CN114021364A - 一种基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统 - Google Patents

一种基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统,属于网络可视化仿真技术领域,基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统包括网络拓扑参数输入模块、网络仿真参数输入模块、Bellhop仿真信道设置模块、Otcl脚本自动生成模块、Nam仿真回放模块、网络性能可视化模块以及文件存储模块。通过设计开发水声传感器网络仿真系统,支持水下传感器网络相关技术的仿真验证与分析,为水声传感器网络的科学研究成果提供实验室阶段的评估验证,提高了水下传感器网络相关技术的研究效率,减少了实际水下网络测试的次数,进而节约了水下网络的研究成本。

Description

一种基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统
本申请是名为《一种基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统》的专利申请的分案申请,原申请的申请日为2019年04月08日,申请号为201910274873.4。
技术领域
本发明涉及网络可视化仿真领域,特别是涉及一种基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统。
背景技术
由于水下传感器网络规模巨大,对实验条件要求较高,且构建真实的水下网络需要很高的成本,因此完全通过物理实验评估各种协议的性能是不现实的,仿真实验以其低成本特性成为评估水下传感器网络新协议性能的重要手段。但是,目前的模拟器大多基于数学建模,对真实环境进行了大量简化,理论分析的可信度不高,为了填补仿真模拟与真实应用的差距,网络测试平台的概念应运而生。网络平台在实际的应用过程中评估协议性能,较为全面的考虑了影响网络状态的各种实际因素,大大消除了理论误差。构建网络模型作为设计仿真平台的基础性环节,对于水下传感器网络的发展有着十分重要的推动作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统,通过设计开发水声传感器网络仿真系统,支持水下传感器网络相关技术的仿真验证与分析,为水声传感器网络的科学研究成果提供实验室阶段的评估验证。解决水声传感器网络组建硬件设备需求量大,建立周期长,人力财力资源耗费大,实际组网测试困难的问题。
为了实现上述目的,本发明提供了如下技术方案:
一种基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统,所述系统包括:
网络拓扑参数输入模块,用于接收用户输入的网络拓扑参数,确定水下传感器网络的具体位置信息;所述网络拓扑参数包括网络节点的经度、纬度和传感器网络处于水下的深度数据;
网络仿真参数输入模块,用于接收用户输入的网络仿真参数以及接收用户选择的通信协议;所述网络仿真参数包括网络中节点个数、数据包大小、启动时间、停止时间、发送功率、接收功率、最大传输间隔、发送频率、通信带宽、比特率、发送周期、seed个数以及Trace文件的存储路径;
Bellhop仿真信道设置模块,用于设置仿真网络的信道参数;所述信道参数包括信道频率、ssp插值、声源个数、垂直方向接收机数量、水平方向接收机数量、换能开角以及声线条数;
Otcl脚本自动生成模块,分别与所述网络拓扑参数输入模块、所述网络仿真参数输入模块及所述Bellhop仿真信道设置模块连接,用于根据所述网络拓扑参数、所述网络仿真参数以及所述信道参数,自动生成Otcl脚本文件,并通过Otcl脚本文件调用NS-2结合Bellhop信道仿真器进行水下传感器网络的仿真,生成Trace文件和Nam文件;
Nam仿真回放模块,与所述Otcl脚本自动生成模块连接,用于对Trace文件进行分析,将仿真过程中节点间数据传输情况和移动节点运动轨迹以动画的情况进行回放。
网络性能可视化模块,与所述Otcl脚本自动生成模块连接,用于处理Trace文件中的数据,从而对网络仿真过程中的性能参数进行分析,并以图表的形式显示出来;所述性能参数包括吞吐量、发包数、收包数、误包率和传输延时信息;
文件存储模块,用于存储网络仿真过程中的节点移动数据、数据包传输数据和网络性能参数数据。
可选地,所述基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统还包括:
Otcl脚本存储路径设置框,用于在用户进行网络仿真参数输入前,接收用户输入的自定义文件存储路径。
可选地,所述基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统还包括:
脚本显示框,用于在用户输入网络仿真参数后,立即显示Otcl语句,并在用户确认输入无误后,进行脚本的存储。
可选地,所述基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统还包括:
脚本保存成功提示框,用于对用户的操作进行提示,防止用户进行重复操作。
可选地,所述基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统还包括:
Otcl脚本运行模块,与所述Otcl脚本自动生成模块连接,用于利用ButtonClick槽调用系统终端进程运行Otcl脚本文件。
可选地,所述基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统还包括:
Otcl脚本运行模块,与所述Otcl脚本自动生成模块连接,用于利用QProcess启动进程运行Otcl脚本文件。
为了实现上述目的,本发明还提供了如下方案:
一种基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统,所述基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统包括:
网络拓扑参数输入模块,用于接收用户输入的网络拓扑参数,确定水下传感器网络的具体位置信息;所述网络拓扑参数包括网络节点的经度、纬度和传感器网络处于水下的深度数据;
网络仿真参数输入模块,用于接收用户输入的网络仿真参数以及接收用户选择的通信协议;所述网络仿真参数包括网络中节点个数、数据包大小、启动时间、停止时间、发送功率、接收功率、最大传输间隔、发送频率、通信带宽、比特率、发送周期、seed个数以及Trace文件的存储路径;
Bellhop仿真信道设置模块,用于设置仿真网络的信道参数;所述信道参数包括信道频率、ssp插值、声源个数、垂直方向接收机数量、水平方向接收机数量、换能开角以及声线条数;
Otcl脚本自动生成模块,分别与所述网络拓扑参数输入模块、所述网络仿真参数输入模块及所述Bellhop仿真信道设置模块连接,用于根据所述网络拓扑参数、所述网络仿真参数以及所述信道参数,自动生成Otcl脚本文件;
Otcl脚本运行模块,与所述Otcl脚本自动生成模块连接,用于运行Otcl脚本文件,并通过Otcl脚本文件调用NS-2结合Bellhop信道仿真器进行水下传感器网络的仿真,生成Trace文件和Nam文件。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:本发明对网络中吞吐量、发包数、收包数、误包率和传输延时等性能参数进行分析,并以图表的形式直观的显示出来;存储网络仿真过程中节点移动数据、数据包流动数据和网络性能参数数据。用户在本系统中可以根据实际网络模型,设置网络仿真参数,系统以图形化形式显示仿真结果。用户可以根据仿真结果,对网络模型及协议等做出调整,在实际布网测试前为研究人员的相关成果提供实验室阶段的验证,从而提高水下传感器网络相关技术的研究效率,减少实际水下网络测试的次数,进而节约水下网络的研究成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统的原理框图;
图2为本发明基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统,用户可以根据实际网络模型,设置网络仿真参数,通过图形化形式显示仿真结果。并且用户可以根据仿真结果,对网络模型及协议等做出调整,在实际布网测试前为研究人员的相关成果提供实验室阶段的验证,从而提高水下传感器网络相关技术的研究效率,减少实际水下网络测试的次数,进而节约水下网络的研究成本。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1和图2所示,本发明基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统包括:网络拓扑参数输入模块、网络仿真参数输入模块、Bellhop信道设置模块、Otcl脚本自动生成模块、Nam仿真回放模块、网络性能可视化模块以及文件存储模块。在本实施例中,直接设置网络节点在海洋中的经度、纬度以及深度的真实数据,传输给WOSS从而获得真实的海水深度、声速剖面以及海底沉积物数据再传输给Bellhop进行仿真,能更真实、准确的模拟实际海域环境下水下声传播的特性。
具体地,网络拓扑参数输入模块用于接收用户输入的网络拓扑参数,使系统获取水下传感器网络的具体位置信息。在本实施例中,所述网络拓扑参数包括网络节点的经度、纬度和传感器网络处于水下的深度数据。
网络仿真参数输入模块用于接收用户输入的网络仿真参数以及对通信协议进行选择,使系统获取仿真网络中发射功率、发射频率、数据包大小、信道带宽和发送周期等参数。具体地,所述网络仿真参数包括网络中节点个数、数据包大小、启动时间、停止时间、发送功率、接收功率、最大传输间隔、发送频率、通信带宽、比特率、发送周期、seed个数以及Trace文件的存储路径。
在本实施例中,用户通过图形用户界面输入网络拓扑参数和网络仿真参数,并通过图形用户界面选择通信协议。
Bellhop信道设置模块用于对仿真网络信道参数进行设置,使系统获取网络中信道参数。在本实施例中,所述信道参数包括信道频率、ssp插值、声源个数、垂直方向接收机数量、水平方向接收机数量、换能开角以及声线条数。
Otcl脚本自动生成模块分别与所述网络拓扑参数输入模块、所述网络仿真参数输入模块及所述Bellhop仿真信道设置模块连接,Otcl脚本自动生成模块用于根据所述网络拓扑参数、所述网络仿真参数以及所述信道参数,自动生成Otcl脚本文件,并通过Otcl脚本文件调用NS-2结合Bellhop信道仿真器进行水下传感器网络的仿真,生成Trace文件和Nam文件。
Nam仿真回放模块与所述Otcl脚本自动生成模块连接,Nam仿真回放模块用于对Trace文件进行分析,将仿真过程中节点间数据传输情况和移动节点运动轨迹以动画的形式进行回放。便于直观地观察仿真过程中网络通信和网络拓扑结构的变化情况。
网络性能可视化模块与所述Otcl脚本自动生成模块连接,网络性能可视化模块用于处理Trace文件中的数据,从而对网络仿真过程中的吞吐量、发包数、收包数、误包率和传输延时等性能参数进行分析,并以图表的形式直观的显示出来。
文件存储模块用于存储网络仿真过程中的节点移动数据、数据包传输数据和网络性能参数数据。
本发明提供的仿真系统利用可视化开发技术将NS-2,NS-Miracle,WOSS,Gawk,Nam等软件集成在一个平台上,并提供简单易操作的界面帮助用户快速完成场景选取、初始参数设置,仿真,数据提取、处理,结果呈现等一系列操作。
本发明基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统的工作原理为:
设置网络拓扑参数、网络仿真参数和Bellhop信道参数,用户可以根据实际情况对网络中各层的通信协议进行动态设置,并且网络中节点数量、移动形式、收发类型、通信带宽、收发功率等参数进行动态设置,使仿真效果更佳接近实际的网络情况,通过网络仿真参数设置接口将网络参数传递给系统,系统自动生成Otcl脚本。并通过脚本调用NS-2结合Bellhop信道仿真器进行水下传感器网络的仿真,同时系统产生Trace和Nam文件,并对其进行存储。此外,系统调用Gawk处理Trace文件并对其进行分析,将用户需要的网络性能参数,通过图表的形式直观的呈现给用户,并通过调用Nam实现对网络数据传输过程的回放。
进一步地,本发明基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统还包括:脚本显示模块。所述脚本显示模块用于在用户输入网络仿真参数后,立即显示Otcl语句,并在用户确认输入无误后,进行脚本的存储。
在本实施例中在设置网络拓扑参数、网络仿真参数和Bellhop信道参数时,当用户输入参数,点击确认按钮时,脚本显示模块立即显示与参数相对应的脚本代码。用户可以根据自己的需要对其进行修改,但为保证脚本代码的准确性不建议修改,在用户确定代码准确无误后可进行脚本保存。
进一步地,所述的脚本保存是将脚本保存于事先设定的存储路径下。在本实施例中通过Otcl脚本存储路径设置框在用户进行网络仿真参数输入前,接收用户输入的自定义文件存储路径。用户还可以根据需要修改存储路径。
此外,系统还包括脚本保存成功提示框,提示用户操作成功,避免多次操作造成代码重复。
进一步地,所述的网络拓扑参数、网络仿真参数和Bellhop信道参数设置模块由于具有较多输入参数,而界面的篇幅有限,将其按功能分成多个页面。并选取Qt中的QGridLayout和QStackedWidget进行界面的局部布局管理,使网络参数输入多个页面在指定位置进行显示。在所有网络参数输入完成后,进行脚本文件的运行操作。
进一步地,所述脚本文件运行操作本系统提供了两种方法,方法一:系统界面提供调用终端(terminal)程序接口,在终端中输入脚本运行命令,运行脚本文件获取网络性能参数数据;方法二:系统提供具有终端功能的模块,利用QProcess开启新的进程进行脚本文件的运行,并将运行脚本显示在QTextEdit中。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统,其特征在于,所述基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统包括:
网络拓扑参数输入模块,用于接收用户输入的网络拓扑参数,确定水下传感器网络的具体位置信息;所述网络拓扑参数包括网络节点的经度、纬度和传感器网络处于水下的深度数据;
网络仿真参数输入模块,用于接收用户输入的网络仿真参数以及接收用户选择的通信协议;所述网络仿真参数包括网络中节点个数、数据包大小、启动时间、停止时间、发送功率、接收功率、最大传输间隔、发送频率、通信带宽、比特率、发送周期、seed个数以及Trace文件的存储路径;
Bellhop仿真信道设置模块,用于设置仿真网络的信道参数;所述信道参数包括信道频率、ssp插值、声源个数、垂直方向接收机数量、水平方向接收机数量、换能开角以及声线条数;
Otcl脚本自动生成模块,分别与所述网络拓扑参数输入模块、所述网络仿真参数输入模块及所述Bellhop仿真信道设置模块连接,用于根据所述网络拓扑参数、所述网络仿真参数以及所述信道参数,自动生成Otcl脚本文件,并通过Otcl脚本文件调用NS-2结合Bellhop信道仿真器进行水下传感器网络的仿真,生成Trace文件和Nam文件;
Nam仿真回放模块,与所述Otcl脚本自动生成模块连接,用于对Trace文件进行分析,将仿真过程中节点间数据传输情况和移动节点运动轨迹以动画的情况进行回放;
网络性能可视化模块,与所述Otcl脚本自动生成模块连接,用于处理Trace文件中的数据,对网络仿真过程中的性能参数进行分析,并以图表的形式显示出来;所述性能参数包括吞吐量、发包数、收包数、误包率和传输延时信息;
文件存储模块,用于存储网络仿真过程中的节点移动数据、数据包传输数据和网络性能参数数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统,其特征在于,所述基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统还包括:
Otcl脚本存储路径设置框,用于在用户进行网络仿真参数输入前,接收用户输入的自定义文件存储路径。
3.根据权利要求1所述的一种基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统,其特征在于,所述基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统还包括:
脚本显示模块,用于在用户输入网络仿真参数后,立即显示Otcl语句,并在用户确认输入无误后,进行脚本的存储。
4.根据权利要求1所述的一种基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统,其特征在于,所述基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统还包括:
脚本保存成功提示框,用于对用户的操作进行提示。
5.根据权利要求1所述的一种基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统,其特征在于,所述基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统还包括:
Otcl脚本运行模块,与所述Otcl脚本自动生成模块连接,用于利用ButtonClick槽调用系统终端进程运行Otcl脚本文件。
6.根据权利要求1所述的基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统,其特征在于,所述基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统还包括:
Otcl脚本运行模块,与所述Otcl脚本自动生成模块连接,用于利用QProcess启动进程运行Otcl脚本文件。
7.一种基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统,其特征在于,所述基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统包括:
网络拓扑参数输入模块,用于接收用户输入的网络拓扑参数,确定水下传感器网络的具体位置信息;所述网络拓扑参数包括网络节点的经度、纬度和传感器网络处于水下的深度数据;
网络仿真参数输入模块,用于接收用户输入的网络仿真参数以及接收用户选择的通信协议;所述网络仿真参数包括网络中节点个数、数据包大小、启动时间、停止时间、发送功率、接收功率、最大传输间隔、发送频率、通信带宽、比特率、发送周期、seed个数以及Trace文件的存储路径;
Bellhop仿真信道设置模块,用于设置仿真网络的信道参数;所述信道参数包括信道频率、ssp插值、声源个数、垂直方向接收机数量、水平方向接收机数量、换能开角以及声线条数;
Otcl脚本自动生成模块,分别与所述网络拓扑参数输入模块、所述网络仿真参数输入模块及所述Bellhop仿真信道设置模块连接,用于根据所述网络拓扑参数、所述网络仿真参数以及所述信道参数,自动生成Otcl脚本文件;
Otcl脚本运行模块,与所述Otcl脚本自动生成模块连接,用于运行Otcl脚本文件,并通过Otcl脚本文件调用NS-2结合Bellhop信道仿真器进行水下传感器网络的仿真,生成Trace文件和Nam文件。
8.根据权利要求7所述的基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统,其特征在于,所述基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统还包括:
Nam仿真回放模块,与所述Otcl脚本运行模块连接,用于对Trace文件进行分析,将仿真过程中节点间数据传输情况和移动节点运动轨迹以动画的情况进行回放。
9.根据权利要求7所述的基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统,其特征在于,所述基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统还包括:
网络性能可视化模块,与所述Otcl脚本自动生成模块连接,用于处理Trace文件中的数据,对网络仿真过程中的性能参数进行分析,并以图表的形式显示出来;所述性能参数包括吞吐量、发包数、收包数、误包率和传输延时信息。
10.根据权利要求7所述的基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统,其特征在于,所述基于Linux的水下传感器网络可视化仿真系统还包括:
文件存储模块,用于存储网络仿真过程中的节点移动数据、数据包传输数据和网络性能参数数据。
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