2.1 глава (1219040)

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

Текст из файла

2 Моделирование беспроводной сенсорной сети

2.1 Особенности моделирования работы беспроводных сенсорных сетей

Моделирование начинается с описания реальной системы. Такое описание представляет собой имитационную модель, построенную на основе понимания величин, атрибутов, событий, каналов и т. д. Поэтому, разработчик модели описывает эти структуры моделирования в терминах сущностей и их отношений и реализует поведение этих субъектов и реакцию на события. Системы моделирования БСС четко отделяют реализацию процесса моделирования от описания модели и экземпляров исследуемой системы:

• ядро процесса моделирования и основных объектов модели поставляются в виде набора программных библиотек на языке программирования высокого уровня, как правило, Java или C ++;

• некоторые виды сценарных языков программирования (TCL, например) или языки разметки (XML, например), как правило, используются для описания модели, то есть установления (объявления) отношений между субъектами. Эти средства позволяют единообразный и эффективный подход к описанию модели и ее конфигурации;

• кроме того, некоторые библиотеки часто включают поддержки графического представления или сбора статистических данных и анализа.

Таким образом, система моделирования обычно состоит из базовой библиотеки для моделирования, библиотеки вспомогательных средств, и системы описания и конфигурации моделей. Сама форма развертывания пакета зависит от реализации. Некоторые пакеты предоставляют средства, которые переводят описания моделей в объекты языка реализации моделирования. Другие обеспечивают визуальный интерфейс [27].

Важнейшими свойствами программных комплексов для моделирования БСС являются:

• повторное использование и доступность;

• производительность и масштабируемость;

• поддержка сценарных языков и других способов описания моделей;

• средства визуализации и отладки.

Повторное использование и доступность. Моделирование используется для тестирования новых методов в различных условиях реальной среды. Исследователи, как правило, заинтересованы в сравнении производительности новой техники от существующих предложений. Таким образом, два ключевых аспекта: включает ли инструмент моделирования реализацию разных общих моделей, насколько легко изменить или интегрировать новую модель с уже существующими.

Производительность и масштабируемость. Производительность и масштабируемость являются серьезной проблемой систем моделирования БСС. Обычно ограничения накладывает эффективность языка программирования и аппаратные ресурсы компьютера. Кроме того, тип моделирования подразумевает некоторые ограничения: Режим эмуляции подразумевает работу в реальном времени, поэтому оно не может быть сколь угодно долгим. Взаимодействие с окружающей средой, распространение радиоволн, подвижность узлов увеличивают потребность в ресурсах для системы моделирования. Моделирование несколько сотен тысяч узлов остается сложной проблемой [28].

Поддержка сценарных языков и других способов описания моделей. Конфигурация БСС как минимум требует ответа на вопросы: сколько узлов имеется в сети, где каждый узел размещается, перемещаются ли они, как энергия используется, какова физическая среда, как генерируются события и т. д. Огромное количество переменных, участвующих в определении эксперимента БСС требует использования специальных языков описания с высоким уровнем семантики. Кроме того, вполне вероятно, что большое количество выходных данных образуются также через множество реплик экспериментов. Поэтому важен подходящий выходной язык, что позволяет получить результаты экспериментов как можно более точными.

Средства визуализации и отладки. Во-первых, средства визуализации позволяют быстро обнаружить некорректное поведение системы, можно отслеживать выполнение моделирования. Во-вторых, визуальное моделирование обычно облегчает и ускоряет разработку небольших экспериментов. Однако при больших масштабах моделирования, это не очень практично. И в третьих, можно быстро визуализировать результаты без дополнительной обработки данных.

2.2 Обзор средств моделирования беспроводных сенсорных сетей

На сегодняшний день известно достаточно много сетевых симуляторов. Одними из популярных продуктов являются: OPNET, NS2, NS3, OMNET, OMNET++.

2.2.1 OPNET Modeler

OPNET Modeler – современная среда моделирования, способная к моделированию поведения сетевых процессов (протоколы коммуникации), сетевых компонентов (серверы, автоматизированные рабочие места, выключатели, маршрутизаторы, и т.п.), приложений (http, ftp, электронная почта, VoIP, база данных, и т.п.) и их расширенных комбинаций (подсети, исправленные и беспроводные сети, и т.п.) Она также поддерживает дифференцированные услуги с процессом конфигурации, довольно близким к конфигурации реальных систем. Встроена возможность создавать модели и сценарии экспериментов, как с помощью графического интерфейса, так и с помощью кода C++. Включает следующие модули: Netbiz (проектирование и оптимизация вычислительной системы), Modeler (моделирование и анализ производительности сетей, компьютерных систем, приложений и распределенных систем), ITGuru (оценка производительности коммуникационных сетей и распределенных систем) [29].

2.2.2 NS-2

NS-2 (Network Simulator Version 2) – объектно-ориентированная среда имитационного моделирования дискретных событий и состояний с открытым исходным кодом, которая разработана в рамках проекта VINT . Для описания моделей на NS-2 используются языки C++/C и OTCL. Протоколы библиотеки моделей написаны на C++/C, в то время как OTCL позиционируется как управляющий язык, целью которого является построение среды моделирования [28].

Для мобильных сенсорных сетей, симулятор имеет поддержку стандартов IEEE 802.11 и 802.15.4 типа беспроводного MAC. Последний является более подходящим для сенсорных сетей, поскольку он включает в себя несколько основных моделей энергопотребления и более близок к тем, которые используются в общих сенсорных узлах. Поддержка алгоритма маршрутизации сенсорного узла поддерживает стандартные беспроводные IP-сети ad hoc протоколов. Для визуализации моделей используется модуль анимации событий, происходящих в сети, – Network AniMator (NAM). После компиляции исходного кода модели в исполняемый файл и запуска его для создания файлов трассировки, результаты моделирования можно наблюдать с помощью Network AniMator (NAM). Симуляции, беспроводные модели каналов и всенаправленных антенн представляются в двумерном пространстве, что исключает детальность моделирования окружающей среды с учетом влияния препятствий и сооружений. Моделирование простейших сенсорных узлов сведено к приему, отправке и состоянию простоя. NS-2 не имеет возможности моделирования в режиме ОС реального времени или приложений задержки выполнения кода. Но задержки в MAC и на уровне беспроводного канала связи могут быть определены.

NS-2 не обладает масштабируемостью для больших сенсорных сетей, так как имеет место экспоненциальное замедление времени моделирования. Симулятору не хватает модели приложений и снабжения протоколов, аппаратных моделей и поддержки сенсорных сетей. Имеющееся же обеспечение существенно отличается от используемого в сенсорных узлах. Большое количество общедоступных расширений и активный процесс разработки симулятора повышает риск ошибок и неточных или неправильных результатов моделирования. Чтобы избежать этого, NS-2 содержит список проверенных имитационных моделей на своем сайте.

Изначально NS-2 поддерживал моделирование только статических компьютерных сетей, использующих протокол TCP/IP. Однако сейчас мобильные узлы поддерживаются, что позволяет моделировать мобильные сети ad-hoc. Поддерживаются протоколы маршрутизации ad-hoc AODV, DSDV, DSR и TORA, но они требуют доработки для корректной работы с мобильными узлами [29].

2.2.3 NS-3

NS-3 (Network Simulator Version 3) – сетевой симулятор дискретных событий, который ориентирован, в первую очередь, на научные исследования и образовательные цели. NS-3 является свободным программным обеспечением, распространяемым в соответствии с лицензией GNU GPLv2, и доступен всем для исследования, разработки и использования. Целью проекта NS-3 является разработка предпочтительной открытой среды моделирования для исследования сетей: она должна быть разработана в соответствии с потребностями моделирования современной сети.

NS-3 является очень гибким и в то же время мощным средством моделирования за счёт использования C++ в качестве встроенного языка описания моделей. Так же, помимо С++, может использоваться Python. Оба языка в симуляторе равноправны и принимаются для описания моделей телекоммуникационных систем.

В NS-3 разработаны модели беспроводных типов сетей, позволяющие проводить моделирование даже с движущимися объектами в трёхмерном пространстве. Разработаны модели для построения проводных топологий различной сложности, а также смешанных. Присутствует реализация различных типов Mesh-сетей на основе стека протоколов IEEE 802.11s. Разработан FrameWork под названием FlowMonitor, предоставляющий очень гибкие методы сбора самых различных показаний с моделируемых активных сетевых устройств и каналов связи. Симулятор не имеет собственного графического интерфейса, однако для средств визуализации моделей используются проекты NetAnimator и PyViz [28,30].

2.2.4 OMNeT++

OMNeT++ (Objective Modular Network Testbed in C++) – среда имитационного моделирования дискретных событий и состояний с открытым исходным кодом, основанная на компонентах, которая становится всё более популярной. Основная область применения – моделирование сетей передачи данных, информационных систем и бизнес-процессов. Модули OMNeT++ программируются в С++, а затем собраны в более крупные компоненты с использованием языка высокого уровня NED Network Development Language). Разработка NED-программ может быть выполнена в текстовом редакторе или с использованием удобного графического интерфейса, в котором отдельные модули стека протокола представлены графически (пиктограммами), видна их иерархия. Затем NED-программы генерируются автоматически. Модель, созданная в OMNet++, позволяет оценить и поведение протокола в различных условиях (по усмотрению исследователя), и вычислить числовые характеристики результатов эксперимента. На базе OMNet++ разработаны многие другие модули, которые обычно рассматриваются как отдельные симуляторы. OMNeT ++ имеет обширную поддержку GUI, и, благодаря своей модульной архитектуре, ядро моделирования (и модели) могут быть легко встроены в разрабатываемые приложения [27,28].

Основные компоненты:

• библиотека ядра моделирования;

• язык описания топологии NED;

• интегрированная среда разработки OMNeT ++ IDE на базе платформы Eclipse;

• графический интерфейс для выполнения моделирования;

• командная строка пользовательского интерфейса для исполнения моделирования (Cmdenv);

• утилиты (Makefile инструмент для создания и т.д.);

• документация, примеры моделирования и т.д.

OMNeT ++ работает на ПК под управлением Windows, Linux, Mac OS X и других UNIX-подобных системах. Для OMNeT ++ IDE требуется Windows, Linux, или Mac OS X.

На базе среды моделирования OMNeT++ 4.6 построен симулятор различных протоколов беспроводных сенсорных сетей Castalia (текущая версия 3.2). В нём также реализована модель соответствующая стандарту IEEE 802.15.4.

2.2.5 Сравнительный анализ систем моделирования сетей

Ниже приведена таблица характеристик программных комплексов для симуляции беспроводных сетей (таблица 2.1).

Таблица 2.1 Сравнительная таблица систем моделирования БСС [27 - 30]

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов ВКР