xié)協(xié)議模型型，并模模擬網(wǎng)絡(luò)絡(luò)流量的的傳輸，來獲得得網(wǎng)絡(luò)設(shè)設(shè)計(jì)所需需的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)

2、性能數(shù)數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)仿仿真方法法在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)的設(shè)計(jì)計(jì)中最具有應(yīng)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)勢(shì)。因?yàn)闉橛?jì)算機(jī)機(jī)仿真可可以解決決大規(guī)模模物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)構(gòu)建的困困難，節(jié)節(jié)約成本本。計(jì)算機(jī)仿仿真方法法具有以以下特點(diǎn)：模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)機(jī)理科科學(xué)，使使得這項(xiàng)項(xiàng)技術(shù)具具有在高高度復(fù)雜雜的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)環(huán)境下下得到高高可信度度結(jié)果的的特點(diǎn)。使用范圍圍廣，既既可用于于現(xiàn)有網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)優(yōu)化和擴(kuò)擴(kuò)容，也也可用于于新網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的設(shè)計(jì)計(jì)，特別別適用于于大中型型規(guī)模網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)設(shè)計(jì)；初期應(yīng)用用成本不不高，建建好的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模型型可以延延續(xù)使用用，后期期投資還還會(huì)不斷斷下降。計(jì)算機(jī)仿仿真的軟軟件體系系結(jié)構(gòu)9.2常用的仿仿真平臺(tái)臺(tái)9.2.1TOSSIMTinyOS是為傳感感

3、器網(wǎng)絡(luò)絡(luò)節(jié)點(diǎn)而而設(shè)計(jì)的的一種事事件驅(qū)動(dòng)動(dòng)的操作作系統(tǒng)，由加州州大學(xué)伯伯利克分分校開發(fā)發(fā)，采用用nesC編程語言言和組件件架構(gòu)方方式，能能快速實(shí)實(shí)現(xiàn)各種種應(yīng)用。TOSSIM工具的體體系結(jié)構(gòu)構(gòu) 編譯器支持 執(zhí)行模式 硬件模擬 無線模型 仿真監(jiān)控如何采用用TOSSIM模擬器運(yùn)運(yùn)行TinyOS程序?在PC機(jī)上安裝裝好TinyOS之后，可可以按照照如下步步驟打開開TinyViz界面，執(zhí)執(zhí)行某個(gè)個(gè)應(yīng)用程程序的仿仿真任務(wù)務(wù)。第一步：打開cygwin應(yīng)用程序序，進(jìn)入入目錄c:/tinyos/cygwin/opt/tinyos-1.x/apps/TestTinyViz，其中最最后一級(jí)級(jí)的目錄錄為應(yīng)用用程序，用戶

4、自自己可以以選擇。第二步：運(yùn)行命命令: makepc第三步：運(yùn)行命命令：build/pc/main.exe-pthread26。該命令令的格式式為build/pc/main.exeoptions node_nums，其中options的參數(shù)值值可以查查閱相關(guān)關(guān)的幫助助文檔。這里模模擬的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)數(shù)目node_nums取作26。第四步：運(yùn)行命命令：exportDBG=usr1第五步：打開另另外一個(gè)個(gè)cygwin應(yīng)用程序序(注意不要要關(guān)閉cygwin先前的應(yīng)應(yīng)用程序序)，進(jìn)入c:/tinyos/cygwin/opt/tinyos-1.x/tools/java/net/tinyos/sim目錄。第

5、六步：運(yùn)行命命令：makemake命令運(yùn)行行的結(jié)果果第七步：運(yùn)行命命令：tinyviz runbuild/pc/main.exe26最后可以看到到TinyViz仿真結(jié)果果的顯示示界面。運(yùn)行26個(gè)節(jié)點(diǎn)的的TOSSIM仿真界面面Layout布局的下下拉菜單單項(xiàng)TOSSIM的顯著優(yōu)優(yōu)點(diǎn)是它它運(yùn)行在PC機(jī)上，利用用傳統(tǒng)的的調(diào)試工工具來調(diào)調(diào)試nesC程序。gdb不是專門門為nesC設(shè)計(jì)的。nesC中的組件件描述意意味著單單個(gè)命令令可能有有多個(gè)提提供者，單個(gè)命命令必須須指定所所處的模模塊、配配件或接接口，才才能唯一一地確定定究竟是是哪個(gè)命命令。9.2.2OMNeT+OMNeT+是ObjectiveModu

6、larNetwork Testbed的簡(jiǎn)寫，也被稱稱作離散事件件模擬系系統(tǒng)(DiscreteEventSimulationSystem，DESS)。它是一一種面向向?qū)ο蟮牡?、離散散事件建建模仿真真器，屬屬于免費(fèi)費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)仿真軟軟件。與其它網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模擬擬器不同同的是，OMNeT+采用的是是以C+為核心的的工作模模式。用用NED語言生成的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋼浣Y(jié)構(gòu)的的腳本，在生成成模擬器器的目標(biāo)標(biāo)文件時(shí)時(shí)，是通通過特殊殊的編譯譯器改寫寫成C語言代碼碼，再嵌嵌入到整整個(gè)工程程。9.2.3OPNETOPNET面向?qū)I(yè)業(yè)人士，幫助客客戶進(jìn)行行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)應(yīng)用的設(shè)設(shè)計(jì)、分分析和管管理。OPNET的四個(gè)產(chǎn)產(chǎn)品核心心：OPNE

7、TModeler：為技術(shù)術(shù)人員提提供一個(gè)個(gè)網(wǎng)絡(luò)技技術(shù)和產(chǎn)產(chǎn)品開發(fā)發(fā)平臺(tái)，用于設(shè)設(shè)計(jì)和分分析網(wǎng)絡(luò)絡(luò)和通信信協(xié)議。ITGuru：幫助網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)業(yè)人士預(yù)預(yù)測(cè)和分分析網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的性能能，查找找影響系系統(tǒng)性能能的瓶頸頸，提出出并驗(yàn)證證解決方方案。ServiceProviderGuru：是面向向網(wǎng)絡(luò)服服務(wù)提供供商的智智能化網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理理軟件。WDMGuru：用于波波分復(fù)用用光纖網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的分分析、評(píng)評(píng)測(cè)。OPNET的特點(diǎn)：(1)采用面向向?qū)ο蟮牡募夹g(shù)。(2)提供了各各種通信信網(wǎng)絡(luò)和和信息系系統(tǒng)的處處理構(gòu)件件和模塊塊。(3)采用圖形形化界面面來建模模。(4)在過程層層次中使使用有限限狀態(tài)機(jī)機(jī)來對(duì)其其它協(xié)議議和過程程進(jìn)

8、行建建模，用用戶模型型和OPNET的內(nèi)置模模型自動(dòng)動(dòng)生成C語言。(5)內(nèi)建了很很多性能能分析器器，自動(dòng)動(dòng)采集模模擬過程程的結(jié)果果數(shù)據(jù)。(6)幾乎預(yù)定定義了所所有常用用的業(yè)務(wù)務(wù)模型，如均勻勻分布、泊松分分布等。Modeler提供了多多種業(yè)務(wù)務(wù)模擬方方式，具具有收集集分析統(tǒng)統(tǒng)計(jì)量、查看動(dòng)動(dòng)畫和調(diào)調(diào)試等功功能，直接收集集各個(gè)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層次次的性能能統(tǒng)計(jì)參參數(shù)，編編制和輸輸出仿真真結(jié)果的的報(bào)告。9.2.4NS2NS(Network Simulator)是一種源源代碼公公開的、免費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)模模擬軟件件工具，所包含含的模塊塊內(nèi)容非非常豐富富，幾乎乎涉及到到網(wǎng)絡(luò)技技術(shù)的所所有方面面，成為為了目前前學(xué)術(shù)界界廣泛使使

9、用的一一種網(wǎng)絡(luò)絡(luò)模擬軟軟件。在每年國國內(nèi)外發(fā)發(fā)表的有有關(guān)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)技術(shù)的的學(xué)術(shù)論文文中，利用用NS給出模擬擬結(jié)果的的文章最最多，通通過這種種方法得得出的研研究結(jié)果果也是被被學(xué)術(shù)界界所普遍遍認(rèn)可的的。在進(jìn)行網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)仿真真之前，首先分分析仿真真涉及哪哪個(gè)層次，NS仿真分兩兩個(gè)層次次：一是基于于OTcl編程的層層次。利利用NS已有的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)元素素實(shí)現(xiàn)仿仿真，無無需修改改NS本身，只只需編寫寫OTcl腳本。另外是基基于C+和OTcl編程的層層次。如如果NS中沒有所所需的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)元素素，則需需要對(duì)NS進(jìn)行擴(kuò)展展，添加加所需網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)元素素，即添添加新的的C+和OTcl類，編寫寫新的OTcl腳本。NS2仿真過程程的步驟

10、：（1）編寫OTcl腳本。（2）建立協(xié)協(xié)議代理理。（3）配置業(yè)業(yè)務(wù)量模模型的參參數(shù)，確確定網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的業(yè)務(wù)務(wù)量分布布。（4）設(shè)置Trace對(duì)象。（5）編寫其其他輔助助過程，設(shè)定模模擬時(shí)間間，至此此OTcl腳本編寫寫完成。（6）用NS解釋執(zhí)行行剛才編編寫的OTcl腳本。（7）對(duì)Trace文件進(jìn)行行分析，得出有有用的數(shù)數(shù)據(jù)。（8）調(diào)整配配置拓?fù)鋼浣Y(jié)構(gòu)和和業(yè)務(wù)量量模型，重新進(jìn)進(jìn)行上述述模擬過過程。NS2仿真器封封裝的模塊：（1）事件調(diào)調(diào)度器（2）節(jié)點(diǎn)（3）鏈路（4）代理（5）包NS2軟件由Tcl/Tk、OTcl、NS和Tclcl構(gòu)成：Tcl是開放腳腳本語言言，用來來對(duì)NS2進(jìn)行編程程，Tk是Tcl的圖形

11、界界面開發(fā)發(fā)工具，幫助用用戶在圖圖形環(huán)境境下開發(fā)發(fā)圖形界界面；OTcl是基于Tcl/Tk的面向?qū)?duì)象擴(kuò)展展，具有有自己的的類層次次結(jié)構(gòu)；NS模塊作為為這種軟軟件包的的核心，是面向向?qū)ο蟮牡姆抡嫫髌?，采用用C+編寫，以以O(shè)Tcl解釋器作作為前端端；Tclcl模塊提供供NS和OTcl接口，使使對(duì)象和和變量出出現(xiàn)在兩兩種語言言中。9.3仿真平臺(tái)臺(tái)的選擇擇和設(shè)計(jì)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)的的仿真要要能夠在在一個(gè)可可控制的的環(huán)境里，分析析和研究究它的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能能和應(yīng)用用業(yè)務(wù)的的實(shí)現(xiàn)情情況，能能夠仿真真數(shù)量眾眾多的節(jié)節(jié)點(diǎn)，并并可以觀觀察由不不可預(yù)測(cè)測(cè)的干擾擾和噪聲聲引起的的節(jié)點(diǎn)之之間的相相互作用用，從而而獲取節(jié)節(jié)點(diǎn)間組組網(wǎng)

12、和數(shù)數(shù)據(jù)傳輸輸?shù)木唧w體細(xì)節(jié)。仿真平臺(tái)臺(tái)所采用用的設(shè)計(jì)方法法也不一樣樣，每個(gè)仿真真器都是是在某些些性能方方面比較較突出，而在其其他方面面又不重重視。在在選擇仿仿真平臺(tái)臺(tái)時(shí)，需需要綜合合考慮各各個(gè)因素素，在其其中尋找找一個(gè)平平衡點(diǎn)以以獲得最最佳的仿仿真效果果。9.4工程測(cè)試試床Motelab是哈佛大大學(xué)開發(fā)發(fā)的一個(gè)個(gè)開放式式傳感器器網(wǎng)絡(luò)實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境境，是基基于Web的傳感器器網(wǎng)絡(luò)測(cè)測(cè)試床。Motelab工程測(cè)試試床的結(jié)結(jié)構(gòu)組成成SensoNet工程測(cè)試試床的結(jié)結(jié)構(gòu)組成成SensoNet工程測(cè)試試床的場(chǎng)場(chǎng)景和部部分實(shí)物物本章總結(jié)結(jié)利用仿真真技術(shù)可可以預(yù)先先掌握物物聯(lián)網(wǎng)設(shè)設(shè)計(jì)方案案的運(yùn)行行效果，并可在在科研項(xiàng)