[发明专利]支持无线传感网并行仿真和实物模拟的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种支持无线传感网并行仿真和实物模拟的装置及方法，用于准确描述不同建模复杂度下的无线传感网性能以及节点调试信息，属于无线传感网仿真和系统建模技术领域。

背景技术

无线传感网(Wireless Sensor Networks，WSN)以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点带来了一场信息感知革命。在继互联网之后，物联网正在凸显其所具有的革命性意义，而无线传感网作为物联网的重要支撑技术，其可以完成物理世界信息的智能采集和可靠传输，但无线传感网的高可靠、高能效运行是将其真正广泛应用的前提和挑战。相关技术的研究需要有效的仿真平台，支持大规模分簇无线传感网的模拟以验证技术的有效性；同时，对实现了相关技术的传感器节点进行嵌入式软件的调试也需要有效的测试平台，以支持节点和平台模型集成模拟网络，在相对真实的物理环境下运行以跟踪节点的工作数据，并模拟网络的运行状况。

目前，无线传感网的研究平台大致分为以下3种：

一、数学分析工具，其仅对模型验证有效，无法模拟整个网络的运行。

二、系统测试平台，其能够获取真实网络的运行参数，准确分析相关技术的有效性；，但是成本较高，可扩展性弱，还需要额外的数据处理平台。

三、仿真平台，其在对无线传感网进行系统建模的基础上，模拟节点、网络的工作过程，并集成数据存储、分析功能，验证相关技术的有效性，虽然其可信度与建模深度有关，但是能够方便对各种相关技术进行分析。

鉴于上述，仿真平台的设计和实现一直是无线传感网技术研究的热点和难点。

例如，申请号为201010100830.3的中国专利申请提供了“一种无线传感网仿真系统”，其包括多个组成单元，并建立了能量模型，支持仿真无线传感网的通信协议以及各种应用，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。但是该申请提出的仿真系统的结构没有与传感器节点、传感器网络的相映射，在仿真不同技术时，系统的可扩展性较弱。所有业务的完成，包括仿真初始化、事件调度等，都需要存取数据库，仿真的规模会受限。

申请号为200810115664.7的中国专利申请提供了一种“网络化嵌入式系统的仿真方法及其装置”，该装置包括服务端设备、现场可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，简称FPGA)的网络仿真设备以及若干个传感器节点，能够实现半实物的网络仿真。但是该申请中的节点是通过有线方式连接到仿真平台的，所以仿真规模受限于仿真平台接口；另外，节点集成在仿真系统中，虽然能够完成节点的功能测试，但是信道模型是由FPGA模拟的，因此仿真的并行化程度不高。

申请号为200710045602.9的中国专利申请提供了一种“基于无线传感网体系下的信息融合系统性能测试床”，该测试床采用了模块化机制，通过无线仿真模块提供高保真度的无线传感网环境，并在传感器节点和汇聚节点挂载信息融合模块，实现信息融合系统的测试；性能评估模块定量计算各项评价指标。该申请主要针对无线传感网络的信息融合系统提供了评价和测试的方法和装置，但未支持无线传感网其他相关技术的研究，传感器节点描述没有涵盖其主要的资源和任务。

综上，现有的仿真平台存在多项缺陷，例如随着网络建模深度、网络部署规模的增加，仿真平台的计算复杂度提高；仿真的结果与网络的实际应用偏差较远，无法调试节点的嵌入式程序。

发明内容

本发明的目的是提供一种支持无线传感网并行仿真和实物模拟的装置及适用于该装置的支持无线传感网并行仿真和实物模拟的方法，以解决现有技术存在的上述问题，为无线传感网技术研究提供一种可扩展、灵活配置的平台。