專利名稱：一種移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)平臺(tái)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動(dòng)自組織Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，具體涉及一種移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn) 平臺(tái)及其方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的移動(dòng)通信系統(tǒng)是集中式控制的，網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行要基于預(yù)先架設(shè)好的 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，但是在不能采用有中心的控制方式時(shí)并不適用，這時(shí)需要能實(shí)現(xiàn) 臨時(shí)快速自動(dòng)組網(wǎng)、節(jié)點(diǎn)能夠移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)。AdHoc網(wǎng)絡(luò)是一種有特殊用途的 對(duì)等式網(wǎng)絡(luò)，與其他通信網(wǎng)絡(luò)相比，AdHoc網(wǎng)絡(luò)可以在任何時(shí)刻、任何地點(diǎn) 不需要現(xiàn)有信息基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的支持，快速構(gòu)建起一個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。它的 建立不依賴于現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)施，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的這種特點(diǎn)很適合災(zāi)難救 助、偏遠(yuǎn)地區(qū)通信等應(yīng)用。
在移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)中，由于通信節(jié)點(diǎn)是可移動(dòng)的，因此網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu) 也隨之動(dòng)態(tài)變化，并且移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種多跳的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)拓樸可以不 是全連通的。在AdHoc網(wǎng)絡(luò)的研制階段，要驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的正確性，如 果依托于實(shí)際的物理信道，做大量的野外試驗(yàn)，會(huì)有很大的困難。例如，在 驗(yàn)證路由協(xié)議的時(shí)候，需要不同的拓樸結(jié)構(gòu)，由于無線傳輸?shù)男再|(zhì)，在實(shí)際 的野外實(shí)驗(yàn)時(shí)要改變拓樸結(jié)構(gòu)不是很方便，導(dǎo)致了在AdHoc路由協(xié)議實(shí)現(xiàn)階 段對(duì)其調(diào)試、測(cè)試和驗(yàn)證的困難。而且在野外實(shí)驗(yàn)，能源沒有保障，移動(dòng)終 端采用電池供電，而調(diào)試并不是短時(shí)間內(nèi)能完成的，而且一旦程序需要改變， 所有的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)同步改變也不是很容易，給網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)帶來4艮大的困難。 在設(shè)備準(zhǔn)備上，由于需要有無線網(wǎng)卡或者電臺(tái)來實(shí)現(xiàn)物理層數(shù)據(jù)無線傳輸， 需要GPS系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步，所以試驗(yàn)平臺(tái)的搭建也相當(dāng)昂貴。
在AdHoc網(wǎng)絡(luò)的研制階段，需要一種可以在室內(nèi)調(diào)試的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬設(shè) 備。目前出現(xiàn)的相關(guān)產(chǎn)品都不能很好的滿足AdHoc網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)調(diào)試要求。趙陽等提出的"移動(dòng)自組網(wǎng)中的高速網(wǎng)絡(luò)模擬器設(shè)計(jì)"，參見《電子科
技》2005.5 6-8，由多點(diǎn)控制單元MCU和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA實(shí)現(xiàn)的網(wǎng) 絡(luò)模擬器，通過設(shè)置網(wǎng)絡(luò)拓樸開關(guān)矩陣模擬網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)，為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供 了傳輸通道，這種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬器有以下不足
① 網(wǎng)絡(luò)拓樸變化不是連續(xù)的，它將網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)歸一化為網(wǎng)絡(luò)拓樸開關(guān) 矩陣，通過鍵盤輸入網(wǎng)絡(luò)拓樸開關(guān)矩陣實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓樸變化，而且不能模擬單 向鏈路，與真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境相差很大，不能為AdHoc網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議的調(diào)試 提供良好的支持；
② 不能模擬節(jié)點(diǎn)間的多信道通信，節(jié)點(diǎn)不能設(shè)置自己的信道，只要網(wǎng)絡(luò) 拓樸結(jié)構(gòu)中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)是相連的就可以互相通信，與實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不一致， 同時(shí)也不能為AdHoc網(wǎng)絡(luò)的MAC層協(xié)議的調(diào)試提供良好的支持；
③ 不能為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)提供時(shí)間同步信息。
還有很多信道模擬器產(chǎn)品，主要是模擬無線傳輸信道特性的，主要是為 AdHoc網(wǎng)絡(luò)的物理層協(xié)議研究提供支持。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是如何提供一種移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)平臺(tái)及 其方法，能夠模擬真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)拓樸連續(xù)變化的情況，進(jìn)一步能模 擬節(jié)點(diǎn)間多信道通信，進(jìn)一步能為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)提供時(shí)間同步信息。
本發(fā)明的上述第一個(gè)技術(shù)問題這樣解決，提供一種移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn) 平臺(tái)，包括
網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬器，根據(jù)與其連接網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率和位置變化連續(xù)改 變網(wǎng)絡(luò)拓樸，并根據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)拓樸、節(jié)點(diǎn)的收發(fā)狀態(tài)以及節(jié)點(diǎn)的收發(fā)信道信 息轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；
若干運(yùn)行待驗(yàn)證的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的路由算法和MAC層多址接入?yún)f(xié)議 的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器及其對(duì)應(yīng)的位置設(shè)定裝置，與所述網(wǎng)絡(luò)環(huán)境才莫擬器連接， 才莫擬所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)并控制其移動(dòng)。
按照本發(fā)明提供的試驗(yàn)平臺(tái)，所述網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬器包括依次連接的接口
5擴(kuò)展模塊、嵌入式處理器最小系統(tǒng)模塊和圖形顯示模塊，所述接口擴(kuò)展模塊 包括若干與所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器的通信接口 。
按照本發(fā)明提供的試驗(yàn)平臺(tái)，所述位置設(shè)定裝置是鍵盤，與所述嵌入式 處理器最小系統(tǒng)模塊連接。
本發(fā)明的上述另一個(gè)技術(shù)問題這樣解決，提供一種移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)
方法，包括以下步驟
4.1) 利用與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境^t擬器連接的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器及其對(duì)應(yīng)的位置設(shè)定 裝置^^莫擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)；
4.2) 所述網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬器根據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率和位置變化連續(xù) 改變網(wǎng)絡(luò)拓樸，并依據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)拓樸、節(jié)點(diǎn)的收發(fā)狀態(tài)以及節(jié)點(diǎn)的收發(fā)信道 信息轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，同時(shí)記錄并顯示所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的收發(fā)情況和過程以及網(wǎng)絡(luò)拓 樸的變化情況。
按照本發(fā)明提供的試驗(yàn)方法，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬器都有 一個(gè)端口與其對(duì)應(yīng)，在軟件中每個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境才莫擬器的端口都有一個(gè)節(jié)點(diǎn)信息 結(jié)構(gòu)體與其對(duì)應(yīng)。節(jié)點(diǎn)信息結(jié)構(gòu)體中包含節(jié)點(diǎn)的屬性信息，主要有節(jié)點(diǎn)ID 號(hào)、節(jié)點(diǎn)當(dāng)前狀態(tài)、節(jié)點(diǎn)前一個(gè)狀態(tài)、節(jié)點(diǎn)要發(fā)送的數(shù)據(jù)、節(jié)點(diǎn)收到的數(shù)據(jù)、 節(jié)點(diǎn)接收信道、節(jié)點(diǎn)發(fā)送信道、節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率、節(jié)點(diǎn)位置x坐標(biāo)、節(jié)點(diǎn)位置 y坐標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器通過發(fā)送控制信息，來設(shè)置網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬器中對(duì)應(yīng) 的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)體中的節(jié)點(diǎn)屬性信息；網(wǎng)絡(luò)環(huán)境才莫擬器根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)信息結(jié)構(gòu)體 中的節(jié)點(diǎn)位置坐標(biāo)信息，節(jié)點(diǎn)收發(fā)狀態(tài)信息，節(jié)點(diǎn)的收發(fā)信道信息，節(jié)點(diǎn)的 發(fā)射功率信息生成當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)。
按照本發(fā)明提供的試驗(yàn)方法，所述模擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)包括但不限制于以
下二種方式進(jìn)行;f莫擬
(一)通過所述位置設(shè)定裝置改變對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)完成。 仁)通過所述位置設(shè)定裝置預(yù)先設(shè)定對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)模型完成。
按照本發(fā)明提供的試驗(yàn)方法，所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸是通過網(wǎng)絡(luò)環(huán) 境模擬器依據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)拓樸、節(jié)點(diǎn)的收發(fā)狀態(tài)以及節(jié)點(diǎn)的收發(fā)信道信息轉(zhuǎn)發(fā) 數(shù)據(jù)完成。按照本發(fā)明提供的試驗(yàn)方法，所述網(wǎng)絡(luò)拓樸連接關(guān)系是單向鏈路或雙向 鏈路。
按照本發(fā)明提供的試驗(yàn)方法，該試驗(yàn)方法還包括在所述網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬器 轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的過程中根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳輸路徑的不同加不同的誤碼。
按照本發(fā)明提供的試驗(yàn)方法，該試驗(yàn)方法還包括所述網(wǎng)絡(luò)環(huán)境^f莫擬器為 每個(gè)所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供時(shí)間基準(zhǔn)和時(shí)間同步信息。
按照本發(fā)明提供的試驗(yàn)方法，該試驗(yàn)方法還包括記錄并顯示網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié) 構(gòu)和節(jié)點(diǎn)移動(dòng)過程，節(jié)點(diǎn)的收發(fā)狀態(tài)信息，節(jié)點(diǎn)的收發(fā)信道信息，節(jié)點(diǎn)的收
發(fā)過程信息。
按照本發(fā)明提供的試驗(yàn)方法，所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間是單或多信道通信。
按照本發(fā)明提供的試驗(yàn)方法，該試驗(yàn)方法還包括緩存每個(gè)節(jié)點(diǎn)接收和發(fā)
送的數(shù)據(jù)包，為網(wǎng)絡(luò)層和MAC層的調(diào)試提供支持。
本發(fā)明提供的一種移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)平臺(tái)及其方法，能夠模擬真實(shí)的 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)拓樸連續(xù)變化的情況，進(jìn)一步能;f莫擬節(jié)點(diǎn)間多信道通信，進(jìn) 一步能為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)提供時(shí)間同步信息，其中的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬器較現(xiàn)有裝 置具有以下優(yōu)勢(shì)①能夠模擬多跳網(wǎng)絡(luò)拓樸，能夠任意改變網(wǎng)絡(luò)拓樸關(guān)系， 并且網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)速度可以按照真實(shí)的情況才莫擬；②it擬無線傳輸環(huán)境， 實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸，并能實(shí)現(xiàn)無線信道的特性，在各通信節(jié)點(diǎn)傳輸路徑 上可以加不同的誤碼；③能夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)提供時(shí)間基準(zhǔn)和時(shí)間同步信 息，以支持TDMA或者跳頻接入?yún)f(xié)議；④支持多頻分層分布式的網(wǎng)絡(luò)拓樸 結(jié)構(gòu)，能夠模擬網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)之間的多信道通信； 能夠跟蹤每個(gè)節(jié)點(diǎn)接收 和發(fā)送的數(shù)據(jù)包，為網(wǎng)絡(luò)層和MAC層的調(diào)試提供支持； 能夠提供相關(guān)信 息的人機(jī)交互界面顯示，能夠顯示網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)移動(dòng)過程，以及網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)收發(fā)狀態(tài)、收發(fā)歷程及收發(fā)信道信息。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖1是本發(fā)明基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬器的AdHoc網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)示意7圖2是本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬器系統(tǒng)框圖； 圖3是三個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓樸示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種基于嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬器，為驗(yàn)證移動(dòng)Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議及MAC層協(xié)議提供一個(gè)室內(nèi)的調(diào)試環(huán)境。
如圖1所示，基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬器的AdHoc網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模 擬器和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器組成。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬器用來模擬移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)環(huán) 境，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器模擬移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器中運(yùn)行 需要開發(fā)的移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的路由算法和媒質(zhì)接入控制MAC層多址接入?yún)f(xié) 議。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間不能直接通信而必須經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)環(huán)境^=莫擬器中轉(zhuǎn)才能進(jìn)行通 信，如果節(jié)點(diǎn)l要向節(jié)點(diǎn)8發(fā)送數(shù)據(jù)，那么數(shù)據(jù)首先被發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬 器上，然后再由網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬器將所有的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到節(jié)點(diǎn)8這樣才完成了 節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)8的一個(gè)通信過程。
如圖2所示，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬器是以嵌入式處理器最小系統(tǒng)和接口擴(kuò)展模 塊為核心，還有圖形顯示模塊、鍵盤模塊。嵌入式處理器完成外圍電路的控 制，處理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境4莫擬的控制。接口擴(kuò)展才莫塊完成網(wǎng)絡(luò)環(huán)境^t擬器對(duì)外 接口的擴(kuò)展。圖形顯示模塊能夠提供友好的人機(jī)交互界面，可以顯示網(wǎng)絡(luò)拓 樸結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)收發(fā)狀態(tài)、節(jié)點(diǎn)接收數(shù)椐是否發(fā)生碰撞、節(jié)點(diǎn)收發(fā)信道以及節(jié) 點(diǎn)收發(fā)歷程。鍵盤控制^t塊可以控制節(jié)點(diǎn)移動(dòng)，改變網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的位置，同 時(shí)也可以預(yù)設(shè)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)模型，由4建盤選擇預(yù)設(shè)的移動(dòng)才莫型。
對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境才莫擬器都有一個(gè)端口與其對(duì)應(yīng)，在軟 件中每個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境;f莫擬器的端口都有一個(gè)節(jié)點(diǎn)信息結(jié)構(gòu)體與其對(duì)應(yīng)。節(jié)點(diǎn)信 息結(jié)構(gòu)體中包含節(jié)點(diǎn)的屬性信息，主要有節(jié)點(diǎn)ID號(hào)、節(jié)點(diǎn)當(dāng)前狀態(tài)、節(jié)點(diǎn) 前一個(gè)狀態(tài)、節(jié)點(diǎn)要發(fā)送的字節(jié)、節(jié)點(diǎn)收到的字節(jié)、節(jié)點(diǎn)接收信道、節(jié)點(diǎn)發(fā) 送信道、節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率、節(jié)點(diǎn)位置x坐標(biāo)、節(jié)點(diǎn)位置y坐標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制 器通過發(fā)送控制信息，來設(shè)置網(wǎng)絡(luò)環(huán)境;f莫擬器中對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)體中的節(jié)點(diǎn) 屬性信息。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬器根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)信息結(jié)構(gòu)體中的相關(guān)信息來模擬的 移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)，當(dāng)收到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)信息時(shí)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)發(fā)至對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。同時(shí)將各個(gè)端口接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)緩存至存
儲(chǔ)器，為網(wǎng)絡(luò)層和MAC層的調(diào)試提供支持。圖形顯示模塊可以根據(jù)節(jié)點(diǎn)信 息結(jié)構(gòu)體中的信息，顯示網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)信息。
網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬器中的軟件分兩個(gè)模塊， 一個(gè)模塊用來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的模 擬，另 一個(gè)才莫塊用來實(shí)現(xiàn)相關(guān)信息在LCD上的人機(jī)界面顯示。
網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的模擬主要有網(wǎng)絡(luò)拓樸變化、物理層無線信道傳輸、提供同 步信號(hào)等方面。
網(wǎng)絡(luò)拓樸變化的模擬主要依靠網(wǎng)絡(luò)拓樸矩陣實(shí)現(xiàn)的，網(wǎng)絡(luò)拓樸矩陣根據(jù) 網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)及節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率生成的。節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)之前，首先向網(wǎng) 絡(luò)環(huán)境模擬器發(fā)送控制信息，設(shè)置節(jié)點(diǎn)發(fā)送功率，然后開始發(fā)送數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò) 環(huán)境模擬器根據(jù)節(jié)點(diǎn)發(fā)來的控制信息更新節(jié)點(diǎn)信息結(jié)構(gòu)體中的節(jié)點(diǎn)發(fā)送功 率，同時(shí)通過鍵盤模塊使節(jié)點(diǎn)移動(dòng)，從而改變節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模 擬器可以根據(jù)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息和節(jié)點(diǎn)的發(fā)射信號(hào)功率，得到其他節(jié)點(diǎn)的接收 功率，當(dāng)其他節(jié)點(diǎn)的接收功率大于門限值時(shí)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間就是 單向連通的。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息是由鍵盤模塊控制節(jié)點(diǎn)移動(dòng)來改變的，也 可以預(yù)先在模擬器中設(shè)置移動(dòng)模型，使節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)按照預(yù)設(shè)的移動(dòng)模型變化， 節(jié)點(diǎn)在移動(dòng)過程中，坐標(biāo)發(fā)生了變化，網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)就會(huì)隨之發(fā)生連續(xù)的變 化，而不是突變的，更接近真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)拓樸變化。
我們假設(shè)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)i發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，節(jié)點(diǎn)j的接收信號(hào)功率用《表示，接收 信號(hào)門限功率用S表示。通過判斷節(jié)點(diǎn)接收信號(hào)功率是否達(dá)到門限值，如果 達(dá)到門限，則認(rèn)為接收數(shù)據(jù)有效，發(fā)射節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間是單向連通的。 兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間雙向連通的條件是《>《，有I:沒網(wǎng)絡(luò)環(huán)境才莫擬器連接了 n個(gè)節(jié)點(diǎn)，可以用 一個(gè)n x n的矩陣來表示節(jié)點(diǎn)間的拓樸連接關(guān)系。當(dāng)氣=1 時(shí)，表示節(jié)點(diǎn)《發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)節(jié)點(diǎn)《可以收到；當(dāng) =0時(shí)，表示節(jié)點(diǎn)《發(fā)送數(shù) 據(jù)時(shí)節(jié)點(diǎn)&不能收到。當(dāng)、=，,=1時(shí)，表示《和《之間是雙向鏈路，拓樸 結(jié)構(gòu)矩陣J^.能夠描述單向鏈路，當(dāng)氣與，,不同時(shí)為i時(shí)，代表S和A之間是
單向鏈路。3個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)如圖3所示，其中&、 &、 ^是3個(gè)節(jié)點(diǎn) 的標(biāo)號(hào)。節(jié)點(diǎn)S與節(jié)點(diǎn)&之間是雙向鏈路，節(jié)點(diǎn)&與節(jié)點(diǎn)&之間是單向鏈路。 節(jié)點(diǎn)間的拓樸連接關(guān)系由拓樸結(jié)構(gòu)矩陣A^來表述。圖3的網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)形成
9的網(wǎng)絡(luò)拓樸矩陣如式1所示<
附
0 1 0
1 0 1 000
(式l)
才莫擬物理層無線信道傳輸主要有三方面， 一、模擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間收發(fā)數(shù)據(jù)； 二、 ^t擬節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸速率；三、模擬節(jié)點(diǎn)間傳輸路徑上誤碼。
模擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間收發(fā)數(shù)據(jù)是這樣做的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在開機(jī)時(shí)，默認(rèn)設(shè)置為 接收狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，先向網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬器發(fā)送控制信息， 設(shè)置節(jié)點(diǎn)為發(fā)送狀態(tài)，并且設(shè)置節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率和節(jié)點(diǎn)的發(fā)送信道。網(wǎng)絡(luò)環(huán) 境模擬器根據(jù)從每個(gè)節(jié)點(diǎn)接收的控制信息，更新節(jié)點(diǎn)信息結(jié)構(gòu)體中的節(jié)點(diǎn)屬 性信息。當(dāng)收到節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)信息，判斷哪些節(jié)點(diǎn)可以收到，判斷的依據(jù) 是節(jié)點(diǎn)處于收狀態(tài)，并且與發(fā)送節(jié)點(diǎn)處在同一個(gè)信道上，而且在網(wǎng)絡(luò)拓樸 矩陣判斷與發(fā)送節(jié)點(diǎn)是連通的。然后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給接收節(jié)點(diǎn)。如果一個(gè)節(jié)點(diǎn) 同時(shí)收到其他兩個(gè)或來兩個(gè)以上節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)，說明節(jié)點(diǎn)在接收數(shù)據(jù)時(shí)發(fā) 生了碰撞，將其中任意一個(gè)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)取反后發(fā)送給接收節(jié)點(diǎn)。
在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬器中，利用嵌入式處理器的定時(shí)器中斷來模擬節(jié)點(diǎn)間的 數(shù)據(jù)傳輸速率，每次中斷發(fā)生時(shí)，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境才莫擬器通過4妄口擴(kuò)展才莫塊讀出處 于發(fā)送狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，這個(gè)過程相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡(luò) 環(huán)境模擬器中進(jìn)行相應(yīng)的處理，得出網(wǎng)絡(luò)中哪些處于接收狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)可以收 到，然后再通過接口擴(kuò)展^t塊轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，這個(gè)過程相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點(diǎn)接收數(shù)據(jù)。在每次中斷中處理一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，這樣定時(shí)器中斷的頻率就是 節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸速率。
在任意傳輸路徑上可以加誤碼，通過將端口讀回的數(shù)據(jù)取反，然后轉(zhuǎn)發(fā) 給相應(yīng)接收節(jié)點(diǎn)，接收節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)后進(jìn)行校驗(yàn)，認(rèn)為數(shù)據(jù)在傳輸過程中有 誤碼。由于本發(fā)明是為驗(yàn)證移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議及MAC層協(xié)議提供 一個(gè)室內(nèi)的調(diào)試環(huán)境，不涉及到物理層的研究，所以這里只是簡(jiǎn)單將節(jié)點(diǎn)發(fā) 送的數(shù)椐信息取反，并不能反應(yīng)真實(shí)的無線信道中的誤碼特性。
網(wǎng)絡(luò)才莫擬器能夠?yàn)槊總€(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送同步信號(hào)，為MAC層協(xié)議的調(diào)試 提供支持，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬器在每次定時(shí)器中斷時(shí)，都會(huì)從每個(gè)節(jié)點(diǎn)讀取數(shù)據(jù)，
10并向每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)可以用每次網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬器發(fā)來的數(shù) 據(jù)作為時(shí)間基準(zhǔn)，這樣全網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)時(shí)間基準(zhǔn)就是一樣的了。同時(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境才莫 擬器可以在特定時(shí)間間隔，給每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)時(shí)間同步信號(hào)，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)節(jié) 點(diǎn)同步。
為了在實(shí)驗(yàn)中能獲取更多的現(xiàn)場(chǎng)控制信息，需要將大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過 直觀的圖形模式顯示輸出，所以在該系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了圖形顯示模塊，在圖形顯 示模塊中，可以直觀的看到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的相關(guān)信息。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬器中，維 護(hù)著每個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息結(jié)構(gòu)體，結(jié)構(gòu)體中包含節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，節(jié)點(diǎn)的收發(fā)狀 態(tài)，節(jié)點(diǎn)的收發(fā)信道等信息。根據(jù)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息和節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率，可以
顯示網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)移動(dòng)情況；將節(jié)點(diǎn)的收發(fā)狀態(tài)和收發(fā)信道分別緩存 至一個(gè)FIFO中，可以顯示節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)收發(fā)過程，以及節(jié)點(diǎn)收發(fā)數(shù)據(jù)所用到的 信道。圖形顯示才莫塊根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息結(jié)構(gòu)體，不斷刷新圖形顯示界面， 包括右邊的網(wǎng)絡(luò)拓樸顯示區(qū)和左邊的節(jié)點(diǎn)收發(fā)歷程顯示區(qū)。在右邊的網(wǎng)絡(luò)拓 樸顯示區(qū)中，顯示了網(wǎng)絡(luò)拓樸關(guān)系，并且可以顯示節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的狀態(tài)，紅色代 表節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，綠色代表節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)，黃色代表節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)生了 碰撞，藍(lán)色代表節(jié)點(diǎn)未收到數(shù)據(jù)，在界面左邊的節(jié)點(diǎn)收發(fā)歷程顯示區(qū)中，顯 示條的上面的部分顯示了節(jié)點(diǎn)的收發(fā)過程，下面的部分顯示節(jié)點(diǎn)所處的收發(fā) 信道。
基于嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境;jt擬器，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的任意拓樸 關(guān)系，并且網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)速度可以按照真實(shí)的情況模擬；可模擬移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的無線通信環(huán)境，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸，并能實(shí)現(xiàn)無線信道的特 性；能夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)提供時(shí)間基準(zhǔn)和時(shí)間同步信息；能夠才莫擬網(wǎng)絡(luò)中的 節(jié)點(diǎn)之間的多信道通信；人機(jī)交互界面能夠顯示網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)，以及網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點(diǎn)收發(fā)狀態(tài)、收發(fā)歷程及信道信息。為研究移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)的自組織自適應(yīng) 功能、驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的提供了一個(gè)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
權(quán)利要求
1、一種移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于，包括網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬器，根據(jù)與其連接網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率和位置變化連續(xù)改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，并根?jù)所述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、?jié)點(diǎn)的收發(fā)狀態(tài)以及節(jié)點(diǎn)的收發(fā)信道信息轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；若干運(yùn)行待驗(yàn)證的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的路由算法和MAC層多址接入?yún)f(xié)議的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器及其對(duì)應(yīng)的位置設(shè)定裝置，與所述網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬器連接，模擬所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)并控制其移動(dòng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述試驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬器 包括依次連接的接口擴(kuò)展模塊、嵌入式處理器最小系統(tǒng)沖莫塊和圖形顯示才莫塊， 所述接口擴(kuò)展模塊包括若干與所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器的通信接口 。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述試驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于，所述位置設(shè)定裝置是 鍵盤，與所述嵌入式處理器最小系統(tǒng)模塊連接。
4、 一種移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)方法，其特征在于，包括以下步驟4.1) 利用與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬器連接的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器及其對(duì)應(yīng)的位置設(shè) 定裝置才莫擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)；4.2) 所述網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬器根據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率和位置變化改 變網(wǎng)絡(luò)拓樸，并依據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)拓樸、節(jié)點(diǎn)的收發(fā)狀態(tài)以及節(jié)點(diǎn)的 收發(fā)信道信息轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，同時(shí)記錄并顯示所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的收發(fā)情 況和過程以及網(wǎng)絡(luò)拓樸的變化情況。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述試驗(yàn)方法，其特征在于，所述才莫擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)移 動(dòng)是通過所述位置設(shè)定裝置改變對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)或預(yù)先設(shè)定對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 移動(dòng)才莫型完成。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述試驗(yàn)方法，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的數(shù) 據(jù)傳輸是通過網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬器依據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)拓樸、節(jié)點(diǎn)的收發(fā)狀態(tài)以及節(jié)點(diǎn) 的收發(fā)信道信息轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)完成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述試驗(yàn)方法，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)拓樸連接關(guān)系是單向鏈路或雙向鏈路。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4所述試驗(yàn)方法，其特征在于，該試驗(yàn)方法還包括在 所述網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)椐的過程中根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳輸路徑的不同加不同 的誤碼。
9、 根據(jù)權(quán)利要求4所述試驗(yàn)方法，其特征在于，該試驗(yàn)方法還包括所 述網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬器為每個(gè)所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供時(shí)間基準(zhǔn)和時(shí)間同步信息。
10、 根據(jù)權(quán)利要求4所述試驗(yàn)方法，其特征在于，該試驗(yàn)方法還包括記 錄并顯示網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)移動(dòng)過程，顯示節(jié)點(diǎn)的收發(fā)狀態(tài)、節(jié)點(diǎn)的收發(fā) 信道以及節(jié)點(diǎn)的收發(fā)過程。
11、 根據(jù)權(quán)利要求4所述試驗(yàn)方法，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間是單 或多信道通信。
12、 根據(jù)權(quán)利要求4所述試驗(yàn)方法，其特征在于，該試驗(yàn)方法還包括緩 存每個(gè)節(jié)點(diǎn)接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)包，為網(wǎng)絡(luò)層和MAC層的調(diào)試提供支持。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)平臺(tái)及其方法，其中平臺(tái)包括網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬器及與其連接的若干網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器和對(duì)應(yīng)的位置設(shè)定裝置；方法包括利用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器及其對(duì)應(yīng)的位置設(shè)定裝置模擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬器根據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率和位置變化連續(xù)改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，并依?jù)所述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒐?jié)點(diǎn)的收發(fā)狀態(tài)以及節(jié)點(diǎn)的收發(fā)信道信息轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，同時(shí)記錄并顯示所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的收發(fā)情況和過程以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓闆r。這種平臺(tái)及其方法能夠模擬真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B續(xù)變化的情況，進(jìn)一步還能模擬節(jié)點(diǎn)間多信道通信，同時(shí)為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)提供時(shí)間同步信息。
文檔編號(hào)H04L12/26GK101588272SQ200810100118
公開日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2008年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月22日
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