《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)案例教程》__第9章32ppt課件

1、第九章 物聯(lián)網(wǎng)的仿真技術(shù).9.1 仿真技術(shù)概述物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計的評價方法: 數(shù)學(xué)方法是根據(jù)一定的限定條件和合理假設(shè)，對系統(tǒng)進(jìn)展描畫，籠統(tǒng)出研討對象的數(shù)學(xué)分析模型。 物理測試是建立測試床和實(shí)驗(yàn)室，搭建網(wǎng)絡(luò)研討所需的硬件和軟件配置環(huán)境，建立具有特定特性的實(shí)踐網(wǎng)絡(luò)。 計算機(jī)仿真是在PC機(jī)上利用網(wǎng)絡(luò)模擬軟件來仿真網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)效果。. 計算機(jī)仿真技術(shù)是經(jīng)過建立網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、鏈路和協(xié)議模型，并模擬網(wǎng)絡(luò)流量的傳輸，來獲得網(wǎng)絡(luò)設(shè)計所需的網(wǎng)絡(luò)性能數(shù)據(jù)。 計算機(jī)仿真方法在物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計中最具有運(yùn)用優(yōu)勢。由于計算機(jī)仿真可以處理大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)建的困難，節(jié)約本錢。.計算機(jī)仿真方法具有以下特點(diǎn)：模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)文科學(xué)，使得這項(xiàng)技術(shù)具

2、有在高度復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下得到高可信度結(jié)果的特點(diǎn)。運(yùn)用范圍廣，既可用于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化和擴(kuò)容，也可用于新網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計，特別適用于大中型規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計；初期運(yùn)用本錢不高，建好的網(wǎng)絡(luò)模型可以延續(xù)運(yùn)用，后期投資還會不斷下降。.計算機(jī)仿真的軟件體系構(gòu)造.9.2 常用的仿真平臺9.2.1 TOSSIM TinyOS是為傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)而設(shè)計的一種事件驅(qū)動的操作系統(tǒng)，由加州大學(xué)伯利克分校開發(fā)，采用nesC編程言語和組件架構(gòu)方式，能快速實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)用。.TOSSIM工具的體系構(gòu)造.如何采用TOSSIM模擬器運(yùn)轉(zhuǎn)TinyOS程序?在PC機(jī)上安裝好TinyOS之后，可以按照如下步驟翻開TinyViz界面，執(zhí)行某個運(yùn)用程序

3、的仿真義務(wù)。. 第一步：翻開cygwin運(yùn)用程序，進(jìn)入目錄 c:/tinyos/cygwin/opt/tinyos-1.x/apps/TestTinyViz，其中最后一級的目錄為運(yùn)用程序，用戶本人可以選擇。.第二步：運(yùn)轉(zhuǎn)命令: make pc第三步：運(yùn)轉(zhuǎn)命令：build/pc/main.exe-pthread26。該命令的格式為 build/pc/main.exeoptions node_nums，其中options的參數(shù)值可以查閱相關(guān)的協(xié)助文檔。這里模擬的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目node_nums取作26。.第四步：運(yùn)轉(zhuǎn)命令：exportDBG=usr1第五步：翻開另外一個cygwin運(yùn)用程序(留意不要

4、封鎖cygwin先前的運(yùn)用程序)，進(jìn)入c:/tinyos/cygwin/opt/tinyos-1.x/tools/java/net/tinyos/sim目錄。.第六步：運(yùn)轉(zhuǎn)命令： makemake命令運(yùn)轉(zhuǎn)的結(jié)果. 第七步：運(yùn)轉(zhuǎn)命令：tinyviz run build/pc/main.exe 26 最后可以看到TinyViz仿真結(jié)果的顯示界面。.運(yùn)轉(zhuǎn)26個節(jié)點(diǎn)的TOSSIM仿真界面.Layout規(guī)劃的下拉菜單項(xiàng).TOSSIM的顯著優(yōu)點(diǎn)是它運(yùn)轉(zhuǎn)在PC機(jī)上，利用傳統(tǒng)的調(diào)試工具來調(diào)試nesC程序。gdb不是專門為nesC設(shè)計的。nesC中的組件描畫意味著單個命令能夠有多個提供者，單個命令必需指定所處的

5、模塊、配件或接口，才干獨(dú)一地確定終究是哪個命令。.9.2.2 OMNeT+ OMNeT+是Objective Modular Network Testbed的簡寫，也被稱作離散事件模擬系統(tǒng)(Discrete Event Simulation System，DESS)。它是一種面向?qū)ο蟮摹㈦x散事件建模擬真器，屬于免費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件。. 與其它網(wǎng)絡(luò)模擬器不同的是，OMNeT+采用的是以C+為中心的任務(wù)方式。用NED言語生成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造的腳本，在生成模擬器的目的文件時，是經(jīng)過特殊的編譯器改寫成C言語代碼，再嵌入到整個工程。.9.2.3 OPNETOPNET面向?qū)I(yè)人士，協(xié)助客戶進(jìn)展網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用的設(shè)計、

6、分析和管理。OPNET的四個產(chǎn)品中心： OPNET Modeler：為技術(shù)人員提供一個網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)平臺，用于設(shè)計和分析網(wǎng)絡(luò)和通訊協(xié)議。 ITGuru：協(xié)助網(wǎng)絡(luò)專業(yè)人士預(yù)測和分析網(wǎng)絡(luò)的性能，查找影響系統(tǒng)性能的瓶頸，提出并驗(yàn)證處理方案。 ServiceProviderGuru：是面向網(wǎng)絡(luò)效力提供商的智能化網(wǎng)絡(luò)管理軟件。 WDM Guru：用于波分復(fù)用光纖網(wǎng)絡(luò)的分析、評測。.OPNET的特點(diǎn)：(1) 采用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)。 (2) 提供了各種通訊網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)的處置構(gòu)件和模塊。(3) 采用圖形化界面來建模。(4) 在過程層次中運(yùn)用有限形狀機(jī)來對其它協(xié)議和過程進(jìn)展建模，用戶模型和OPNET的內(nèi)置模

7、型自動生成C言語。(5) 內(nèi)建了很多性能分析器，自動采集模擬過程的結(jié)果數(shù)據(jù)。(6) 幾乎預(yù)定義了一切常用的業(yè)務(wù)模型，如均勻分布、泊松分布等。. Modeler提供了多種業(yè)務(wù)模擬方式，具有搜集分析統(tǒng)計量、查看動畫和調(diào)試等功能，直接搜集各個網(wǎng)絡(luò)層次的性能統(tǒng)計參數(shù)，編制和輸出仿真結(jié)果的報告。.9.2.4 NS2 NS(Network Simulator)是一種源代碼公開的、免費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)模擬軟件工具，所包含的模塊內(nèi)容非常豐富，幾乎涉及到網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一切方面，成為了目前學(xué)術(shù)界廣泛運(yùn)用的一種網(wǎng)絡(luò)模擬軟件。在每年國內(nèi)外發(fā)表的有關(guān)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的學(xué)術(shù)論文中，利用NS給出模擬結(jié)果的文章最多，經(jīng)過這種方法得出的研討結(jié)果也是

8、被學(xué)術(shù)界所普遍認(rèn)可的。. 在進(jìn)展網(wǎng)絡(luò)仿真之前，首先分析仿真涉及哪個層次，NS仿真分兩個層次：一是基于OTcl編程的層次。利用NS已有的網(wǎng)絡(luò)元素實(shí)現(xiàn)仿真，無需修正NS本身，只需編寫OTcl腳本。另外是基于C+和OTcl編程的層次。假設(shè)NS中沒有所需的網(wǎng)絡(luò)元素，那么需求對NS進(jìn)展擴(kuò)展，添加所需網(wǎng)絡(luò)元素，即添加新的 C+和OTcl類，編寫新的OTcl腳本。.NS2仿真過程的步驟：1編寫OTcl腳本。2建立協(xié)議代理。3配置業(yè)務(wù)量模型的參數(shù)，確定網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)量分布。4設(shè)置Trace對象。5編寫其他輔助過程，設(shè)定模擬時間，至此OTcl腳本編寫完成。6用NS解釋執(zhí)行剛剛編寫的OTcl腳本。7對Trace文件進(jìn)

9、展分析，得出有用的數(shù)據(jù)。8調(diào)整配置拓?fù)錁?gòu)造和業(yè)務(wù)量模型，重新進(jìn)展上述模擬過程。.NS2仿真器封裝的模塊：1事件調(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是開放腳本言語，用來對NS2進(jìn)展編程，Tk是Tcl的圖形界面開發(fā)工具，協(xié)助用戶在圖形環(huán)境下開發(fā)圖形界面；OTcl是基于Tcl/Tk的面向?qū)ο髷U(kuò)展，具有本人的類層次構(gòu)造；NS模塊作為這種軟件包的中心，是面向?qū)ο蟮姆抡嫫鳎捎肅+編寫，以O(shè)Tcl解釋器作為前端；Tclcl模塊提供NS和OTcl接口，使對象和變量出如今兩種言語中。.9.3 仿真平臺的選擇和設(shè)計 物聯(lián)網(wǎng)的仿真要可以在一個可控制的環(huán)境

10、里，分析和研討它的網(wǎng)絡(luò)性能和運(yùn)用業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)情況，可以仿真數(shù)量眾多的節(jié)點(diǎn)，并可以察看由不可預(yù)測的干擾和噪聲引起的節(jié)點(diǎn)之間的相互作用，從而獲取節(jié)點(diǎn)間組網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑敿?xì)細(xì)節(jié)。. 仿真平臺所采用的設(shè)計方法也不一樣，每個仿真器都是在某些性能方面比較突出，而在其他方面又不注重。在選擇仿真平臺時，需求綜合思索各個要素，在其中尋覓一個平衡點(diǎn)以獲得最正確的仿真效果。.9.4 工程測試床Motelab是哈佛大學(xué)開發(fā)的一個開放式傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，是基于Web的傳感器網(wǎng)絡(luò)測試床。Motelab工程測試床的構(gòu)造組成SensoNet工程測試床的構(gòu)造組成.SensoNet工程測試床的場景和部分實(shí)物.本章總結(jié) 利用仿真技術(shù)可以預(yù)先掌握物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計方案的運(yùn)轉(zhuǎn)效果，并