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,1206 北京科技大学学报 第31卷 (4)协议实现的验证，各个节点的时钟同步精 VRF的状态得出的四个节点的网络行为，各个事件 度比较低，且很难同步收集多个节点的信息，因此实 时标是统一时钟下的绝对时间，精确地验证了图7 际环境中观察TDAM协议的行为验证协议实现困 协议的实现，通过不断调整参数，收集各个事件的 难、复杂甚至无法实践，本文平台中MCU和网络 准确时长，可以得到一个合适的同步周期，准确地分 的行为经过同一个全局时钟的同步，可以验证实时 配时隙，指导能耗管理，这为TDMA等实时性要求 性要求比较高的应用，哈佛大学的Motelab,通过以 严格的协议的研究提供了强大的支持 太网将各个试验节点互联起来，其收集到的信息时 本文所述平台还具有以下优点：不用重新编写 标是由各个节点的局部时钟给出的，在一定意义上， 仿真代码直接运行应用程序代码；真正实现了各个 其精确度不如本文的系统，图8是通过收集各个 节点程序的并行仿真等 Sink 节点1 a节点2 节点3 1“ Sink ro .co8o 生形 节点1 节点2 C同 节点3互 到 图8TDMA协议的仿真 Fig-8 Simulation of TDMA protocol [D/OL].[2008-12-28].http://www.opnet.com 5结语 [5]Kevin F.Kannan V.The ns Manual[M/OL].[2009-0130] http://www-isi-edu/nsnam/ns/ 实验证明HybridWSNSim极大程度地方便了 [6]Zeng X.Rajive B.Mario G.GloMoSim:a library for parallel 调试、测试，且能为WSN应用的优化提供准确的信 simulation of large-scale wireless networks Proceedings of the 息.目前设计的平台可支持使用CC2420、CC1100 Workshop on Parallel and Distributed Simulation PA DS.Alber 的节点的仿真，在本文设计的FPGA原型中共实现 ta,1998,154 了八个VRF和VCH,外围接入了四个实际的MCU [7]Philip L.Nelson L.TOSSIM:A Simulator for TinyOS Net- works[M/OL].[2007-08-27].http:/www.cs.berkeley- 部分，但占用FPGA逻辑资源和可用管脚资源均不 edu/-pal/pubs/nido.pdf 到10%.因此，一块这样的PCB板至少可以实现80 [8]Perrone L.Nicol D.A scalable simulator for TinyOS applications/ 个节点的仿真，多块PCB板的互联可以实现大规模 Proceedings of the 2002 Winter Simulation Conference Califor- 的高保真度的仿真，本文设计的仿真平台在开发 nia,2002,679 WSN的应用中应该具有很好的应用前景，由于硬 [9]Chen J M.Lin R Z,Sun Y X.Development of simulation envi- 件实现状态机具有天然的优势，因此在该平台上实 ronment WSNSim for wireless sensor networks.Chin J Sens Ac- Luators,2006,19(2):457 现一个合适的能量评估模型将是未来研究的重点， (陈积明，林瑞仲，孙优贤.无线传感器网络仿真平台WS NSim 参考文献 的设计.传感技术学报，2006,19(2)：457 [10]Allen G W.Swieskowski P,Welsh M.MoteLab:a wireless [1]Szewezyk R.Polastre J.Mainwaring A.et al.Lessons from a sensor network testbed//Proceedings of Information Processing sensor network expedition /The First European Workshop on in Sensor Networks.California.2005:483 Wireless Sensor Networks (EWSN).Berlin.2004:307 [11]Ringwald M.Cortesi M.Romer K.et al.Demo abstract:pas- [2]Fraboulet A.Chelius G.Fleury E.Worldsens:development and sive inspection of deployed sensor networks with SNIF//The 4th prototyping tools for application specific wirelesssworks European Conference on Wireless Sensor Networks.Delft. IPSN 2007:Proceedings of the Sixth International Symposium 2007.45 on Information Processing in Sensor Networks.Cambridge, [12]Dyer M,Beutel J.Thiele L,et al.Deployment support net- 2007.176 work-a toolkit for the development of WSNs//The 4th Euro- [3]Wan YD,Li L.He J,et al.Anshan:wireless sensor networks pean Conference on Wireless Sensor Networks.Delft,2007:195 for equipment fault diagnosis in process industry/IEEE SECON [13]Girod L,Elson J.Cerpa A.et al.EmStar:a software environ- 2008.California.2008:314 ment for developing and deploying wireless sensor networks [4]Ranjan K.OPNET IT Guru:A Tool for Networking Education USENIX 2004.California:2004:283（4） 协议实现的验证．各个节点的时钟同步精 度比较低且很难同步收集多个节点的信息因此实 际环境中观察 TDAM 协议的行为验证协议实现困 难、复杂甚至无法实践．本文平台中 MCU 和网络 的行为经过同一个全局时钟的同步可以验证实时 性要求比较高的应用．哈佛大学的 Motelab通过以 太网将各个试验节点互联起来其收集到的信息时 标是由各个节点的局部时钟给出的在一定意义上 其精确度不如本文的系统．图8是通过收集各个 VRF 的状态得出的四个节点的网络行为各个事件 时标是统一时钟下的绝对时间精确地验证了图7 协议的实现．通过不断调整参数收集各个事件的 准确时长可以得到一个合适的同步周期准确地分 配时隙指导能耗管理．这为 TDMA 等实时性要求 严格的协议的研究提供了强大的支持． 本文所述平台还具有以下优点：不用重新编写 仿真代码直接运行应用程序代码；真正实现了各个 节点程序的并行仿真等． 图8 TDMA 协议的仿真 Fig．8 Simulation of TDMA protocol 5 结语 实验证明 HybridWSNSim 极大程度地方便了 调试、测试且能为 WSN 应用的优化提供准确的信 息．目前设计的平台可支持使用 CC2420、CC1100 的节点的仿真．在本文设计的 FPGA 原型中共实现 了八个 VRF 和 VCH外围接入了四个实际的 MCU 部分但占用 FPGA 逻辑资源和可用管脚资源均不 到10％．因此一块这样的 PCB 板至少可以实现80 个节点的仿真多块 PCB 板的互联可以实现大规模 的高保真度的仿真．本文设计的仿真平台在开发 WSN 的应用中应该具有很好的应用前景．由于硬 件实现状态机具有天然的优势因此在该平台上实 现一个合适的能量评估模型将是未来研究的重点． 参 考 文 献 ［1］ Szewczyk RPolastre JMainwaring Aet al．Lessons from a sensor network expedition ∥ The First European Workshop on Wireless Sensor Networks （ EWSN）．Berlin2004：307 ［2］ Fraboulet AChelius GFleury E．Worldsens：development and prototyping tools for application specific wireless sensors networks∥ IPSN2007：Proceedings of the Sixth International Symposium on Information Processing in Sensor Networks． Cambridge 2007：176 ［3］ Wan YDLi LHe Jet al．Anshan：wireless sensor networks for equipment fault diagnosis in process industry∥ IEEE SECON 2008．California2008：314 ［4］ Ranjan K．OPNET IT Guru：A Tool for Networking Education ［D／OL ］．［2008—12—28］．http：∥www．opnet．com ［5］ Kevin FKannan V．The ns Manual ［ M／OL ］．［2009—01—30］ http：∥www．isi．edu／nsnam／ns／ ［6］ Zeng XRajive BMario G．GloMoSim：a library for parallel simulation of large-scale wireless networks∥ Proceedings of the Workshop on Parallel and Distributed Simulation PADS．Alberta1998：154 ［7］ Philip LNelson L．TOSSIM：A Simulator for TinyOS Networks［ M／OL ］．［2007—08—27］．http：∥ www．cs．berkeley． edu／-pal／pubs／nido．pdf ［8］ Perrone LNicol D．A scalable simulator for TinyOS applications∥ Proceedings of the2002Winter Simulation Conference．California2002：679 ［9］ Chen J MLin R ZSun Y X．Development of simulation environment WSNSim for wireless sensor networks．Chin J Sens Actuators200619（2）：457 （陈积明林瑞仲孙优贤．无线传感器网络仿真平台 WSNSim 的设计．传感技术学报200619（2）：457 ［10］ Allen G WSwieskowski PWelsh M．MoteLab：a wireless sensor network testbed∥ Proceedings of Information Processing in Sensor Networks．California2005：483 ［11］ Ringwald MCortesi MRömer Ket al．Demo abstract：passive inspection of deployed sensor networks with SNIF∥ The4th European Conference on Wireless Sensor Networks． Delft 2007：45 ［12］ Dyer MBeutel JThiele Let al．Deployment support network—a toolkit for the development of WSNs∥ The 4th European Conference on Wireless Sensor Networks．Delft2007：195 ［13］ Girod LElson JCerpa Aet al．EmStar：a software environment for developing and deploying wireless sensor networks∥ USENIX 2004．California2004：283 ·1206· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷