[发明专利]一种无线传感器网络仿真系统

摘要

本发明公开了一种无线传感器网络仿真系统，仿真系统包括用户界面、底层模块库、节点构件库、仿真环境场景库、运行对象库、参数配置库、节点组成关系库、业务数据库、包信息库、包头信息库、模块注册单元、模块选择单元、模块组装单元、参数设置单元、拓扑数据生成单元、业务调度单元、显示单元和结果统计单元。本发明针对WSN以数据为中心、面向应用的特点，仿真WSN环境下通信协议及各种基于WSN的应用，另外根据需要可以对仿真系统进行模块化扩展。由于具有能量模型，在进行WSN仿真测试时，本发明可同步地统计各个传感器节点的能耗，客观实际地为研究方案提供参考性的技术指标。

主权项

一种无线传感器网络仿真系统，其特征在于：该无线传感器网络仿真系统包括用户界面、底层模块库(101)、节点构件库(102)、仿真环境场景库(103)、运行对象库(104)、参数配置库(105)、节点组成关系库(106)、业务数据库(107)、包信息库(108)、包头信息库(109)、模块注册单元(2)、模块选择单元(3)、模块组装单元(4)、参数设置单元(5)、拓扑数据生成单元(6)、业务调度单元(7)、显示单元(8)和结果统计单元(9)；用户界面是用户操作使用该无线传感器网络仿真系统的一个可视化界面；底层模块库(101)用于保存用户为了完成仿真所需的功能而注册的模块，其中包括保存模块名、模块对应的类文件即代码、模块对应的数据包包头以及三者之间的对应关系；节点构件库(102)用于保存由用户从底层模块库(101)中选出的用于组装传感器节点内部结构的所有模块，即节点构件模块，保存内容包括模块名和对应模块的功能描述信息；所述传感器节点内部结构是指由模块和模块之间的数据流向和上下层关系构成的结构，所述节点构件模块包括应用模块、传输模块、路由模块、链路模块、队列模块、媒体访问控制模块、物理模块和信道模块；仿真环境场景库(103)用于保存由用户从底层模块库(101)中选出的用于仿真过程中对各种仿真场景进行仿真的模块，即仿真环境模块，保存内容包括模块名和对应模块的功能描述信息；所述仿真环境模块包括随机数产生模块、网络拓扑结构生成模块、队列调度模块和结果分析模块；运行对象库(104)用于保存由拓扑数据生成单元(6)生成在仿真过程中实际运行的各个模块类对应的对象引用；参数配置库(105)用于保存节点构件库(102)和仿真环境场景库(103)中的所有模块的参数以及无线传感器网络仿真系统的全局参数；节点组成关系库(106)用于保存传感器节点内部结构，即模块组装单元(4)对节点构件库(102)中所有模块进行组装之后的输出；业务数据库(107)用于保存在仿真过程中生成的所有业务数据，包括记录仿真过程产生的每个数据包的发送源地址、目的地址、数据包类型，处理该数据包使用的传输协议、传感器节点处理这个数据包的能量损耗；包信息库(108)用于在包头注册之后保存其包头名和编号；包头信息库(109)用于在包头注册之后保存其包头地址偏移量域值；模块注册单元(2)用于完成模块注册功能和对应模块的包头注册功能；模块注册功能是指：模块注册单元(2)通过用户界面接收用户提交的模块名、模块对应代码和模块描述，根据模块名到底层模块库(101)中查找是否存在具有相同名称的模块，如果已存在具有相同名称的模块则返回一个错误提示到用户界面，如果没有则修改仿真系统中的静态类文件，然后仿真系统对模块对应类文件和静态类文件进行动态编译，模块注册单元(2)将模块名、对应类文件名信息保存在底层模块库(101)中；包头注册功能是指模块注册单元(2)在获得来自用户界面的包头名和对应的模块名后，首先根据模块名到底层模块库(101)中查找对应模块代码文件，然后读取其中模块需要保存数据的内存大小，同时在底层模块库(101)中对应模块项中加入从用户界面获得的包头名，然后模块注册单元(2)会为这个包头分配一个唯一的编号，在包信息库(108)中保存该包头名和编号，最后模块注册单元(2)根据上面得到的模块需要的内存大小在包头信息库(109)中保存对应包头地址偏移量域值；如果要注册的包头对应的模块不存在，则模块注册单元(2)通过用户界面返回一个错误提示；模块选择单元(3)根据用户在用户界面上的选择，在底层模块库(101)中选择属于组成传感器节点内部结构的节点构件模块保存在节点构件库(102)中，选择属于构建仿真场景的仿真环境模块保存在仿真环境场景库(103)中，模块选择单元(3)将选择模块的模块名和该模块的功能描述信息输出到节点构件库(102)和仿真环境场景库(103)；模块组装单元(4)用于将节点构件库(102)中保存的所有模块输出到用户界面上，用户通过用户界面按照需求对已列出来的模块进行组装，模块组装单元(4)通过用户界面获得用户组装的结果，将组装后的结果保存在节点组成关系库(106)中；参数设置单元(5)用于完成用户对所有保存在节点构件库(102)和仿真环境场景库(103)中的模块的参数进行添加、删除和修改操作，并根据用户的操作修改参数配置库(105)对应的内容；拓扑数据生成单元(6)读取参数配置库(105)中的全局数据，并将全局数据传递给显示单元(8)；拓扑数据生成单元(6)从节点组成关系库(106)中读取传感器节点内部结构，根据得到的模块名和自定义的模块对象生成方法，为每一个参与组装的模块都生成一个对应的对象，以数组的形式保存到运行对象库(104)中；拓扑数据生成单元(6)还从节点组成关系库(106)中得到每个模块的类型，再根据节点组成关系库(106)保存的模块的属性完成一个传感器节点中各模块对象的数据指向关系，完成一个传感器节点组装，并对传感器节点的坐标进行初始化；拓扑数据生成单元(6)还要根据仿真环境场景库(103)中保存的模块信息生成仿真环境模块对应的模块对象，再根据参数配置库(105)中保存的模块参数对生成的模块对象进行配置，并将配置完的模块对象的对象引用保存在运行对象库(104)中；业务调度单元(7)读取运行对象库(104)中的数据，在获得所有传感器节点和传感器节点内模块的引用后，业务调度单元(7)按照各模块的上下层关系通过统一接口依次调用传感器节点内的所有模块对象的函数，各模块对传入自身的数据包进行封装，同时加入自己的数据；业务调度单元(7)在其缓冲区变满时，将缓存数据保存于仿真业务数据库(107)中；显示单元(8)首先接收用户在用户界面上的选择，如果用户选择查看传感器节点内部结构则显示单元(8)读取节点结构关系库(106)中的数据，按照数据绘制图表显示到用户界面；如果用户选择查看仿真过程，则显示单元(8)根据从拓扑数据生成单元(6)传递过来的全局数据配置用户界面，同时监听业务数据库(107)，将其中的数据以动画方式显示到用户界面；结果统计单元(9)首先从运行对象库(104)中查找用于统计分析的模块对应的对象引用，从业务数据库(107)中读取业务数据，将读取的业务数据传送给在运行对象库(104)查找到的对象引用，调用相应函数进行处理，并将处理结果以图表的形式显示在用户界面上。