无线传感器网络仿真平台SnSim的研究与实现

论文摘要

作为一种新兴技术,无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)在近几年内发展迅速,被广泛应用于环境监测、交通控制、智能房屋、情报搜集等生产、生活、国防各个重要领域中。无线传感器节点上各种传感器感知到的温度、湿度等物理状态可以帮助人们更好地对未知、危险等条件下的监测环境进行更好的了解。随着传感器网络越来越广泛地应用,对传感器网络的研究也与日俱增,但是在传感器网络上进行实验有着各种各样的困难。首先,构造一个大规模的传感器网络造价昂贵,其次,在真实网络上进行重复实验很难使外部环境达到一致,而且实验环境的部署也有很多困难。总之,要在真实环境下进行传感器网络的实验代价大而且实现复杂。由于上述原因,构造真实系统的模型并在模型上进行实验成为传感器网络系统分析、研究的有效手段。构造一个有效的传感器网络模型对于减少实验成本、缩短实验时间、特别是比较算法有效性方面有着非常迫切的需求。本文对传感器网络仿真平台的模型描述、仿真策略、系统规范及结果分析等各个方面进行了深入的研究。证明了仿真模型与真实系统的同态性,这种同态性表明本系统模型与实际系统具有相似的特性和变化规律,从而可以在一定程度上由此仿真系统取代现实系统进行分析和研究。根据仿真模型,我们设计并实现了无线传感器网络仿真平台SnSim (Sensor Network Simulator)。本文描述了它的功能需求和系统模块的划分,并对各模块功能及相关概念进行了详细阐述。本文还详细介绍了该系统的体系结构、实现方式和主要技术特点。开发SnSim系统的最终目的在于在其上实现用户定义算法并对用户算法实现结果进行评测。本文最后通过讨论两个真实开发案例演示了SnSim的可用性和可扩展性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 无线传感器网络
• 1.2 网络特点
• 1.3 发展历史
• 1.4 无线传感器网络仿真的国内外研究现状
• 1.5 本文主要解决的问题及组织结构
• 1.6 本文贡献
• 第二章 相关技术
• 2.1 无线网络数据传输技术
• 2.2 传感器数据感应技术
• 2.2.1 容栅式传感器
• 2.2.2 磁电感应式传感器
• 2.2.3 电容式传感器
• 2.3 节点结构
• 2.4 Eclipse RCP
• 2.5 GEF技术
• 2.6 小结
• 第三章 仿真模型
• 3.1 系统模型及仿真策略
• 3.1.1 模型描述
• 3.1.2 模型的时基和轨迹
• 3.1.3 仿真过程分析
• 3.2 系统规范的分层描述
• 3.2.1 观测框架
• 3.2.2 I/O关系
• 3.2.3 结构同态及行为同态
• 3.3 仿真结果分析
• 3.3.1 建立置信区间
• 3.3.2 应用方差减少技术
• 3.4 小结
• 第四章 仿真平台设计与实现
• 4.1 需求分析
• 4.2 体系结构
• 4.2.1 系统内核
• 4.2.2 实现层分析
• 4.2.3 UI设计
• 4.2.4 界面层实现
• 4.2.5 开发方式
• 4.3 特点及主要功能
• 4.3.1 基于活动扫描的离散事件调度
• 4.3.2 插件支持及功能扩展点
• 4.3.3 用户自定义配置策略
• 4.3.4 兼容OSGi规范
• 4.3.5 以事件触发用户代码
• 4.4 小结
• 第五章 SnSim实际应用举例
• 5.1 基于SnSim系统上的二次开发
• 5.2 SnSim在算法实现与评测中的应用
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻硕期间论文发表情况
• 攻研期间科研情况