物聯(lián)網的仿真技術

第九章物聯(lián)網仿真技術物聯(lián)網的仿真技術第1頁9.1仿真技術概述物聯(lián)網設計評定方法:

數(shù)學方法是依據(jù)一定限定條件和合理假設，對系統(tǒng)進行描述，抽象出研究對象數(shù)學分析模型。

物理測試是建立測試床和試驗室，搭建網絡研究所需硬件和軟件配置環(huán)境，建立含有特定特征實際網絡。

計算機仿真是在PC機上利用網絡模擬軟件來仿真網絡系統(tǒng)運行效果。物聯(lián)網的仿真技術第2頁

計算機仿真技術是經過建立網絡設備、鏈路和協(xié)議模型，并模擬網絡流量傳輸，來取得網絡設計所需網絡性能數(shù)據(jù)。

計算機仿真方法在物聯(lián)網設計中最含有應用優(yōu)勢。因為計算機仿真能夠處理大規(guī)模物聯(lián)網系統(tǒng)構建困難，節(jié)約成本。物聯(lián)網的仿真技術第3頁計算機仿真方法含有以下特點：模擬試驗機理科學，使得這項技術含有在高度復雜網絡環(huán)境下得到高可信度結果特點。使用范圍廣，既可用于現(xiàn)有網絡優(yōu)化和擴容，也可用于新網絡設計，尤其適合用于大中型規(guī)模網絡設計；早期應用成本不高，建好網絡模型能夠延續(xù)使用，后期投資還會不停下降。物聯(lián)網的仿真技術第4頁計算機仿真軟件體系結構物聯(lián)網的仿真技術第5頁9.2慣用仿真平臺9.2.1TOSSIMTinyOS是為傳感器網絡節(jié)點而設計一個事件驅動操作系統(tǒng)，由加州大學伯利克分校開發(fā)，采取nesC編程語言和組件架構方式，能快速實現(xiàn)各種應用。物聯(lián)網的仿真技術第6頁TOSSIM工具體系結構物聯(lián)網的仿真技術第7頁怎樣采取TOSSIM模擬器運行TinyOS程序?在PC機上安裝好TinyOS之后，能夠按照以下步驟打開TinyViz界面，執(zhí)行某個應用程序仿真任務。物聯(lián)網的仿真技術第8頁

第一步：打開cygwin應用程序，進入目錄c:/tinyos/cygwin/opt/tinyos-1.x/apps/TestTinyViz，其中最終一級目錄為應用程序，用戶自己能夠選擇。物聯(lián)網的仿真技術第9頁第二步：運行命令:makepc

第三步：運行命令：build/pc/main.exe

-pthread

26。該命令格式為build/pc/main.exe

[options]node_nums，其中options參數(shù)值能夠查閱相關幫助文檔。這里模擬網絡節(jié)點數(shù)目node_nums取作26。物聯(lián)網的仿真技術第10頁

第四步：運行命令：export

DBG=usr1

第五步：打開另外一個cygwin應用程序(注意不要關閉cygwin先前應用程序)，進入c:/tinyos/cygwin/opt/tinyos-1.x/tools/java/net/tinyos/sim目錄。物聯(lián)網的仿真技術第11頁第六步：運行命令：makemake命令運行結果物聯(lián)網的仿真技術第12頁

第七步：運行命令：tinyviz–runbuild/pc/main.exe26

最終能夠看到TinyViz仿真結果顯示界面。物聯(lián)網的仿真技術第13頁運行26個節(jié)點TOSSIM仿真界面物聯(lián)網的仿真技術第14頁Layout布局下拉菜單項物聯(lián)網的仿真技術第15頁

TOSSIM顯著優(yōu)點是它運行在PC機上，利用傳統(tǒng)調試工具來調試nesC程序。gdb不是專門為nesC設計。

nesC中組件描述意味著單個命令可能有多個提供者，單個命令必須指定所處模塊、配件或接口，才能唯一地確定終究是哪個命令。物聯(lián)網的仿真技術第16頁9.2.2OMNeT++OMNeT++是ObjectiveModularNetworkTestbed簡寫，也被稱作離散事件模擬系統(tǒng)(DiscreteEventSimulationSystem，DESS)。它是一個面向對象、離散事件建模仿真器，屬于無償網絡仿真軟件。物聯(lián)網的仿真技術第17頁

與其它網絡模擬器不一樣是，OMNeT++采取是以C++為關鍵工作模式。用NED語言生成網絡拓撲結構腳本，在生成模擬器目標文件時，是經過特殊編譯器改寫成C語言代碼，再嵌入到整個工程。物聯(lián)網的仿真技術第18頁9.2.3OPNETOPNET面向專業(yè)人士，幫助客戶進行網絡應用設計、分析和管理。OPNET四個產品關鍵：①OPNETModeler：為技術人員提供一個網絡技術和產品開發(fā)平臺，用于設計和分析網絡和通信協(xié)議。②ITGuru?：幫助網絡專業(yè)人士預測和分析網絡性能，查找影響系統(tǒng)性能瓶頸，提出并驗證處理方案。③ServiceProviderGuru：是面向網絡服務提供商智能化網絡管理軟件。④WDMGuru：用于波分復用光纖網絡分析、評測。物聯(lián)網的仿真技術第19頁OPNET特點：(1)采取面向對象技術。(2)提供了各種通信網絡和信息系統(tǒng)處理構件和模塊。(3)采取圖形化界面來建模。(4)在過程層次中使用有限狀態(tài)機來對其它協(xié)議和過程進行建模，用戶模型和OPNET內置模型自動生成C語言。(5)內建了很多性能分析器，自動采集模擬過程結果數(shù)據(jù)。(6)幾乎預定義了全部慣用業(yè)務模型，如均勻分布、泊松分布等。物聯(lián)網的仿真技術第20頁Modeler提供了各種業(yè)務模擬方式，含有搜集分析統(tǒng)計量、查看動畫和調試等功效，直接搜集各個網絡層次性能統(tǒng)計參數(shù)，編制和輸出仿真結果匯報。物聯(lián)網的仿真技術第21頁9.2.4NS2NS(NetworkSimulator)是一個源代碼公開、無償網絡模擬軟件工具，所包含模塊內容非常豐富，幾乎包括到網絡技術全部方面，成為了當前學術界廣泛使用一個網絡模擬軟件。

在每年國內外發(fā)表相關網絡技術學術論文中，利用NS給出模擬結果文章最多，經過這種方法得出研究結果也是被學術界所普遍認可。物聯(lián)網的仿真技術第22頁

在進行網絡仿真之前，首先分析仿真包括哪個層次，NS仿真分兩個層次：一是基于OTcl編程層次。利用NS已經有網絡元素實現(xiàn)仿真，無需修改NS本身，只需編寫OTcl腳本。另外是基于C++和OTcl編程層次。假如NS中沒有所需網絡元素，則需要對NS進行擴展，添加所需網絡元素，即添加新C++和OTcl類，編寫新OTcl腳本。物聯(lián)網的仿真技術第23頁NS2仿真過程步驟：（1）編寫OTcl腳本。（2）建立協(xié)議代理。（3）配置業(yè)務量模型參數(shù)，確定網絡業(yè)務量分布。（4）設置Trace對象。（5）編寫其它輔助過程，設定模擬時間，至此OTcl腳本編寫完成。（6）用NS解釋執(zhí)行剛才編寫OTcl腳本。（7）對Trace文件進行分析，得出有用數(shù)據(jù)。（8）調整配置拓撲結構和業(yè)務量模型，重新進行上述模擬過程。物聯(lián)網的仿真技術第24頁NS2仿真器封裝模塊：（1）事件調度器（2）節(jié)點（3）鏈路（4）代理（5）包物聯(lián)網的仿真技術第25頁NS2軟件由Tcl/Tk、OTcl、NS和Tclcl組成：Tcl是開放腳本語言，用來對NS2進行編程，Tk是Tcl圖形界面開發(fā)工具，幫助用戶在圖形環(huán)境下開發(fā)圖形界面；OTcl是基于Tcl/Tk面向對象擴展，含有自己類層次結構；NS模塊作為這種軟件包關鍵，是面向對象仿真器，采取C++編寫，以OTcl解釋器作為前端；Tclcl模塊提供NS和OTcl接口，使對象和變量出現(xiàn)在兩種語言中。物聯(lián)網的仿真技術第26頁9.3仿真平臺選擇和設計

物聯(lián)網仿真要能夠在一個可控制環(huán)境里，分析和研究它網絡性能和應用業(yè)務實現(xiàn)情況，能夠仿真數(shù)量眾多節(jié)點，并能夠觀察由不可預測干擾和噪聲引發(fā)節(jié)點之間相互作用，從而獲取節(jié)點間組網和數(shù)據(jù)傳輸詳細細節(jié)。物聯(lián)網的仿真技術第27頁

仿真平臺所采取設計方法也不一樣，每個仿真器都是在一些性能方面比較突出，而在其它方面又不重視。在選擇仿真平臺時，需要綜合考慮各個原因，在其中尋找一個平衡點以取得最正確仿真效果。物聯(lián)網的仿真技術第28頁9.4工程測試床

Motelab是哈佛大學開發(fā)一個開放式傳感器網絡試驗環(huán)境，是基于Web傳感器網絡測試床。Motelab工程測試床結構組成SensoNet工程測試床結構組成物聯(lián)網的仿真技術第29頁SensoNet工程測試床場景和部分實物物聯(lián)網的仿真技術第30頁本章總結利用仿真技術能夠預先掌