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1、第九章 物联网的仿真技术,9.1 仿真技术概述,物联网设计的评估方法:,数学方法是根据一定的限定条件和合理假设，对系统进行描述，抽象出研究对象的数学分析模型。 物理测试是建立测试床和实验室，搭建网络研究所需的硬件和软件配置环境，建立具有特定特性的实际网络。 计算机仿真是在PC机上利用网络模拟软件来仿真网络系统的运行效果。,计算机仿真技术是通过建立网络设备、链路和协议模型，并模拟网络流量的传输，来获得网络设计所需的网络性能数据。 计算机仿真方法在物联网的设计中最具有应用优势。因为计算机仿真可以解决大规模物联网系统构建的困难，节约成本。,计算机仿真方法具有以下特点： 模拟实验机理科学，使得这项技术
2、具有在高度复杂的网络环境下得到高可信度结果的特点。 使用范围广，既可用于现有网络的优化和扩容，也可用于新网络的设计，特别适用于大中型规模网络的设计； 初期应用成本不高，建好的网络模型可以延续使用，后期投资还会不断下降。,计算机仿真的软件体系结构,9.2 常用的仿真平台,9.2.1 TOSSIM,TinyOS是为传感器网络节点而设计的一种事件驱动的操作系统，由加州大学伯利克分校开发，采用nesC编程语言和组件架构方式，能快速实现各种应用。,TOSSIM工具的体系结构,如何采用TOSSIM模拟器运行TinyOS程序? 在PC机上安装好TinyOS之后，可以按照如下步骤打开TinyViz界面，执行某
3、个应用程序的仿真任务。,第一步：打开cygwin应用程序，进入目录 c:/tinyos/cygwin/opt/tinyos-1.x/apps/TestTinyViz，其中最后一级的目录为应用程序，用户自己可以选择。,第二步：运行命令: make pc 第三步：运行命令：build/pc/main.exe-pthread26。该命令的格式为 build/pc/main.exeoptions node_nums，其中options的参数值可以查阅相关的帮助文档。这里模拟的网络节点数目node_nums取作26。,第四步：运行命令：exportDBG=usr1 第五步：打开另外一个cygwin应用程
4、序(注意不要关闭cygwin先前的应用程序)，进入c:/tinyos/cygwin/opt/tinyos-1.x/tools/java/net/tinyos/sim目录。,第六步：运行命令： make,make命令运行的结果,第七步：运行命令：tinyviz run build/pc/main.exe 26 最后可以看到TinyViz仿真结果的显示界面。,运行26个节点的TOSSIM仿真界面,Layout布局的下拉菜单项,TOSSIM的显著优点是它运行在PC机上，利用传统的调试工具来调试nesC程序。gdb不是专门为nesC设计的。 nesC中的组件描述意味着单个命令可能有多个提供者，单个命令
5、必须指定所处的模块、配件或接口，才能唯一地确定究竟是哪个命令。,9.2.2 OMNeT+,OMNeT+是Objective Modular Network Testbed的简写，也被称作离散事件模拟系统(Discrete Event Simulation System，DESS)。它是一种面向对象的、离散事件建模仿真器，属于免费的网络仿真软件。,与其它网络模拟器不同的是，OMNeT+采用的是以C+为核心的工作模式。用NED语言生成的网络拓扑结构的脚本，在生成模拟器的目标文件时，是通过特殊的编译器改写成C语言代码，再嵌入到整个工程。,9.2.3 OPNET,OPNET面向专业人士，帮助客户进行网
6、络应用的设计、分析和管理。 OPNET的四个产品核心： OPNET Modeler：为技术人员提供一个网络技术和产品开发平台，用于设计和分析网络和通信协议。 ITGuru：帮助网络专业人士预测和分析网络的性能，查找影响系统性能的瓶颈，提出并验证解决方案。 ServiceProviderGuru：是面向网络服务提供商的智能化网络管理软件。 WDM Guru：用于波分复用光纤网络的分析、评测。,OPNET的特点： (1) 采用面向对象的技术。 (2) 提供了各种通信网络和信息系统的处理构件和模块。 (3) 采用图形化界面来建模。 (4) 在过程层次中使用有限状态机来对其它协议和过程进行建模，用户模
7、型和OPNET的内置模型自动生成C语言。 (5) 内建了很多性能分析器，自动采集模拟过程的结果数据。 (6) 几乎预定义了所有常用的业务模型，如均匀分布、泊松分布等。,Modeler提供了多种业务模拟方式，具有收集分析统计量、查看动画和调试等功能，直接收集各个网络层次的性能统计参数，编制和输出仿真结果的报告。,9.2.4 NS2,NS(Network Simulator)是一种源代码公开的、免费的网络模拟软件工具，所包含的模块内容非常丰富，几乎涉及到网络技术的所有方面，成为了目前学术界广泛使用的一种网络模拟软件。 在每年国内外发表的有关网络技术的学术论文中，利用NS给出模拟结果的文章最多，通过
8、这种方法得出的研究结果也是被学术界所普遍认可的。,在进行网络仿真之前，首先分析仿真涉及哪个层次，NS仿真分两个层次： 一是基于OTcl编程的层次。利用NS已有的网络元素实现仿真，无需修改NS本身，只需编写OTcl脚本。 另外是基于C+和OTcl编程的层次。如果NS中没有所需的网络元素，则需要对NS进行扩展，添加所需网络元素，即添加新的 C+和OTcl类，编写新的OTcl脚本。,NS2仿真过程的步骤： （1）编写OTcl脚本。 （2）建立协议代理。 （3）配置业务量模型的参数，确定网络的业务量分布。 （4）设置Trace对象。 （5）编写其他辅助过程，设定模拟时间，至此OTcl脚本编写完成。 （
9、6）用NS解释执行刚才编写的OTcl脚本。 （7）对Trace文件进行分析，得出有用的数据。 （8）调整配置拓扑结构和业务量模型，重新进行上述模拟过程。,NS2仿真器封装的模块： （1）事件调度器 （2）节点 （3）链路 （4）代理 （5）包,NS2软件由Tcl/Tk、OTcl、NS和Tclcl构成： Tcl是开放脚本语言，用来对NS2进行编程，Tk是Tcl的图形界面开发工具，帮助用户在图形环境下开发图形界面； OTcl是基于Tcl/Tk的面向对象扩展，具有自己的类层次结构； NS模块作为这种软件包的核心，是面向对象的仿真器，采用C+编写，以OTcl解释器作为前端； Tclcl模块提供NS和O
10、Tcl接口，使对象和变量出现在两种语言中。,9.3 仿真平台的选择和设计,物联网的仿真要能够在一个可控制的环境里，分析和研究它的网络性能和应用业务的实现情况，能够仿真数量众多的节点，并可以观察由不可预测的干扰和噪声引起的节点之间的相互作用，从而获取节点间组网和数据传输的具体细节。,仿真平台所采用的设计方法也不一样，每个仿真器都是在某些性能方面比较突出，而在其他方面又不重视。在选择仿真平台时，需要综合考虑各个因素，在其中寻找一个平衡点以获得最佳的仿真效果。,9.4 工程测试床,Motelab是哈佛大学开发的一个开放式传感器网络实验环境，是基于Web的传感器网络测试床。,Motelab工程测试床的
11、结构组成,SensoNet工程测试床的结构组成,SensoNet工程测试床的场景和部分实物,本章总结,利用仿真技术可以预先掌握物联网设计方案的运行效果，并可在科研项目实验中用来检验新型物联网理论和技术的性能。 本章主要介绍了物联网仿真技术经常涉及到的一些仿真平台，并介绍了物联网工程测试床的若干案例。 通过本章内容的学习，应理解物联网仿真技术的应用场合和时机，必须掌握常用的物联网仿真软件平台的特点，并能结合实际应用问题，正确地选择仿真平台。,the end 谢 谢！,1、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。20.8.1420.8.14Friday, August 14, 2020 2、阅读一切
12、好书如同和过去最杰出的人谈话。22:36:1822:36:1822:368/14/2020 10:36:18 PM 3、越是没有本领的就越加自命不凡。20.8.1422:36:1822:36Aug-2014-Aug-20 4、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。22:36:1822:36:1822:36Friday, August 14, 2020 5、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。20.8.1420.8.1422:36:1822:36:18August 14, 2020 6、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。2020年8月14日星期五下午10时36分18秒22:36
13、:1820.8.14 7、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。2020年8月下午10时36分20.8.1422:36August 14, 2020 8、业余生活要有意义，不要越轨。2020年8月14日星期五10时36分18秒22:36:1814 August 2020 9、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。下午10时36分18秒下午10时36分22:36:1820.8.14 10、你要做多大的事情，就该承受多大的压力。8/14/2020 10:36:18 PM22:36:182020/8/14 11、自己要先看得起自己，别人才会看得起你。8/14/2020 10:36 PM8/14/2020 10:36 PM20.8.1420.8.14 12、这一秒不放弃，下一秒就会有希望。14-Aug-2014 August 202020.8.14 13、无论才能知识多么卓著，如果缺乏热情，则无异纸上画饼充饥，无补于事。Friday, August 14, 202014-Aug-2020.8.14 14、我只是自己不放过自己而已，现在我不会再逼自己眷恋了。20.8.1422:36:1814 August 202022:36,谢谢大家,
