協議研究方法論暨常用於WSN的仿真工具介紹

爲評價無線傳感器網絡協議算法的性能，僅通過實驗是無法實現的，特別是包含大量節點的大規模無線傳感器網絡，更是很難通過實驗來實現(實際上，上百個節點的實驗己經比較難以管理與實現)。

爲了實現無線傳感器網絡的仿真，研究人員設計開發(或在現有平臺建立無線傳感器網絡模型)了許多的仿真平臺，包括NS-2, OPNET, SensorSim, EmStar, OMNet, G1oMoSim, TOSSIM, PowerTOSSIM等。

NS-2

NS-2 (Network Simulator-2)是著名的用於網絡研究的離散事件仿真工具，裏面包括了大量的用於在有線或無線、本地連接或通過衛星連接進行TCP協議、路由算法、多播協議仿真的網絡協議、調度器和工具。NS-2主要致力於OSI模型的仿真，包括物理層的行爲。NS-2可以對仿真進行詳細的跟蹤並用仿真工具“網絡動畫播放器”C Network Animator } NAM)進行回放。NS-2是開放源碼的自由軟件，可以免費下載[[1]。有一些研究小組對NS-2進行了擴展，使它能支持無線傳感器網絡的仿真，包括傳感器模型、電池模型、小型的協議棧、混合仿真的支持和場景工具等。由於NS-2對數據包級進行非常詳細的仿真，接近於運行時的數據包數量，使得其無法進行大規模網絡的仿真。

OPNET

OPNET建模工具是商業化的通信網絡仿真平臺。OPNET採用網絡、節點和過程三層模型實現對網絡行爲的仿真。其無線模型是採用基於流水線的體系結構來確定節點間的連接和傳播，用戶可指定頻率、帶寬、功率和包括天線增益模式和地形模型在內的其它特徵。OPNET提供了很多的模型，包括TCP/IP, 802.1 I , 3G等。並已有一些研究人員在OPNET上實現對TinyOS的NesC程序的仿真. 但要實現無線傳感器網絡的仿真，還需要添加能量模型，而OPNET本身似乎更注重於網絡QoS的性能評價。

SensorSim

SensorSim是建立在NS-2的一個採用DSR的802.11網絡模型上的。SensorSim是用於WINS平臺的，需要用SensorWare Tel腳本進行設計。SensorSim在仿真時跟蹤了節點的能量使用情況，其能量模型來自WINS節點，使得其無法用於Mote平臺的仿真。另外，SensorSim已經停止開發和支持，也無法下載到程序代碼。

EmStar

EmStar提供了在仿真和基於iPAQ的運行Liunx的節點之間靈活切換的環境，用戶可以選擇在一個主機上運行多個虛擬節點進行仿真，也可以在一個主機上運行多個與真實的節點進行橋接的虛擬節點。EmSta:可以將無線傳感器網絡部署在一個友好的基於Linux的環境中，並進行跟蹤和調試程序。EmTOS是用於在EmStar中進行TinyOS程序仿真的工具。 EmStar雖然不是一個真正意義上的無線傳感器網絡仿真工具，但卻是一個很有用的用於對傳感器網絡的應用程序進行測試的環境。

OMNeT++

OMNeT++ ( Objective Modular Network Testbed in C++)是一個面向對象的模塊化離散事件仿真工具。和NS-2一樣，主要面向OSI模型，可以執行上千個節點的仿真。OMNeT++提供了圖形化的網絡編輯器和網絡、數據流查看工具。仿真環境採用C++語言開發，並採用自定義的配置語言“NED”進行配置定義。OMNeT++的主要目標是提供可靈活配置仿真的組件體系。組件採用C++編程，並通過NED配置成更大的組件。OMNeT++在仿真802.11的MAC和Directed Diffusion協議時，比NS-2要決一個數量級.

GloMoSim

GloMoSim (Global Mobile Information Systems Simulation Library )是一個可擴展的用於無線和有線網絡的仿真系統，根據OSI進行分層的建模設計。應用層、傳輸層、網絡層、數據鏈路層、數據包接收模型、無線電模型和無線電波傳播模型等不同的層次之間採用標準的APIs進行仿真。GIoMoSim採用Parsec進行設計開發，提供了對並行離散時間仿真的支持。G1oMoSim目前僅支持純無線網絡的協議仿真，可用於仿真傳感器網絡中的物理信道特徵和數據鏈路協議的時延等特性。

TOSSIM

TOSSIM (TinyOS mote simulator)是用於對採用TinyOS的Motes進行bit級的仿真的工具。TOSSIM將TinyOS環境下的NesC代碼直接編譯爲可在PC環境下運行的可執行文件，提供了不用將程序下載的真實的Mote節點上就可以對程序進行測試的一個平臺。TOSSIM還提供了用於顯示仿真情況的用戶界面TinyViz. TOSSIM的缺點是沒有提供能量模型，無法對能耗有效性進行評價。

PowerTOSSIM

PowerTOSSIM是對TOSSIM的擴展，採用實測的MICA2節點的能耗模型對節點的各種操作所消耗的能量進行跟蹤，從而實現無線傳感器網絡的能耗性能評價。PowerTOSSIM的缺點是，所有節點的程序代碼必須是相同的，而且無法實現網絡級的抽象算法的仿真。

OMNeT++仿真WSN相關開放源碼網站

Mobility Framework for OMNeT++

http://mobility-fw.sourceforge.net/hp/index.html

EYES WSN Simulation Framework

http://wwwes.cs.utwente.nl/ewsnsim/download/

NesCT: A language translator

http://nesct.sourceforge.net/

一般來說，仿真是一種科學實驗方法。通常情況下，你有了一些想法，爲了證明這種想法，就建立一個模型來仿真，對於得到的仿真結果進行分析，如果和你的想法結果一致，就等於是一種證明方法，如果和你的想法不一致，排除仿真實驗錯誤的情況後，可能也可以幫助你修正你的想法。

總得說了，如果你對於仿真，從概念上比較生疏，建議你參考清華大學出版的modeling simulation and analysis英文影印教材。然後就是選擇仿真工具。

OMNet＋＋相對於其它工具，入門非常簡單，並且也有相應的支持WSN仿真的開源項目，所以很適合。

協議的性能評價方法

在計算機網絡的理論研究中，設計一個新型的網絡協議，需要對該協議的性能進行合理的評價。可以進行這種評價的方法大致有以下三種：

數學分析的方法。這一種方法有數學理論基礎的支持，因此可以得出精確而合理的結果。但是另一方面，進行數學分析前需要首先建立一個合理的數學模型來對網絡狀況進行合理的描述。而這種模型的建立，往往又是無法全面兼顧各種情況的。因此，對網絡協議的數學分析之餘，需要還有具體的實踐來證實這樣的分析的有效性。

網絡模擬器。這是一種將一些網絡環境量化後，通過計算機來進行模擬的方法。實踐證明這種方法是行之有效的，因爲它可以利用軟件模擬硬件環境，節省了開銷，也節省了網絡協議性能評價的代價。GloMoSim[1][2][3]就是現在比較流行的模擬器之一，其他比較著名的網絡性能模擬器還有：NS2（Network Simulator Version 2）、OPNET（事實上是NS2的商業版）、QualNet（GloMoSim的商業版）。