Диссертация (1137248), страница 14

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 14)

Ком­поненты OMNeT++ написаны на языке программирования С++.Готовых моделей, реализующих стандарты IEEE 802.15.4 и более высо­ких уровней в этой среде моделирования нет. Но существуют библиотекимодулей для OMNeT 4.0 INETMANET и MiXiM, на базе которых есть воз­можность построить модель БСС соответствующих этим стандартами.Модель состоит из стека протоколов основанного на стандарте IEEE802.15.4 и двух независимых от протокола модулей измерения энергии и мо­бильности. Структура узла-сенсора, использованная в модели, состоит из сле­дующих функциональных блоков:∙ Физический уровень и уровень доступа к среде, реализующие функциипо спецификации IEEE 802.15.4-2006.∙ Модуль интерфейса очереди IFQ, сохраняющий в буфере FIFO паке­ты данных, приходящие от верхних уровней и отправляемые к уровнюдоступа к среде по запросу.∙ Модуль трафика, генерирующий пакеты на узлах источниках и прини­мающий их на узлах получателях.∙ Модуль батареи, который предоставляет данные потребляемой каждымузлом энергии и позволяет моделировать время жизни сети.∙ Модуль мобильности, поддерживающий моделирование статических идинамических топологий.97Неподдерживаемые функции:∙ Многоадресный трафик.∙ Безопасность.∙ Протоколы сетевого уровня для БСС.Отсутствие поддержки протоколов сетевого уровня для БСС являетсясущественным недостатком симулятора OMNeT.

Также в некоторых рабо­тах [31] было выявлено расхожение результатов моделирования с работойреального оборудования.NS-2NS-2 – еще одна система дискретного моделирования для исследованиякомпьютерных сетей [93]. NS-2 позволяет эмулировать TCP/IP, широковеща­тельные протоколы, протоколы маршрутизации в проводных и беспроводных(локальных и спутниковых) сетях.NS-2 представляет собой систему с открытым исходным кодом, под ко­торую написано множество примеров моделирования сенсорных сетей.

Этообъектно-ориентированный программный продукт, ядро которого реализо­вано на языке C++. Язык скриптов (сценариев) OTcl (Object-oriented ToolCommand Language) используется в качестве интерпретатора.NS-2 полностью поддерживает иерархию классов C++ (называемую втерминах NS-2 компилируемой иерархией) и подобную ей иерархию классовинтерпретатора OTcl (называемую интерпретируемой иерархией). Обе иерар­хии обладают идентичной структурой, т.е. существует однозначное соответ­ствие между классом одной иерархии и таким же классом другой.Использование двух языков программирования в NS-2 объясняется сле­дующими причинами.

С одной стороны, для детального моделирования про­98токолов необходимо использовать системный язык программирования, обес­печивающий высокую скорость выполнения и способный управлять больши­ми объемами данных. С другой стороны, для удобства пользователя и быст­роты реализации и модификации различных сценариев моделирования луч­ше использовать язык программирования более высокого уровня абстракции.Такой подход является компромиссом между удобством использования и ско­ростью.В NS-2 в качестве системного языка используется язык C++, обеспечи­вающий: высокую производительность, работу с пакетам потоков на низкомуровне абстракции модели, модификацию ядра NS-2 с целью поддержки но­вых функций и протоколов.В качестве языка программирования высокого уровня абстракции ис­пользуется язык скриптов OTcl, позволяющий обеспечить ряд положитель­ных свойств, присущих языку Tcl/Tk (т.к.

OTcl является объектно-ориентиро­ванным расширением языка Tcl): простота синтаксиса, простота построениясценария моделирования, возможность соединения блоков, выполненных насистемных языках программирования. Объединение для совместного функ­ционирования C++ и OTcl производится с помощью TclCl (Classes Tcl). TclCl- интерфейс между объектами C++ и OTcl, которым пользуются NS-2 и nam.Некоторое время назад был сделан переход на новую версию эмулятора- NS-3 [94]. В нем реализована новая архитектура, в которой весь код мо­делей разрабатывается на универсальном языке программирования C++. Вактуальной на момент написания диссертации версии эмулятора 3.17 отсут­ствует поддержка стандартов сенсорных сетей, реализованы только моделибеспроводных устройств стандарта IEEE 802.11 (Wi-Fi).В научных исследованиях наибольшей популярностью по-прежнему поль­зуется эмулятор сетей NS-2.

Он поддерживает все необходимые функции какнижних, так и верхних уровней эталонной модели OSI для сенсорных сетей.99Кроме того его использование позволит сравнить результаты проводимого вработе имитационного моделирования с результатами аналогичных исследо­ваний. Поэтому он выбран в качестве базовой среды моделирования БСС.4.3.2. Комплекс программ для проведения моделированияНесмотря на наличие большинства необходимых функций по эмуляцииработы БСС, необходима программная надстройка для решения следующихзадач:∙ Реализация логики предлагаемых методов динамической реконфигура­ции сетей.∙ Решение задач линейной оптимизации.∙ Задание параметров работы сети в графическом режиме.Общая структура разработанного программного комплекса представлена нарис.

4.6Рис. 4.6. Структура разработанной программы моделирования100Функции, выполняемые ядром системы:∙ Размещение узлов сети.∙ Построение топологии по заданным критериям.∙ Вычисление мощности, потребляемой каждым узлом сети.Для решения задач линейного и частично-целочисленного линейного про­граммирования используется программный модуль lp_solve [95], широко при­меняемый для автоматизированного решения задач оптимизации, поставлен­ных в общей форме. В приложении Г приведены примеры входного и выход­ного файлов данной утилиты.Модуль графического отображения позволяет выводить на экран тополо­гию сети, а также информацию о параметрах функционирования отдельныхее элементов.4.3.3. Результаты имитационного моделирования БСС смобильным стокомИсходные параметрыПри моделировании будем использовать следующие параметры: Ретранс­ляторы размещаются в двумерной области размером LxL (L=300 м) коорди­наты , узлов выбираются случайным образом из равномерного распреде­ления от 0 до .К каждому ретранслятору подключено одинаковое количество дочернихоконечных устройств, генерирующих суммарный поток = 0, 2 кадра/с, раз­мер каждого пакета равен 100 байт.

Возможные позиции стока организованыв виде решетки 4 × 4.Построение сетевой топологииТопология сети формируется каждый раз при новом размещении шлюза. Все101узлы, находящиеся на расстоянии или меньшем от позиции стока, соеди­няются непосредственно с ним. Для остальных узлов родитель выбираетсяпоследовательным анализом следующих величин:1. Количество промежуточных маршрутизаторов (хопов) до стока.2.

Количество уже подключенных узлов.3. Расстояние до узла-родителя.Пример сети показан на рис. 2.1. Квадратами обозначены возможные положе­ния стока. Параметры потребляемой мощности в различных режимах взятыиз спецификации одного из доступных беспроводных модулей для сенсорныхсетей [87]. Все используемые константы сведены в таблицу 4.3.Параметр (обозначение)ЗначениеРазмер области, м (L)300Количество позиций стока (m)25 (решетка 4x4)Начальная энергия ретранслятора, кДж ( )20Размер кадра с данными от конечного устрой­100ства, байт ()Поток пакетов, генерируемый каждым око­0,2нечным устройством, кадров/c ()Минимальное время нахождения стока на лю­60бой позиции, с ( )Таблица 4.3.

Параметры, используемые при моделированииСтационарный стокПрежде всего необходимо смоделировать базовый случай псевдомобиль­ности, то есть работу сети при неподвижном стоке. Чтобы сохранить струк­туру задачи и уже на данном этапе ввести небольшой элемент оптимизации,возьмем возможных положений стока, которые в дальнейшем будут ис­пользоваться при планировании движения стока, и выберем из них такое ,102(а)(б )Рис. 4.7. Дисбаланс потребляемой мощности при статическом стокекоторое обеспечивает наибольшее время автономной работы:∈[1..] = argmax min∈[1..](4.1)Время работы сети со стационарным стоком вычисляется по формуле:∈[1..] ∈[1..] = max minНа рис.

4.7 еще раз проиллюстрирована проблема дисбаланса энергопо­требления при неподвижном стоке. Слева представлено случайное размеще­ние узлов сети и построена сетевая топология для оптимального положениястока . Справа показано распределение остаточной энергии после выходаиз строя первого по счету узла, который располагается вблизи позиции стока.Из рис. 4.7, б видно, что большинство остальных узлов все еще имеют более80% своей начальной энергии.Во всех исследуемых далее сценариях мобильности случай стационар­ного стока будет рассматриваться как точка отсчета, относительно которойбудет измеряться получаемое преимущество. Это объясняется тем, что самопо себе абсолютное значение времени автономной работы не несет никакой103смысловой нагрузки с точки зрения оценки того или иного метода, так какна него влияет огромное количество показателей (см.

главу 2). Например,достаточно всего лишь взять более емкие батареи, увеличив таким образом , и время работы сети пропорционально увеличится. Для оценки управля­емой мобильности важно относительное приращение этого времени для тойже самой сети по сравнению со случаем, когда мобильность отсутствует.В качестве целевого показателя будет рассматриваться функция относи­тельного приращения времени автономной работы, задаваемая следующимобразом: = (− 1) * 100%,(4.2)где - время жизни сети с неподвижным стоком - время автономной работы той же самой сети, в которой сток перемещаетсясогласно некоторому алгоритму.Прежде чем приступать к рассмотрению каждого из предлагаемых вдиссертации методов и алгоритмов, исследуем несколько важных факторов,которым, на взгляд автора, не было уделено достаточного внимания в преды­дущих работах, но которые оказывают существенное влияние на результа­ты моделирования.

Характеристики

Список файлов диссертации