基于PTOLEMY的无线数据采集系统的建模与设计

论文摘要

针对嵌入式系统所面临的越来越复杂的建模问题,人们提出了模型整合理论来实现复杂嵌入式系统的建模要求。然而现有的建模环境都是基于单一框架的建模工具,只能针对系统的某一方面模拟其部分行为,不能以混合的建模方式实现模型整合的要求。因此,我们迫切需要一种基于模型整合的设计方法学,实现对复杂嵌入式系统中各种不同子系统行为的层次异构化建模,从而简化系统设计阶段的建模工作。PTOLEMY项目研究了分布、并行、实时的嵌入式系统建模、仿真以及设计方法,为不同的应用领域抽象了丰富的通用型计算模型,提出了层次异构的建模思想,为异构系统的建模、仿真与设计提供建模方案,并实现了面向执行体构件的PTOLEMYⅡ建模仿真开发平台。本文从PTOLEMY建模思想出发,探索性地运用PTOLEMYⅡ建模平台对无线数据采集系统进行建模分析,设计了一个无线数据采集系统的模型并予以仿真实现。鉴于上述目标,本文主要做了如下工作：1运用PTOLEMY层次异构的建模思想对目标系统进行行为划分,分别对系统的噪声产生行为及噪声感应行为进行了模型抽象与设计实现。以PTOLEMY面向不同应用的计算模型对子系统的不同行为进行建模实现,整合子系统为完整的层次化异构模型。2提出了具有位移行为的噪声发生模型,抽象噪声对环境影响的行为特性,通过为噪声模型(noise)加入位移方法来实现对噪声动态特性的描述。用传感器配对算法(sensormatch)实现了传感器对噪声的感应处理行为及系统对区域噪声的有效控制功能。3提出了在传感器内部嵌入环境声音(sound)执行体,实现了对不同环境声音状况的个性化仿真描述；抽象待测环境中的噪声行为及传感器判定噪声超标的机理,提出了具有高度并行特性的声音传感器(sensor)实现。4为系统整体及子系统中的事件调度提出了一种面向执行体的调度策略AOEPTIDES。以模型时间延迟作为因子对全局事件队列进行分级划分,降低了安全事件选择的复杂性,为离散事件(DE)域的事件处理提供了一种面向执行体的调度方式。最后对本文工作进行总结,分析整个工作中的心得与不足。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和选题意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 选题意义
• 1.2 嵌入式系统建模研究
• 1.3 论文所做的工作及章节安排
• 1.4 本章小结
• 第二章 无线传感器网络及其建模综述
• 2.1 无线传感器网络系统概念及组成要素
• 2.2 WSNs体系结构
• 2.2.1 传感器节点（Sensor）结构
• 2.2.2 无线传感器网络协议栈
• 2.3 无线传感器网络现有的仿真环境
• 2.4 PTOLEMY建模思想的应用意义
• 2.5 本章小结
• 第三章 模型整合建模环境PTOLEMY Ⅱ
• 3.1 引言
• 3.2 PTOLEMY Ⅱ中的计算模型——域
• 3.2.1 离散事件域（DE）
• 3.2.2 无线域（WireLess）
• 3.3 层次异构模型整合
• 3.4 面向执行体的设计
• 3.5 通信机制
• 3.6 面向执行体的PTIDES调度策略——AOEPTIDES
• 3.6.1 PTIDES调度策略简介
• 3.6.2 面向执行体的调度策略AOEPTIDES
• 3.6.3 实例演示与对比分析
• 3.6.4 调度策略特性分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 噪声超标监测系统的建模设计
• 4.1 系统功能及需求分析
• 4.2 可行性研究及系统分解
• 4.2.1 声音源（sound/noise）的可行性分析
• 4.2.2 Sink节点及声音通道分析
• 4.2.3 声音传感（Sensor）可行性分析
• 4.2.4 服务端（Service）可行性分析
• 4.3 子系统建模实现
• 4.3.1 sound/noise模型实现
• 4.3.1.1 sound建模实现
• 4.3.1.2 noise建模实现
• 4.3.2 sensor建模实现
• 4.3.3 sink模型实现
• 4.3.4 service模型实现
• 4.4 层次异构整合建模
• 4.5 本章小结
• 第五章 模型系统仿真分析及横向对比
• 5.1 Noise模型的行为仿真
• 5.1.1 noise噪声产生行为实验
• 5.1.2 noise位移行为仿真实验
• 5.2 完整系统仿真实验
• 5.2.1 单点系统模型仿真
• 5.2.2 完整模型系统的运行分析
• 5.3 与实际噪声超标监测系统的对比论述
• 5.4 建模及设计方法对比
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文主要工作总结
• 6.2 下一阶段工作展望
• 6.3 本章小结
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间发表论文