專利名稱：無線傳感器網(wǎng)絡并行仿真方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及無線傳感網(wǎng)絡領域，尤其涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡并行仿真方法。
背景技術：
無線傳感器網(wǎng)絡(wireless sensor network)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的微型 傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個面向任務的自組織的網(wǎng)絡系統(tǒng)，其目的是 協(xié)作地感知、采集并處理網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域內(nèi)的目標信息，并進行控制或者發(fā)送給觀察者。無線 傳感器網(wǎng)絡在工業(yè)控制，交通監(jiān)控，倉儲物流，環(huán)境和構(gòu)筑物監(jiān)測以及搶險救災等多個方面 有著廣泛的應用前景。 在現(xiàn)有技術中，要精確的獲得網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域內(nèi)的目標信息，無線傳感器網(wǎng)絡通常 由成千甚至上萬個節(jié)點組成，這對相關的技術和工藝水平提出了非常高的要求，故無線傳 感器網(wǎng)絡的設計和驗證通常是使用仿真的方法進行的。 在實施本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡的設計和驗證使用目前的仿 真軟件(如NS2，0MNET)進行仿真至少存在以下問題。首先，現(xiàn)有的仿真軟件通常是對計算 機網(wǎng)絡的通用的仿真器，通用性導致了這類軟件通常只關注于協(xié)議級的仿真，而無法進行 細粒度(如比特級)的仿真；同時，由于各仿真軟件都使用各自定義的語言進行描述，在使 用仿真軟件驗證之后，設計人員必須重新開發(fā)相應的節(jié)點程序。其次，無線傳感器網(wǎng)絡是一 個分布式系統(tǒng)，各節(jié)點都是并行運行的，而在單機上運行的仿真程序是串行執(zhí)行的。使用串 行的程序?qū)Σ⑿邢到y(tǒng)的仿真效率是非常低下的，盡管節(jié)點使用的處理芯片的工作頻率非常 低，但是當節(jié)點數(shù)目多至成千上萬時，串行的仿真往往需要非常大的計算量，因此會耗費大 量的時間，甚至是無法完成的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種無線傳感器網(wǎng)絡并行仿真的方法，以解決現(xiàn)有技術中
的仿真軟件無法進行細粒度仿真以及單機串行導致工作效率低下的問題。 —種無線傳感器網(wǎng)絡并行仿真方法，包括節(jié)點的細粒度仿真和無線網(wǎng)絡的并行仿
真，節(jié)點的細粒度仿真是由單片機的仿真、通信模塊的仿真和傳感器模塊的仿真構(gòu)成，單片
機的仿真是使用軟件方法對單片機指令集的實現(xiàn)，它能夠讀入HEX文件，然后對其進行仿
真執(zhí)行。 所述單片機的仿真方法包括以下步驟 1、初始化初始化指令數(shù)組、載入HEX文件、初始化寄存器組、初始化指令指針I(yè)P、 堆棧指針SP ; 2、取指令根據(jù)IP指針從指令數(shù)組中取指令； 3、指令譯碼根據(jù)特征碼判斷指令的格式、判斷指令類型、取操作數(shù)； 4、指令執(zhí)行根據(jù)指令類型和指令譯碼得到的操作數(shù)執(zhí)行指令、并按需訪存、將結(jié)果寫回、修改指令相關的寄存器； 上述取指令、譯碼、執(zhí)行指令的順序循環(huán)執(zhí)行直到指令指針越界。 單片機的引腳提供了其與外設通信的橋梁，在仿真中必須提供合理的機制保證其
與外設的數(shù)據(jù)一致性。在實現(xiàn)時可將其所有引腳封裝為獨立的頭文件，并且所有的端口都
定義為整型指針。外設連接時，引用此頭文件，然后定義指針，并設其值為單片機相應的引
腳對應的指針值，這樣就完成了單片機與外設的連接。 所述的通信模塊負責數(shù)據(jù)的發(fā)送接收，它從單片機獲得數(shù)據(jù)的比特流然后將其通過無線信道發(fā)送出去，接收過程如此相反。通過上面對引腳連接的仿真方法，使通信模塊可以與單片機進行通信，仿真時主要負責完成兩項任務內(nèi)部寄存器的讀寫和數(shù)據(jù)的收發(fā)。
內(nèi)部寄存器的讀寫主要為單片機提供訪問通信模塊內(nèi)部寄存器變量的接口，即根據(jù)參數(shù)設定內(nèi)部寄存器變量的值和返回內(nèi)部寄存器的值。 對數(shù)據(jù)的收發(fā)是通信模塊的主要工作，通信模塊作為橋梁連接單片機和無線信道，對數(shù)據(jù)的發(fā)送過程如下 1、根據(jù)單片機仿真器函數(shù)傳遞的參數(shù)，置內(nèi)部的寄存器；
2、改變相應的管腳的值； 3、如果是同步模式調(diào)用無線網(wǎng)絡仿真模塊相應的函數(shù)進行發(fā)送，否則將發(fā)送任務加入隊列。 對收據(jù)的接收過程如下 1、根據(jù)無線信道仿真器函數(shù)傳遞的參數(shù)，置內(nèi)部寄存器；
2 、改變相應的管腳的值。 所述的傳感器模塊的仿真，可使用離散事件仿真方法，根據(jù)實驗需要，產(chǎn)生具有一定分布的傳感器數(shù)值的時間序列。仿真時，傳感器模塊按照時間序列向端口發(fā)送預定的傳感器數(shù)值。 由于無線傳感器網(wǎng)絡是一個并行系統(tǒng)，因此對其進行并行的仿真才能提高仿真的效率。無線網(wǎng)絡的并行仿真負責其與節(jié)點之間的通信以及完成節(jié)點之間的通信。
無線網(wǎng)絡并行仿真方法包括節(jié)點向集群系統(tǒng)的映射、與節(jié)點通信模塊的通信和無線信道仿真三部分； 所述的節(jié)點向集群系統(tǒng)的映射中，如何分配任務是并行計算要解決的關鍵問題，
采用網(wǎng)格的方式可以按照節(jié)點的地理信息將其映射到集群節(jié)點上。 所述與節(jié)點通信模塊的通信主要是數(shù)據(jù)的傳遞，分數(shù)據(jù)發(fā)送和接受兩部分 數(shù)據(jù)發(fā)送準備發(fā)送的數(shù)據(jù)；根據(jù)無線信道仿真方法、計算能夠收到該廣播數(shù)據(jù)
的節(jié)點號；建立多播通信域；在多播通信域內(nèi)進行廣播。 數(shù)據(jù)接收對于廣播收到的數(shù)據(jù)，調(diào)用通信模塊提供的函數(shù)修改相應的寄存器的值。 無線信道是廣播信道，發(fā)送節(jié)點附近的節(jié)點都有可能接收到，要實現(xiàn)并行的仿真，可使用對發(fā)送的比特位按位進行多播的方法，分別按照下述的模型計算能夠收到多播的節(jié)點，然后建立通信域，在此通信域中進行廣播。 判斷哪些節(jié)點能夠接收到廣播的內(nèi)容，是通過判斷接收方是否大于一定的閾值來實現(xiàn)的，而接收功率Pr則使用自由空間模型確定[,]，=^^7 其中，Pt為信號發(fā)送功率，Gt，Gr分別為發(fā)送者和接收者的天線增益，L為系統(tǒng)能量
損失，A表示波長，表示信號衰減系數(shù)。在實現(xiàn)時通常取Gt = Gr = L = 1。 本發(fā)明的有益效果為無線傳感器網(wǎng)絡并行仿真方法可使無線傳感器網(wǎng)絡的仿
真，由原來的多階段(首先使用通用仿真器進行仿真，然后具體實現(xiàn))簡化為一個統(tǒng)一的過
程(細粒度仿真)；由原來的單機串行仿真，增強為多機并行高效的仿真。從兩方面提高了
無線傳感器的設計、驗證以及仿真的效率。
圖1為本發(fā)明具體實施例所述的無線傳感器網(wǎng)絡并行仿真的方法的流程 圖2為本發(fā)明具體實施例所述的無線傳感器網(wǎng)絡并行仿真的方法傳感器分布在集群上的映射。
具體實施例方式
為使本發(fā)明更加清楚明白，以下結(jié)合本發(fā)明在無線傳感器網(wǎng)絡中的具體實施過程和結(jié)果，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。 如圖1所示，本發(fā)明實施例所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡并行仿真方法，包括節(jié)點的細粒度仿真和無線網(wǎng)絡的并行仿真，節(jié)點的細粒度仿真是由單片機的仿真、通信模塊的仿真和傳感器模塊的仿真構(gòu)成，單片機的仿真是使用軟件方法對單片機指令集的實現(xiàn)，它能夠讀入HEX文件，然后對其進行仿真執(zhí)行。
所述單片機的仿真方法包括以下步驟 1、初始化初始化指令數(shù)組、載入HEX文件、初始化寄存器組、初始化指令指針I(yè)P、堆棧指針SP ; 2、取指令根據(jù)IP指針從指令數(shù)組中取指令； 3、指令譯碼根據(jù)特征碼判斷指令的格式、判斷指令類型、取操作數(shù)； 4、指令執(zhí)行根據(jù)指令類型和指令譯碼得到的操作數(shù)執(zhí)行指令、并按需訪存、將結(jié)
果寫回、修改指令相關的寄存器； 上述取指令、譯碼、執(zhí)行指令的順序循環(huán)執(zhí)行直到指令指針越界。 單片機的引腳提供了其與外設通信的橋梁，在仿真中必須提供合理的機制保證其
與外設的數(shù)據(jù)一致性。在實現(xiàn)時可將其所有引腳封裝為獨立的頭文件，并且所有的端口都
定義為整型指針。外設連接時，引用此頭文件，然后定義指針，并設其值為單片機相應的引
腳對應的指針值，這樣就完成了單片機與外設的連接。 所述的通信模塊負責數(shù)據(jù)的發(fā)送接收，它從單片機獲得數(shù)據(jù)的比特流然后將其通過無線信道發(fā)送出去，接收過程如此相反。通過上面對引腳連接的仿真方法，使通信模塊可以與單片機進行通信，仿真時主要負責完成兩項任務內(nèi)部寄存器的讀寫和數(shù)據(jù)的收發(fā)。
內(nèi)部寄存器的讀寫主要為單片機提供訪問通信模塊內(nèi)部寄存器變量的接口，即根據(jù)參數(shù)設定內(nèi)部寄存器變量的值和返回內(nèi)部寄存器的值。 對數(shù)據(jù)的收發(fā)是通信模塊的主要工作，通信模塊作為橋梁連接單片機和無線信
權利要求
一種無線傳感器網(wǎng)絡并行仿真方法，其特征在于包括節(jié)點的細粒度仿真和無線網(wǎng)絡的并行仿真，節(jié)點的細粒度仿真是由單片機的仿真、通信模塊的仿真和傳感器模塊的仿真構(gòu)成，單片機的仿真是使用軟件方法對單片機指令集的實現(xiàn)，它能夠讀入HEX文件，然后對其進行仿真執(zhí)行；所述的通信模塊負責數(shù)據(jù)的發(fā)送接收，所述的傳感器模塊的仿真，可使用離散事件仿真方法，根據(jù)實驗需要，產(chǎn)生具有一定分布的傳感器數(shù)值的時間序列；無線網(wǎng)絡并行仿真方法包括節(jié)點向集群系統(tǒng)的映射、與節(jié)點通信模塊的通信和無線信道仿真三部分；所述的節(jié)點向集群系統(tǒng)的映射中，如何分配任務是并行計算要解決的關鍵問題，采用網(wǎng)格的方式可以按照節(jié)點的地理信息將其映射到集群節(jié)點上；所述與節(jié)點通信模塊的通信主要是數(shù)據(jù)的傳遞，所述的無線信道是廣播信道，發(fā)送節(jié)點附近的節(jié)點都有可能接收到，要實現(xiàn)并行的仿真，可使用對發(fā)送的比特位按位進行多播的方法，分別按照下述的模型計算能夠收到多播的節(jié)點，然后建立通信域，在此通信域中進行廣播。
2. 根據(jù)權利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡并行仿真方法，其特征在于所述單片機仿真方法包括以下步驟1) 、初始化初始化指令數(shù)組、載入HEX文件、初始化寄存器組、初始化指令指針I(yè)P、堆棧指針SP ;2) 、取指令根據(jù)IP指針從指令數(shù)組中取指令；3) 、指令譯碼根據(jù)特征碼判斷指令的格式、判斷指令類型、取操作數(shù)；4) 、指令執(zhí)行根據(jù)指令類型和指令譯碼得到的操作數(shù)執(zhí)行指令、并按需訪存、將結(jié)果寫回、修改指令相關的寄存器；上述取指令、譯碼、執(zhí)行指令的順序循環(huán)執(zhí)行直到指令指針越界。
3. 根據(jù)權利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡并行仿真方法，其特征在于所述通信模塊作為橋梁連接單片機和無線信道，對數(shù)據(jù)的發(fā)送過程如下1) 、根據(jù)單片機仿真器函數(shù)傳遞的參數(shù)，置內(nèi)部的寄存器；2) 、改變相應的管腳的值；3) 、如果是同步模式調(diào)用無線網(wǎng)絡仿真模塊相應的函數(shù)進行發(fā)送，否則將發(fā)送任務加入隊列。對收據(jù)的接收過程如下1) 、根據(jù)無線信道仿真器函數(shù)傳遞的參數(shù)，置內(nèi)部寄存器；2) 、改變相應的管腳的值。
4. 根據(jù)權利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡并行仿真方法，其特征在于傳感器模塊仿真時，傳感器模塊按照時間序列向端口發(fā)送預定的傳感器數(shù)值。
5. 根據(jù)權利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡并行仿真方法，其特征在于所述與節(jié)點通信模塊分為數(shù)據(jù)發(fā)送和接受兩部分數(shù)據(jù)發(fā)送準備發(fā)送的數(shù)據(jù)；根據(jù)無線信道仿真方法、計算能夠收到該廣播數(shù)據(jù)的節(jié)點號；建立多播通信域；在多播通信域內(nèi)進行廣播。數(shù)據(jù)接收對于廣播收到的數(shù)據(jù)，調(diào)用通信模塊提供的函數(shù)修改相應的寄存器的值。
6. 根據(jù)權利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡并行仿真方法，其特征在于所述的無線信道中，判斷哪些節(jié)點能夠接收到廣播的內(nèi)容，是通過判斷接收方是否大于一定的閾值來實現(xiàn)的，而接收功率&則使用自由空間模型確定
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無線傳感器網(wǎng)絡并行仿真方法，包括節(jié)點的細粒度仿真和無線網(wǎng)絡的并行仿真，節(jié)點的細粒度仿真是由單片機的仿真、通信模塊的仿真和傳感器模塊的仿真構(gòu)成，無線網(wǎng)絡并行仿真方法包括節(jié)點向集群系統(tǒng)的映射、與節(jié)點通信模塊的通信和無線信道仿真三部分；本發(fā)明的有益效果為無線傳感器網(wǎng)絡并行仿真方法可使無線傳感器網(wǎng)絡的仿真，由原來的多階段簡化為一個統(tǒng)一的過程；由原來的單機串行仿真，增強為多機并行高效的仿真。從兩方面提高了無線傳感器的設計、驗證以及仿真的效率。
文檔編號H04L12/28GK101720137SQ200910210938
公開日2010年6月2日 申請日期2009年11月12日 優(yōu)先權日2009年11月12日
發(fā)明者夏鵬, 姜鵬, 安竹林, 徐勇軍, 李曉維 申請人:寧波高新區(qū)深聯(lián)科技有限公司