Realistic Performance Analysis of WSN Protocols Through Trace Based Simulation

PE-WASUN '10 Proceedings of the 7th ACM workshop on Performance evaluation of wireless ad hoc, sensor, and ubiquitous networks

俞志刚 2011-06-29

简介目的：更接近实际环境的 WSN 协议性能分析仿真方法一般模拟器依靠综合性模型，与真实环境偏差较大真实环境，耗时，开销大，不同协议之间对比难本文改进 SimPy 开发出基于 trace 的 WSN 仿真器Trace 文件来自改进的 WSN profiler网络协议的性能评估，之前研究者专注于物理系统的实证性能指标，

实验重复难根据 Ns-2 、 OMNet++ 等纯仿真的方法和真实网络环境评估方法

两者的缺点，提出混合型方法Hybrid Approach ：抓取实际网络连通性信息，作为 Simulator 的

输入

论文成果一、增强型 WSN Profiler 工具：自动采集 trace ，

产生连通性统计信息

二、改进 SimPy 仿真工具，提出使用 trace 构建网络，评估 WSN 协议性能的方法

三、详解针对 CTP 协议的仿真实验，对比其他方法，评估所提出的方法的性能

WSN ProfilerTinyOS application: 运行在每个节点上，一个节点

广播数据包，接受到信息的节点向服务器汇报

Profile Server ：通过串行接口连接着节点，控制实验的执行，指挥节点按次序发包，记录接受到的数据包用于之后的处理

Analysis and Visualization Scripts ：实验后运行，产生平均统计信息，可视化网络连通性信息

TinyOS ApplicationSender ： Profile Server 通过串口信息发一个命

令使它发广播包，否则就休眠

Receiver ：接收到邻居节点发来的数据包 , 向profile server 汇报接受信息

Report contains ： sender's ID, recipient's ID, sequence number, RSSI and LQI

Profile Server一台运行着 TestbedProler 的 PC ，控制实验的执

行通过串行连接所有节点有序的控制每个节点的广播每个给定时间只有一个节点在广播监听节点的汇报，写入 trace 文件用作以后的处理和

分析trace 文件格式举例：

Analysis and Visualization ScriptsPython 脚本 CreatePrile ：解析 trace 数据，计算

统计信息， PDR 、 average RSSI 、 LQI 、 average neighbor count

CreateDigraph ：连通性信息可视化

实验环境和后期增加信息，如下图

WSN Simulation In SimPy

WsnSimPy(trace)节点 1 开始发包 . 仿真构建的网络查询 trace 文件判

定接受节点，此处为节点 2 和 3.

接受节点接受事件就绪

每个节点是用一个 SimPy 进程 (the radio) 来仿真的，包括一系列 python 对象 ( 有网络层协议栈，应用程 ).

Simulation每个节点是一个独立的非抢占式进程The scheduler executes in a single thread .创建网络模型对象 , then 创建节点对象 .通信过程仿真 , 源节点首先检查最近有没有发包 (<

32 milliseconds). 如果有，使用 trace data 中下一个序列 (wrapping

around from the end to start if needed) 标记数据包接受事件 .

如果没有 , 在 trace 中随机选择一个序列，判定一个接受节点

Sample Performance Analysis1 、 Synthetic Radio Model2 、 CTP Validation3 、 CTP Performance Analysis

目的是证明 WsnSimPy (trace) 的性能比其他仿真方法更接近实际环境，文章拿 TOSSIM 和WsnSimPy (Trace) 做对比

CTP Validation

Root nodeTree node

Tree node

CTP Performance Analysis

CTP Performance Analysis

Related Work现有的仿真工具主要分两种：1 、 general purpose network simulators

(e.g., ns-2, OMNeT++)2 、 WSN-specific hardware/OS simulators

(e.g., TOSSIM , Avrora, Cooja)论文实现的方法，相比第一种更简单，针对性更强；

相比第二种更接近真实环境的结果

Conclusion论文主要介绍了改进的 WSN 分析工具和改进自

SimPy 的基于 trace 的 WSN 仿真器WSN Profiler ：网络连通性信息采集和分析分析器的输出作为仿真器的参数配置针对 CTP 协议做仿真，评估了方法的性能实验结果证明基于 trace 的仿真性能优于基于综合模

型的实际网络性能原因： repeatable ，在相同网络环境下可分析不同

协议

自己的想法用另外的方法得到连通性信息即跟论文不一样的

WSNProfiler

Thx！