CN110138589A - 一种基于Linux的水下传感器网络可视化仿真*** - Google Patents
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Abstract
一种基于Linux的水下传感器网络可视化仿真***，涉及一种网络可视化仿真***，本发明包括网络拓扑参数输入模块：用户通过图形用户界面输入网络拓扑参数，使***获取水下传感器网络的具***置信息；网络仿真参数输入模块：用户通过图形用户界面输入网络仿真参数以及对通信协议进行选择，使***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；Bellhop仿真信道设置模块。本发明通过设计开发水声传感器网络仿真***，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，建立周期和大量长，人力财力资源耗费大，实际组网测试困难的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种网络可视化仿真***，特别是涉及一种基于Linux的水下传感器网络可视化仿真***。
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***，本发明通过设计开发水声传感器网络仿真***，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，建立周期和大量长，人力财力资源耗费大，实际组网测试困难的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于Linux的水下传感器网络可视化仿真***，所述***包括以下配制：
网络拓扑参数输入模块：用户通过图形用户界面输入网络拓扑参数，使***获取水下传感器网络的具***置信息；
网络仿真参数输入模块：用户通过图形用户界面输入网络仿真参数以及对通信协议进行选择，使***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；
Bellhop仿真信道设置模块：用于对仿真网络信道参数进行设置，***获取网络中信道参数；
Otcl脚本自动生成模块：用于获取图形用户界面中用户输入网络参数，自动生成Otcl脚本文件；
Nam仿真回放模块：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，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：用于处理Trace文件中的数据，从而对网络中吞吐量、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；
文件存储模块：用于存储网络仿真过程中节点移动数据、数据包传输数据和网络性能参数数据；
网络拓扑参数输入模块所输入的参数分为：网络节点的经度、纬度和处于水下的深度数据；
网络仿真参数输入模块所输入的参数分为：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、周期、seed个数以及trace文件的存储路径；
Bellhop仿真信道设置模块输入的参数分为：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。
所述的一种基于Linux的水下传感器网络可视化仿真***，所述Otcl脚本存储路径设置框，用户可以自定义文件存储路径，在用户进行网络仿真参数输入前，必须先对存储路径进行设置。
所述的一种基于Linux的水下传感器网络可视化仿真***，所述Otcl脚本显示框，用户输入仿真参数后Otcl脚本显示框会立即显示Otcl语句，用户确认输入无误后，进行脚本的存储。
所述的一种基于Linux的水下传感器网络可视化仿真***，所述Otcl脚本保存成功提示框，对用户操作起提示作用，防止用户进行重复操作。
所述的一种基于Linux的水下传感器网络可视化仿真***，所述Otcl脚本运行模块，其实现方法有两种，方法一，利用ButtonClick槽调用***终端进程运行脚本文件；方法二，利用QProcess启动进程运行脚本文件。
本发明的优点与效果是：
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***中可以根据实际网络模型，设置网络仿真参数，***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
图1为本发明的***原理框图；
图2为本发明的***流程图。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例对本发明进行详细说明。
一种基于Linux的水下传感器网络可视化仿真***，包括：
网络拓扑参数输入模块：用户通过图形用户界面输入网络拓扑参数，使***获取水下传感器网络的具***置信息；
网络仿真参数输入模块：用户通过图形用户界面输入网络仿真参数以及对通信协议进行选择，使***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；
Bellhop信道设置模块：用于对仿真网络信道参数进行设置，使***获取网络中信道参数；
Otcl脚本自动生成模块：用于获取图形用户界面中用户输入网络参数，自动生成Otcl脚本文件；
Nam仿真回放模：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：用于处理Trace文件中的数据，从而对网络中吞吐量、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；
文件存储模块：用于存储网络仿真过程中节点移动数据、数据包传输数据和网络性能参数数据。
本仿真***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。
工作原理：
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***，***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***产生Trace和Nam文件，并对其进行存储。此外，***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，还包括：
***提供了脚本显示界面，在设置网络拓扑参数、网络仿真参数和Bellhop信道参数界面，当用户输入参数，点击确认按钮时，脚本显示模块会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。同时，用户可以根据需要修改存储路径。***提供了保存成功的消息提示框，这可以提示用户操作成功，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QStacked Widget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***提供了两种方法，方法一：***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：***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。
实施例
结合附图1-2所述，一种基于Linux的水下传感器网络可视化仿真***，包括：
网络拓扑参数输入模块：用户通过图形用户界面输入网络拓扑参数，使***获取水下传感器网络的具***置信息；
网络仿真参数输入模块：用户通过图形用户界面输入网络仿真参数以及对通信协议进行选择，使***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；
Bellhop信道设置模块：用于对仿真网络信道参数进行设置，使***获取网络中信道参数；
Otcl脚本自动生成模块：用于获取图形用户界面中用户输入网络参数，自动生成Otcl脚本文件；
Nam仿真回放模块：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：用于处理Trace文件中的数据，从而对网络中吞吐量、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；
文件存储模块：用于存储网络仿真过程中节点移动数据、数据包传输数据和网络性能参数数据。
本仿真***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。
工作原理：
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***，***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***产生Trace和Nam文件，并对其进行存储。此外，***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，还包括：
***提供了脚本显示界面，在设置网络拓扑参数、网络仿真参数和Bellhop信道参数界面，当用户输入参数，点击确认按钮时，脚本显示模块会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。同时，用户可以根据需要修改存储路径。***提供了保存成功的消息提示框，这可以提示用户操作成功，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QStacked Widget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***提供了两种方法，方法一：***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：***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。
上面所述的实施例仅是针对本发明的较佳实施例进行描述，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上的实施例进行任何形式的修改、简单变化，同等变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于Linux的水下传感器网络可视化仿真***，其特征在于，所述***包括以下配制：
网络拓扑参数输入模块：用户通过图形用户界面输入网络拓扑参数，使***获取水下传感器网络的具***置信息；
网络仿真参数输入模块：用户通过图形用户界面输入网络仿真参数以及对通信协议进行选择，使***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；
Bellhop仿真信道设置模块：用于对仿真网络信道参数进行设置，使***获取网络中信道参数；
Otcl脚本自动生成模块：用于获取图形用户界面中用户输入网络参数，自动生成Otcl脚本文件；
Nam仿真回放模块：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，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：用于处理Trace文件中的数据，从而对网络中吞吐量、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；
文件存储模块：用于存储网络仿真过程中节点移动数据、数据包传输数据和网络性能参数数据；
网络拓扑参数输入模块所输入的参数分为：网络节点的经度、纬度和处于水下的深度数据；
网络仿真参数输入模块所输入的参数分为：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、周期、seed个数以及trace文件的存储路径；
Bellhop仿真信道设置模块输入的参数分为：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。
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***，其特征在于，所述Otcl脚本存储路径设置框，用户可以自定义文件存储路径，在用户进行网络仿真参数输入前，必须先对存储路径进行设置。
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***，其特征在于，所述Otcl脚本显示框，用户输入仿真参数后Otcl脚本显示框会立即显示Otcl语句，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***，其特征在于，所述Otcl脚本保存成功提示框，对用户操作起提示作用，防止用户进行重复操作。
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***，其特征在于，所述Otcl脚本运行模块，其实现方法有两种，方法一，利用ButtonClick槽调用***终端进程运行脚本文件；方法二，利用QProcess启动进程运行脚本文件。
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