[发明专利]无线传感器网络能耗仿真工具及其仿真方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络领域，具体涉及一种无线传感器网络能耗仿真工具及其仿真方法。

背景技术

国内针对WSN(Wireless Sensor Network，无线传感器网络)基础理论的两个指标性的项目分别为：“无线传感网络的基础理论及关键技术研究”973计划(2006年)和“新一代宽带无线移动通信网”国家科技重大专项之“短距离无线互联与无线传感器网络研发和产业化”项目(2008年)，都是侧重于对通信技术、组网协议、体系构架、操作系统、数据库以及仿真平台等基础问题研究，缺少对WSN底层系统建模技术与能耗评测方法的研究。相较而言，国外对WSN仿真建模的研究开展较早，模型与仿真技术相对成熟。但是，上述建模研究多数是以一个仿真工具或是平台的出现而作为研究成果，而上述平台工具所采用的底层模型绝大部分是直接基于以往研究的无线自组织网模型或是无线信道模型，未深入分析WSN应用的特点。此外，国内外目前所出现的WSN相关的系统建模与能耗评测技术中，多数是针对于一项或某几项系统模型的能耗问题进行研究，缺乏从WSN整体分析网络能耗技术以及系统生存时间的计算方法。

无线传感器网络技术的日益发展与应用的逐步推广，促进了无线传感器网络系统建模与性能评测技术的研究。数学分析、计算机仿真与物理测试是研究与分析网络系统的三种主要技术手段。无线传感器网络软、硬件平台的差异性以及应用环境的多变性给无线传感器网络研究带来了前所未有的挑战。由于具有新的特点与约束，无线传感器网络的算法非常复杂，使得数学分析的实现十分困难。另一方面，由于无线传感器网络超大规模的特点，实际的系统物理测试也很难实现。无线传感器网络计算机仿真技术因此而兴起，并有效解决了大规模物理系统构建的困难，节约了研究成本，因而成为超大规模无线传感器网络系统研究与开发的主要手段。

国内外对无线传感器网络系统建模与仿真的研究主要集中在体系结构、系统建模和平台开发3个方面。其中，数学模型的选择将直接决定着仿真的准确性。目前，仿真软件所采用的各种数学模型，例如信道模型、能量模型、流量模型等，往往过于简单和抽象，不能真实的反应实际应用情况。因此，迫切需要根据实际环境，建立起能够真实反应实际环境的各类数学模型，提高仿真的准确率，进而对系统进行准确评估，验证网络系统性能，为网络构建与协议选择提供可靠的依据。而WSN仿真至关重要的一个参数就是能耗。无线传感器网络通常运行在人无法接近的恶劣甚至危险的远程环境中，能源无法替代，电源能量极其有限，网络中的传感器由于电源能量的原因经常失效，因此能量问题是无线传感器网络的核心问题。当前的能量建模都是从通信模块或处理器角度考虑，缺少对系统能耗情况进行整体分析与评估，因此一个能准确反应传感器节点耗能情况的模型至关重要。

发明内容

本发明是为了解决当前的无线传感器网络的能量建模都是从通信模块或处理器的角度考虑，没有对系统能耗情况的分析，不能准确反应无线传感器网络中节点耗能的情况，提出的一种无线传感器网络能耗仿真工具及其仿真方法。

无线传感器网络能耗仿真工具，它包括仿真平台模块、感知业务模块、无线信道模块和节点能耗模块，

所述仿真平台模块，用于设定无线传感器网络的无线电传播环境，并根据设定的无线电传播环境从无线信道模块中选择相应的无线信道模型；还用于设定感知业务，并将选择的无线信道模型和设定的感知业务信息发送给感知业务模块，还用于根据设定的无线电传播环境和节点能耗模块发送的节点能耗信息统计获得所模拟的无线传感器网络的能耗信息；

感知业务模块，用于在仿真平台模块发送无线信道模型下模拟相应的感知业务，还用于在模拟感知业务的过程中，在模拟数据发送过程时发送业务相关信息给节点能耗模块；

无线信道模块，用于存储多种现有无线电传播环境及其对应的无线信道模型；不同的信道环境对信号损失的影响不同，信号干扰和丢包率等指标都不相同，因此不同的信道环境需要使用不同的信道模块；

节点能耗模块，用于在接收到发送业务信息时，根据相应节点的工作能耗信息和发送业务信息模拟该节点的能耗信息，并将所该节点信息及该节点的能耗信息发送给仿真平台模块。

基于无线传感器网络能耗仿真工具的网络能耗仿真方法为：

初始化过程：在仿真平台模块上设定待模拟的无线网络的无线电传播环境，并根据所述无线电传播环境在无线信道模块选择相应的无线信道模型，

在仿真平台模块上设定感知业务，并将所述感知业务和无线信道模型发送给感知业务模块，使所述感知业务模块建立相应的感知业务模型；