基于tossim無線傳感器網(wǎng)絡(luò)仿真研究

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1、基于TOSSIM無線傳感器網(wǎng)絡(luò)仿真研究朱有忠（吉林省統(tǒng)計(jì)局吉林吉林132000）中圖分類號：TP393.0文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A摘要：木文使用TOSSIM實(shí)現(xiàn)TinyOS程序的模擬仿真。在分析完TOSSIM的編譯器、基木結(jié)構(gòu)、事件處理機(jī)制后，對TOSSIM的使用也做了詳細(xì)的描述。最后,分析了TinyViz——TOSSIM的可視化工異的基木組成以及TinyViz的插件結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞:無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，TinyOS,nesC,TOSSIM,仿真.1八—一、刖g無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）日新月異，各種網(wǎng)絡(luò)方案和協(xié)議日趨

2、復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模H趨龐大，對網(wǎng)絡(luò)研宄人員而言，掌握網(wǎng)絡(luò)仿真的重要性是不言而喻的。WSN仿真能夠在一個(gè)可控制的環(huán)境里研究WSN應(yīng)用,括操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，能夠仿真數(shù)量眾多的節(jié)點(diǎn),能夠觀察由不可預(yù)測的干擾和噪聲引起的難以琢磨的節(jié)點(diǎn)間的相互作用，獲取節(jié)點(diǎn)間詳細(xì)的細(xì)節(jié),從而提高節(jié)點(diǎn)投放后的網(wǎng)絡(luò)成功率，減少投放后的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)工作。在傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際運(yùn)用中，常常會涉及到很多節(jié)點(diǎn)，同時(shí)這些節(jié)點(diǎn)間的布局會比較復(fù)雜，而各個(gè)節(jié)點(diǎn)都有其相應(yīng)的算法和數(shù)據(jù)處理，處理這么多節(jié)點(diǎn)的工作量讓人都感到畏懼，并且節(jié)點(diǎn)在運(yùn)行過程中可能會遇

3、到許多潛在的錯誤。為了能讓無線傳感器節(jié)點(diǎn)更好的工作，提前發(fā)現(xiàn)其在運(yùn)行時(shí)的內(nèi)部錯誤，使得仿真器的出現(xiàn)很具有現(xiàn)實(shí)意義。TinyOS的基于組件的模型讓我們?nèi)菀椎母淖冃〔糠值讓拥慕M件來實(shí)現(xiàn)硬件平臺模擬。這種事件驅(qū)動的執(zhí)行模式可以開發(fā)成一種非常有效的基于事件驅(qū)動的模擬器，然后整個(gè)程序的編譯過程可以使用是在模擬器的存儲和木地指定集來實(shí)現(xiàn)了。因?yàn)榇蠖鄶?shù)節(jié)點(diǎn)的資源都是非常小的，我們可以在模擬器的內(nèi)存空間上模擬許多節(jié)點(diǎn)。設(shè)置適當(dāng)?shù)哪M層可以準(zhǔn)確的捕獲TinyOS程序的行為和他們之間所發(fā)生的聯(lián)系。但大多模擬器存在擴(kuò)展性

4、與有效性的問題，這里我們就用TOSSIM來解決這些問題。[1?2](一)TOSSIM1.TOSSIM簡介。TOSSIM(TinyOSSimulator)是TinyOS傳感器網(wǎng)絡(luò)的離散事件模擬器，也是用nesC語言編寫的。理論上它可以模擬復(fù)雜度為O(n?log(n))的節(jié)點(diǎn)，但是實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明其最多只能模擬1000個(gè)節(jié)點(diǎn)。TOSSIM可以直接從TinyOS的程序代碼中編譯執(zhí)行。當(dāng)用戶想使用TinyOS的程序時(shí)，可以直接把TinyOS的組件圖編譯進(jìn)TOSSIM中，接著就可以在PC機(jī)上運(yùn)行了。(編譯吋只需

5、要改變make0標(biāo)：使用makepc代替makemica等)。0前人多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)模擬器都適合TinyOS。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模擬器通常把注意力放在模擬大范圍的網(wǎng)絡(luò)連接協(xié)議上，例如：ns-2在數(shù)據(jù)包程度上模擬傳感器網(wǎng)絡(luò)的，它記錄了詳細(xì)的節(jié)點(diǎn)信息和具體的連接描述。相反，在TOSSIM中的節(jié)點(diǎn)都運(yùn)行相同的程序代碼。TOSSIM是在位粒度(bitgranularity)上模擬網(wǎng)絡(luò)的行為，這種層次的模擬對于研究TinyOS在數(shù)據(jù)鏈路層的行為很有幫助。[3]2.TOSSIM的編譯器。為了能直接把TinyOS的組件圖編譯后

6、的結(jié)果放入TOSSIM模擬器中執(zhí)行，TOSSIM對ncc(nesC的編譯器)進(jìn)行一?下修改。在TinyOS的內(nèi)存模塊中，許多組件框架組成了整個(gè)程序。在TOSSIM中，使用組件數(shù)組來代替原來的那些組件。所有組件的變量都參照當(dāng)前運(yùn)行的組件的變量數(shù)組。TOSSIM提供了新的物理抽象層，在替換了TinyOS的硬件部分后,TOSSIM可以直接編譯TinyOS的程序代碼。它把TinyOS的硬件中斷模擬成離散的事件，當(dāng)有TinyOS中有硬件中斷發(fā)生吋，TOSSIM事件隊(duì)列就將此中斷轉(zhuǎn)變成TOSSIM內(nèi)部的模擬事件

7、來處理。中斷后的其它執(zhí)行與TinyOS中的源程序是一樣執(zhí)行的。TOSSIM中的通信服務(wù)可以讓程序通過TCP的套接字與TOSSIM進(jìn)行連接，來觀察模擬器的運(yùn)行。程序還可以收到更高層的信息，例如數(shù)據(jù)包的接收與傳送或者是應(yīng)用層的事件。4.TOSSIM的事件處理模式。在TOSSIM的核心處有個(gè)模擬器事件隊(duì)列。中斷被模擬成模擬器事件，模擬器事件是不同于TinyOS的事件。一個(gè)模擬器事件在硬件抽象組件中可以調(diào)用中斷句柄，中斷句柄喚醒TinyOS事件并II調(diào)用TinyOS命令。這些TinyOS事件和命令還可以發(fā)送

8、任務(wù)，然后喚醒更多的模擬器事件，使程序向前執(zhí)行。讓我們看一下TOSSIM中是怎么具體執(zhí)行這些事件的！TOSH_run_task一直查詢直到任務(wù)隊(duì)列為空為止，當(dāng)任務(wù)隊(duì)列為空吋，CPU進(jìn)入休眠狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生中斷吋節(jié)點(diǎn)被喚醒，如果中斷造成任務(wù)調(diào)度，則任務(wù)就開始運(yùn)行，當(dāng)任務(wù)在運(yùn)行時(shí)，中斷才會被處理。否則就不去處理該中斷。當(dāng)執(zhí)行完模擬器事件后,TOSSIM開始調(diào)度在TinyOS任務(wù)隊(duì)列中的事件，也是使用TinyOS的FIFO（先進(jìn)先出）的調(diào)度機(jī)制。但是TOSSIM處理任務(wù)奮一點(diǎn)不