专利名称：网络化嵌入式系统的仿真方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信、嵌入式系统及网络仿真领域，特别涉及网络化嵌入式系统的仿真方法 及其装置。
背景技术：
网络化嵌入式系统是网络技术和嵌入式系统技术相融合的一个研究领域。在一个网络化 嵌入式系统中，网络是由一个或多个节点通过有线或者无线方式连接在一起所组成，每个节 点上是一个独立运行的嵌入式系统。由于这种系统中同时牵涉到网络技术和嵌入式系统技术 的应用，所以它的实现变得困难和复杂。传统的网络仿真工具和嵌入式系统调试方法对于研 究网络化嵌入式系统己经捉襟见肘，尤其是无法研究网络行为与嵌入式系统之间的关系。
网络仿真软件是网络领域研究网络行为特征的主要工具。它用数学模型的方式描述物理 环境中通信信道的各种特征，再用软件的方式实现，通过计算机运行软件来模拟和观测各种 网络行为。结合协议软件，网络仿真软件可以清楚地反映出各种协议在特定网络中的性能。
嵌入式平台模拟器是嵌入式系统前期开发的一种工具，它通过软件来模拟目标系统的各 种硬件。在这种模拟硬件平台上，运行开发的嵌入式系统软件。这种方法在嵌入式系统前期 可以有效的诊断软件的功能缺陷。
目前网络化嵌入式系统一种流行的研究方法是将网络仿真软件与嵌入式平台模拟器相结 合的方式，以便在观察网络行为的同时测试嵌入式系统的实现，以及评估特定嵌入式系统实 现的节点所组成的网络的性能。软件模拟的嵌入式系统失去了嵌入式系统许多真实特性和实 际信息，这种方式难以对网络化嵌入式系统的实际产品做出评估。
另一种普遍的实验平台是将多个实际节点布置成真实网络，通过收集节点上的输出信息， 了解网络和嵌入式系统的运行状况。这种方法比较真实地体现了网络化嵌入式系统的行为， 但由于使用的是真实网络，仅依赖节点上的输出信息难以理解网络中的实际情况。缺少了对 网络的可见性和可控性，使得这种工具在测试和调试网络化嵌入式系统时有很大局限性。因 此网络化嵌入式系统研究方法的发展趋向是能够尽可能多地获得实际网络化嵌入式系统中的
fe息。
现有的一项发明专利，专利号为200510040311. 1的时分多路接入自组织网络的无线通信 仿真器和仿真方法。此方法主要提出了一种网络仿真的策略，与我们提出的既可对网络又可 对嵌入式系统进行仿真有所不同。以及现有的一项发明专利，专利号为200710099382. 8的一种仿真移动自组织网络的方法，该发明是一种移动自组织网络协议仿真的有效方法，与我们 提出的网络化嵌入式系统仿真方法的适用范围以及实现思想都不相同。
发明内容
本发明提供了网络化嵌入式系统的仿真方法，利用该仿真方法可以使用真实节点进行网 络仿真，同时在仿真的网络中部署真实节点，从而达到反映嵌入式系统与网络行为之间关系 的目的。
本发明提供的网络化嵌入式系统的仿真方法，其特征在于，该方法包括以下几个步骤
1) 一个网络的重构步骤，用于将现实网络划分成三个相对独立的部分，具体包括网络中 节点的嵌入式系统部分，网络中物理通信环境，以及网络中节点上用于接入网络的通 信器件；
2) —个重构网络的仿真步骤，用于对已重构网络不同部分实施不同的仿真策略，该步骤
包括以下几个子步骤
a) —个对象节点构造步骤，用于将真实节点引入网络仿真中，尤其是在仿真的网络 环境中保持节点上嵌入式系统的软硬件信息的真实性；
b) —个通信信道的仿真步骤，用于将物理通信环境的信道模型构建成仿真的网络，
该步骤包括以下两个子步骤
i. 一个通信信道静态特征计算步骤，用于将实际网络拓扑结构的静止特征和信
道模型的常量计算转换成通信信道仿真的静态参数；
ii. 一个通信信道动态特征仿真步骤，用于实时仿真网络拓扑结构的动态变化， 用于实时计算信道模型的应变量，以及用于实时对象节点接入网络后对网络
行为的动态影响。
c) 一个虚拟通信器件的步骤，用于对通信器件的部分物理层及其以上层的功能级模 拟，并且用于连接对象节点和通信的仿真信道；
3) —个产生仿真信息的步骤，用于及时捕捉、有效记录仿真过程中产生的信息，该步骤 包括以下几个子步骤
a) —个分布事件产生步骤，用于将仿真过程产生的信息以事件的形式记录下来；
b) —个分布事件收集步骤，用于将不同事件源产生的事件统一编址，集中保存；
C) 一个分布事件同步步骤，用于在同一时钟下记录不同事件源产生事件的时刻，在 收集之后可以统一排序；
4) 一个执行仿真步骤，用于完成一次仿真任务，该步骤包括以下几个子步骤a) —个发出仿真命令步骤，用于控制仿真过程，包括开启仿真、暂停仿真、终止仿 真以及读取仿真结果等；
b) —个条件触发步骤，用于监视仿真过程中某个条件或某个条件序列的发生；
c) 一个仿真参数配置步骤，用于在开启仿真前配置和在开启仿真时修改仿真参数， 仿真参数具体包括网络拓扑结构参数、通信信道模型参数以及虚拟通信器件参 数；
5) —个仿真后处理步骤，用于对一次或多次仿真任务产生的事件做处理，依据记录的事 件再现仿真过程。
本发明提供的网络化嵌入式系统的装置，可以同时接入多种异构的实际网络节点，可以 仿真多种信道模型，可以设置任意网络拓扑结构，并且实时记录和分析仿真信息，使网络化 嵌入式系统的仿真方法作用于仿真装置，其特征在于，该装置包括以下模块
1) 配合所述网络仿真设备(1020)工作的一个或多个参与仿真的的对象节点(1030)，用于 代表真实节点硬件运行实际节点上的软件，产生网络通信数据并传递给网络仿真设备
(1020)，其特征在于用于运行对象节点上软件的计算模块，用于完成节点上其他特殊 应用1/0功能的1/0模块，以及用于提供真实节点电源的电源模块。其对象节点的软件 特征在于节点上应用程序、协议栈以及嵌入式操作系统。其对象节点的通讯接口特征在 于提供连接真实通信设备的I/O接口 。
2) 配合所述对象节点(1030)和所述服务端设备(1010)工作的一个网络仿真设备(1020)， 用于仿真服务端设备设置的网络拓扑结构和信道模型，交换对象节点之间发送的网络通 信数据，记录仿真过程中产生的信息传递给服务端设备，其特征包括以下几个子模块
a) —个信道动态仿真模块(1023)，根据环境参数(信道模型)和网络参数(网络拓扑)， 实现通信器件之间数据的传输时延模拟、判断数据能否经过信道到达某个虚拟通信器 件、根据信道模型给可达节点加入指定的误码率(BER)，与所有的虚拟通信器件连 接，并连接着至少一个事件提取模块(1024);
b) 配合所述对象节点(1010)和信道动态仿真模块(1023)工作的一个或多个虚拟通信 器件(1026)，每个虚拟通信器件是参考实际通信器件的说明书依据通信器件的虚拟 化模版实现的一个实例，与信道动态仿真模块连接，并连接着至少一个事件提取模块
(1024);
c) 分布在所述信道动态仿真模块(1023)和一个或多个虚拟通信器件(1026)上的一个 或多个事件提取模块(1024)，用于在仿真过程中监视事件源的变化，为事件标记全
局时间戳，缓存所有分布事件源产生的事件，并连接到仿真控制中心模块(1021);d) 配合每个事件提取模块(1024)工作的一个或多个条件匹配模块(1025)，用于在仿 真过程中实时监视一个或一组条件的匹配情况，并迅速反馈到服务端设备，每个条件 匹配模块与对应的一个事件提取模块(1024)连接；
e) 配合所述信道动态仿真模块(1023)和一个或多个虚拟通信器件(1026)工作的一个 参数配置模块(1022),用于在仿真前将从服务端设备获得的虚拟通信器件配置装载 到所述一个或多个虚拟通信器件模块中去，在仿真前和仿真时将网络拓扑结构参数和 信道模型参数装载到所述信道动态仿真模块中去，该模块与信道动态仿真模块(1023) 和一个或多个虚拟通信器件(1026)连接；
f) 仿真控制中心模块(1021)，配合所述一个或多个事件提取模块(1024)、 一个或多个 条件匹配模块(1025)、 一个参数配置模块(1022)和服务端设备(1010)工作，用 于根据所述服务端设备传递下来的命令控制所述网络仿真设备(1020)中的信道动态 仿真模块(1023)和一个或多个虚拟通信器件(1026)的工作状态，并且控制所述网 络仿真设备(1020)中的事件提取模块(1024)的事件收集，并且控制所述网络仿真 设备(1020)中的条件匹配模块(1025)产生信号的收集和上传，并且控制网络仿真 设备(1020)中的参数配置模块(1022)的下载。
3)配合所述网络仿真设备(1020)的一个服务端设备(1010)，用于配置仿真的网络拓扑结 构和信道模型，发送仿真控制命令给网络仿真设备，以及处理网络仿真设备记录的仿真 信息，其特征包括以下几个子模块
a) —个网络拓扑结构转换配置参数模块(1012)，用于将网络的拓扑结构转换成节点间 的距离矩阵，以供信道静态参数生成模块使用，与信道模型库模块(1011)以及信道 动态参数生成模块(1013)连接；
b) 配合所述一个网络拓扑结构转换配置参数模块工作的一个信道模型库模块(1011)， 用于存放各种信道模型；
c) 配合所述一个网络拓扑结构转换配置参数模块(1012)工作的一个信道静态参数生成 模块(1013)，结合所述服务端设备中的网络拓扑结构转换配置参数模块和信道模型 库模块得出信道模型常系数矩阵等静态参数；
d) 配合所述网络仿真设备(1010)中的一个或多个虚拟通信器件(1026)工作的一个通 信器件的虚拟化模版库(1017)，用于将实际通信器件转换成网络仿真设备中的一个 或多个虚拟通信器件；
e) 配合本项权利要求中所述网络仿真设备中事件提取模块(1024)工作的一个事件源定义模块(1014)，用于将网络化嵌入式系统的信息源转换成可被网络仿真设备中的事 件提取模块监视的事件源；
f) 配合本项权利要求中所述网络仿真设备中仿真控制中心模块(1021)工作的一个事件 分析模块(1016)，用于简化事件的处理和理解，通常包括事件的过滤、分类、排序 和可视化等；
g) 配合所述网络仿真设备中的子模块条件匹配模块(1025)工作的一个触发条件配置模 块(1015)，用于在仿真时检测一个条件序列的匹配情况，实时检查网络仿真设备中 的条件匹配模块的反馈数据，并下载新的匹配条件到网络仿真设备中的条件匹配模块
(1025)中。
本发明的一个优点是采用除去通信器件的真实节点作为仿真的对象节点，保证了节点上 嵌入式系统信息的真实可靠。
本发明的另一个优点是在获取真实嵌入式系统信息的同时，能够对物理通信环境进行仿 真，可以详细看见网络的行为。
本发明的另一个优点是用高时间精度的同步事件作为信息格式，能够反映网络化嵌入式 系统的分布异步行为的发生顺序，进而分析行为的因果关系。
本发明的另一个优点是对物理通信环境的仿真采用两步仿真，动态仿真部分采用全并行 硬件实现，仿真速度快。
图1示出了本发明一个实施例的外观结构，其中101为MiceZ对象节点、103为无线网络仿 真设备，104服务端PC机，105网线，102接口。
图2示出了本发明一个实施例的实现总框架，图上所示的模块分别是210为服务端；211为
可视化输入输出接口； 212为事件数据库；213为预处理程序；214为信道模型仓库；220为
网络仿真部分；221为无线信道动态仿真模块；222为虚拟无线通信器件CC2420; 223为仿真
控制中心；224为外部SDRAM; 225为分布事件产生模块；230为对象节点。
图3示出了本发明一个实施例的对象节点。
图4示出了本发明一个实施例的信道动态仿真逻辑。
图5示出了本发明一个实施例的虚拟通信器件逻辑。
图6示出了本发明一个实施例的仿真控制中心逻辑。
图7示出了本发明一个实施例的事件提取和触发条件匹配逻辑。
图8示出了本发明一个实施例的服务端操作流程。图9示出了本发明构建一般网络的仿真步骤。
图IO示出了本发明装置的结构，其中1010为服务端；1020为网络仿真设备；1030为对象节 点；1011为信道模型库模块；1012为网络拓扑结构转换配置参数模块；1013为信道静态参 数生成模块；1014为事件源定义模块；1015为触发条件配置模块；1016为事件分析模块； 1017为通信器件的虚拟化模版库；1021仿真控制中心模块；1022参数配置模块；1023信道 动态仿真模块；1024事件提取模块；1025条件匹配模块；1026虚拟通信器件。
具体实现方式
为了更全面地展示本发明提出的网络化嵌入式系统仿真装置的所有优点，介绍一种网络 化嵌入式系统仿真装置的实施例。为了不失一般性的说明仿真装置的实现方法，这种实施例 是针对一种典型的网络化嵌入式系统的实现，这种网络化嵌入式系统是由MiceZ组建的无线 传感器网络。图l是实施例的外观结构，它主要由MiceZ对象节点101、无线网络仿真设备 103和服务端PC机104组成。MicaZ对象节点101通过接入无线网络仿真设备103，接口 102 包括MicaZ对象节点101上嵌入式系统用来调试输出的UART接口和连接无线通信器件CC2420 的SPI接口。服务端PC机104通过网线105发送控制命令给无线网络仿真设备103，并且通 过网线105读取无线网络仿真设备103产生的信息。
图2是图l所示实施例的内部实现总框架图。服务端210对应图1中服务端PC机104， 主要是有几个软件组成，包括可视化输入输出接口 211用于为用户输入网络拓扑结构和配 置参数以及分析仿真输出事件提供图形化界面；事件数据库212用于存储、处理无线网络仿 真设备103传递上来的事件；预处理程序213是用来将用户在可视化输入输出接口 211中输 入的拓扑结构和其他参数转换成无线网络仿真设备103所需的配置参数，转换过程还涉及从 信道模型仓库中选择用户设定的信道模型并计算出模型中的静态常量；信道模型仓库214用 于存储可仿真的无线信道模型和通信器件虚拟化模版。网络仿真部分220 (ENet)对应图1 中的无线网络仿真设备103，通过逻辑电路在FPGA上实现。其主要包括无线信道动态仿真 模块221，虚拟无线通信器件CC2420 222，仿真控制中心223，分布事件产生模块225。接入 网络仿真部分220的对象节点230对应与图1中MicaZ对象节点101，通过SPI接口连接虚 拟无线通信器件CC2420 222，并且将嵌入式系统的UART输出接入一个对应的分布事件产生 模块225。虚拟无线通信器件CC2420 222为对象节点230提供接入网络仿真部分220的功能。 对象节点230、虚拟无线通信器件CC2420 222和网络仿真部分220构成一个完整的仿真网络， 其仿真过程信息的产生由分布事件产生模块225完成，再由事件收集中心223集中处理。与 网络仿真部分220中事件收集中心223连接的外部SDRAM 224用于仿真时存储收集到的所有事件。
图3显示了用于仿真的MicaZ对象节点结构它主要由一个真实的嵌入式系统313和一 个虚拟的通讯模块323构成。Part-l的计算模块314,与存储模块315连接，并且通过数模 转换312与传感器模块311连接。此外电源模块316通过电源线路317为计算模块314、存 储模块315、传感器模块311以及通讯模块接口 (节点端)321供电。真实的嵌入式系统313 和虚拟的通讯模块323通过通讯模块接口 (节点端)321和通讯模块接口 (器件端)322连 接。
图4示出了本发明一个实施例的信道动态仿真逻辑，与无线信道动态仿真模块221对应。 一个n个节点的网络的仿真由n个图4给出的信道动态仿真逻辑组成，其中每个负责其它所 有对象节点到其对应的一个对象节点的数据可达性判断以及可达包的BER注入。部件401 (参 数表)为一局部SRAM，存储其它对象节点数据发送能量衰减后到达该信道动态仿真模块所服 务对象节点时的能量，该对象节点的可接收信号的频率、位传输率以及SNR阈值。部件402 (路径衰减过滤器)通过感知信道里的信号，浏览进入和退出信道的能量值，判决所达信号 是否在能量上可达所服务对象节点。部件403 (载波频率过滤器)让频率匹配的对象节点的 数据具有可达所服务对象节点的可能性。部件404 (信干比过滤器)检测该信道的SNR，若 SNR值小于所设阈值则任何对象节点的数据都不可达所服务对象节点。部件405 (位传输率过 滤器)过滤掉位传输速率不匹配的对象节点发来的数据。部件406 (数据选通)根据部件402、 403、 404、 405过滤后的选通结果，选通可达数据。部件407 (BER注入器)通过一硬件随机 数产生逻辑将可达数据包注入符合配置的BER。
图5是图2中虚拟无线通信器件CC2420 222的详细设计。SPI接口 501和I/O管脚505 与图2中对象节点230连接。SPI接口 501是真实CC2420与节点CPU的交互接口， I/O管脚 505用于向CPU发送特殊信号，包括SFD、 FIFO、 FIFOP和CCA。经过SPI接口 501与CPU交 互的数据是由SPI控制器502处理或者产生的，SPI控制器502可以解释CPU发送来的命令 和数据，也可以组织向CPU发送的状态和数据，具体包括SPI控制器502将CPU对CC2420 寄存器的操作解释后传递给寄存器控制器503; SPI控制器将CPU对CC2420发出的命令解释 后传递给状态机控制器506; SPI控制器将CPU要发送的数据包传递给接收FIFO控制器507; SPI控制器从寄存器控制器503和接收FIFO控制器507分别读取CPU要求的寄存器值和数据 包。寄存器控制器503用于模拟CC2420的各种状态寄存器和控制寄存器，接收FIFO控制器 507用于模拟CC2420的接收缓冲区，发送FIFO控制器510用于模拟CC2420的发送缓冲区。 状态机控制器506用于仿真CC2420器件的状态。状态机控制器506接收SPI控制器502传递 的命令，控制将发送FIFO控制器510里的数据包通过发射器508发送到图2中的网络仿真部分220，并且控制将来自图2中的网络仿真部分220传到接收器509上的数据送入接收FIFO 控制器507中，并且控制工/0管脚505的电平高低。SRAM 504是用来提供虚拟无线通信器件 CC2420上的所有存储单元。
图6是图2中仿真控制中心223的详细设计。以太网接口 601用于图1中服务端PC机 104与无线网络仿真设备103连接。协议解包模块602用于按照图1中服务端PC机104的下 载数据包协议为数据包解包。数据包解包后传递到解码模块603。解码模块603可以控制仿 真控制器604发出对整个仿真平台的控制命令，并且可以控制参数下载模块605配置仿真参 数，并且可以控制事件上传模块606通过SDRAM接口 607取出存储的事件，并且可以控制协 议组包模块608的发包模式。协议组包模块608工作在事件发包模式时允许事件上传模块606 传递的事件送到图1中服务端PC机104，工作在触发发包模式时允许触发模块610传递的条 件疲惫状态传送到图1中服务端PC机104。分布事件产生模块轮询电路609用于将分布在图 2中网络仿真部分220中的所有分布事件产生模块225缓存的事件集中存储到外部SDRAM 224 中。
图7示出了本发明一个实施例的事件提取和触发条件匹配逻辑，与图2中的225对应。 部件701 (开关电路)为开关逻辑，通过上位机的配置，左侧的32个探针中的4个将被接入 到4个702 (运算单元、触发常量、比较器和旧值)部件。每个702部件分两部分逻辑，一 部分用于事件检测，通过比较某探针的新旧值触发事件，从而将事件输入部件703 (事件流 量控制)；另一部分用于给部件223发送匹配通知，当某探针的值跟配置的值相等或者通过其 它运算一致时，发送匹配通知给部件223，以用于上位机能够按需暂停整个仿真。部件703 用于舒缓事件产生密集时事件产生速度与事件缓冲区的存取速度。部件704 (事件FIFO)为 事件缓冲区，为一个双端口FIFO， 一端用于事件存储端口，另一端用于事件收集中心223提 取事件数据。705 (写FIFO接口)和706 (读FIFO接口)分别为事件FIFO的写端口和读端 口。运算单元为探针探测值与系统配置值进行运算的单元；触发常量存储系统配置值，该值 由上位机设置；旧值存储探针探测的历史值；比较器为探针新值与历史值比较器。
为了方便理解图l所示的实施例的工作机理，图8示出了一种典型的操作流程。操作框 808中完成仿真开始前的初始化工作。具体包括图8右边的步骤。在操作框801中用户将设 计的网络拓扑结构通过可视化界面输入到图1中服务端PC机104，拓扑结构中包括静态地理 位置以及动态移动情况。在操作框802中用户从图2中信道模型仓库214选择仿真网络采用 的无线信道模型。在操作框803中用户定义仿真过程中需要观测的事件源以及等待的触发条 件序列。完成操作框801、 802和803后，用户定义的仿真参数传递到图2中预处理程序213， 操作框804中用户自定义参数被转换成可下载的参数。在操作框805中，实际网络中节点的软件被编程到对象节点上。在操作框806中，根据实际节点使用的无线通信器件选择对应的 虚拟无线通信器件。在操作框807中，结合操作框805中得到的虚拟无线通信器件生成图2 中网络仿真部分220的逻辑电路。
操作框808开始仿真完成后，转到操作框809中由图1中服务端PC机104向无线网络仿 真设备103发出启动命令，然后在操作框810中开启MicaZ对象节点101，之后整个装置进 入仿真运行时。
由于仿真运行时存在多个并行步骤，在所述实施例中可以用硬件逻辑实现这一特性。在 操作框811中，操作框803用户定义的事件源产生的事件将会被连续记录，用户设置的触发 条件会实时传送到图1中服务端PC机104。如果网络中存在移动节点，则操作框812中会有 动态网络拓扑结构参数下载进入图2中网络仿真部分220，然后继续仿真运行时。如果设置 触发条件序列，在操作框813中会监测图6中触发模块610的匹配情况，在每个触发条件匹 配后，将新的触发条件下载到图2中网络仿真部分220，然后继续仿真运行时。
在操作框814中，停机触发条件完全匹配或者用户发出停机命令，使图2中网络仿真部 分220停止仿真。之后，在操作框815中，图1中服务端PC机104取出图2中外部SDRAM 224 里存储的所有事件，进入事件数据库212进行排序、分类和再现处理，供用户做仿真分析。
尽管本发明的一个实施例详尽的解释了网络化嵌入式系统仿真方法的各方面实现原理和
优点，但是本发明的应用范围并不局限于说明书所述的处理、机器、制品、物质组成、装置、 软件和步骤的特定实施例，并不局限于说明书所述的MicaZ无线传感器网络领域内的特定实 施例，并不局限于所述用于仿真目的的实施例。如根据公开内容，本发明可以容易被实现为 其他处理、机器、制品、物质组成、装置、软件和步骤使用基本相同的功能或者达到基本相 同的效果，可以容易被应用于其他所有网络通信领域，可以容易达到网络化嵌入式系统的测 试、调试等其他应用目的。所以所附权利要求希望将这些处理、机器、制品、物质组成、装 置、软件和步骤，以及这些网络通信领域，以及这些应用目的包括在范围内。
图9示出了针对一般网络实施本发明提出的网络化嵌入式系统仿真方法的步骤。在操作框901 中， 一个一般网络被划分成为网络的物理通信环境，网络节点的嵌入式系统以及网络节点的 通信器件。操作框902中对已重构网络不同部分实施不同的仿真策略，对网络物理通信环境 使用信道仿真，利用真实节点的嵌入式系统构造对象节点，对网络节点的通信器件使用虚拟 器件。操作框903中对不同仿真部分提供一种机制，能够捕捉和有效记录仿真过程中产生的 信息。操作框904中完成一次仿真任务。操作框905中对一次或多次仿真任务产生的事件做 处理，依据记录的事件再现仿真过程。
1权利要求
1. 一种网络化嵌入式系统的仿真方法，其特征在于包括网络的重构步骤、重构网络的仿真步骤、产生仿真信息步骤、仿真后处理步骤；a)一个网络的重构步骤(901)，用于将现实网络划分成三个相对独立的部分，具体包括网络中节点的嵌入式系统部分，网络中物理通信环境，以及网络中节点上用于接入网络的通信器件；b)一个重构网络的仿真步骤(902)，用于对已重构网络不同部分实施不同的仿真策略；c)一个产生仿真信息的步骤(903)，用于及时捕捉、有效记录仿真过程中产生的信息；d)一个执行仿真步骤(904)，用于完成一次仿真任务；e)一个仿真后处理步骤(905)，用于对一次或多次仿真任务产生的事件做处理，依据记录的事件再现仿真过程。
2. 如权利要求1所述的网络化嵌入式系统仿真方法，其特征在于重构网络的仿真步骤(902) 包括构造对象节点、仿真通信信道、虚拟通信器件；a) 构造对象节点，用于将真实节点引入网络仿真中，尤其是在仿真的网络环境中保持节 点上嵌入式系统的软硬件信息的真实性；b) 仿真通信信道，用于将物理通信环境的信道模型构建成仿真的网络；C)虚拟通信器件，用于对通信器件的部分物理层及其以上层的功能级模拟，并且用于连 接对象节点和通信的仿真信道。
3. 如权利要求l所述的网络化嵌入式系统仿真方法，其特征在于产生仿真信息的步骤(903) 包括分布事件产生、分布事件收集、分布事件同步；a) 分布事件产生，用于将仿真过程产生的信息以事件的形式记录下来；b) 分布事件收集，用于将不同事件源产生的事件统一编址，集中保存；c) 分布事件同步，用于在同一时钟下记录不同事件源产生事件的时刻，在收集之后可以 统一排序。
4. 如权利要求1所述的网络化嵌入式系统仿真方法，其执行仿真步骤(904)的特征在于执行仿真步骤(904)包括仿真命令生成与发送、条件触发、仿真参数配置；a) 仿真命令生成与发送，用于控制仿真过程，包括开启仿真、暂停仿真、终止仿真以及 读取仿真结果等；b) 条件触发，用于监视仿真过程中某个条件或某个条件序列的发生；c) 仿真参数配置，用于在开启仿真前配置和在开启仿真时修改仿真参数，仿真参数具体包括网络拓扑结构参数、通信信道模型参数以及虚拟通信器件参数。
5. —种网络化嵌入式系统的仿真装置，其特征在于包括服务端设备(1010)、网络仿真设备(020)、 个或多个参与仿真的对象节点(1030)，所述仿真装置可以同时接入多种 异构的实际网络节点，可以仿真多种信道模型，可以设置任意网络拓扑结构，并且实时记录和分析仿真信息，使网络化嵌入式系统的仿真方法作用于仿真装置；各部件连接方式如'ha) 配合所述网络仿真设备(1020)工作的一个或多个参与仿真的对象节点(1030)，用 于代表真实节点硬件运行实际节点上的软件，产生网络通信数据并传递给网络仿真设备(1020) ;b) 配合所述对象节点(1030)和所述服务端设备(1010)工作的一个网络仿真设备(1020)， 用于仿真服务端设备设置的网络拓扑结构和信道模型，交换对象节点之间发送的网络通信数 据，记录仿真过程中产生的信息传递给服务端设备；c) 配合所述网络仿真设备(1020)的一个服务端设备(1010)，用于配置仿真的网络拓 扑结构和信道模型，发送仿真控制命令给网络仿真设备，以及处理网络仿真设备记录的仿真"f曰息。
6. 如权利要求5所述的网络化嵌入式系统仿真装置，其特征在于对象节点(1030)的 硬件包括用于运行对象节点上软件的计算模块，用于完成节点上其他特殊应用I/O功能的I/O 模块，以及用于提供真实节点电源的电源模块；对象节点的软件特征在于节点上应用程序、 协议栈以及嵌入式操作系统，对象节点的通讯接口特征在于提供连接真实通信设备的I/O接□。
7. 如权利要求5所述的网络化嵌入式系统仿真装置，其特征在于网络仿真设备(1020) 包括一个信道动态仿真模块(1023)、 一个或多个虚拟通信器件(1026)、 一个或多个事件提 取模块(1024)、条件匹配模块(1025)、 一个参数配置模块(1022)、以及仿真控制中心模块(1021) ;a) —个信道动态仿真模块(1023)，根据环境参数(信道模型)和网络参数(网络拓扑)， 实现通信器件之间数据的传输时延模拟、判断数据能否经过信道到达某个虚拟通信器件、根 据信道模型给可达节点加入指定的误码率(BER)，与所有的虚拟通信器件连接，并连接着至 少一个事件提取模块(1024);b) 配合所述对象节点(1030)和信道动态仿真模块(1023)工作的一个或多个虚拟通信器件(1026)，每个虚拟通信器件是参考实际通信器件的说明书依据通信器件的虚拟化模版实现的一个实例，与信道动态仿真模块连接，并连接着至少一个事件提取模块(1024);c) 分布在所述信道动态仿真模块(1023)和一个或多个虚拟通信器件(1026)上的一个 或多个事件提取模块(1024)，用于在仿真过程中监视事件源的变化，为事件标记全局时间戳， 缓存所有分布事件源产生的事件，并连接到仿真控制中心模块(1021);d) 配合每个事件提取模块(1024)工作的一个或多个条件匹配模块(1025)，用于在仿 真过程中实时监视一个或一组条件的匹配情况，并迅速反馈到服务端设备，每个条件匹配模 块与对应的一个事件提取模块(1024)连接；e) 配合所述信道动态仿真模块(1023)和一个或多个虚拟通信器件(1026)工作的一个 参数配置模块(1022)，用于在仿真前将从服务端设备获得的虚拟通信器件配置装载到所述一 个或多个虚拟通信器件模块中去，在仿真前和仿真时将网络拓扑结构参数和信道模型参数装 载到所述信道动态仿真模块中去，该模块与信道动态仿真模块(1023)和一个或多个虚拟通 信器件(1026)连接;f) 仿真控制中心模块(1021)，配合所述一个或多个事件提取模块(1024)、 一个或多个 条件匹配模块(1025)、 一个参数配置模块(1022)和服务端设备(1010)工作，用于根据所 述服务端设备传递下来的命令控制所述网络仿真设备(1020)中的信道动态仿真模块(1023) 和一个或多个虚拟通信器件(1026)的工作状态，并且控制所述网络仿真设备(1020)中的 事件提取模块(1024)的事件收集，并且控制所述网络仿真设备(1020)中的条件匹配模块(1025)产生信号的收集和上传，并且控制网络仿真设备(1020)中的参数配置模块(1022) 的下载。
8.如权利要求5所述的网络化嵌入式系统仿真装置，其特征在于服务端设备(1010) 包括一个网络拓扑结构转换配置参数模块(1012)、 一个信道模型库模块(1011)、 一个信道 静态参数生成模块(1013)、 一个通信器件的虚拟化模版库(1017)、 一个事件源定义模块 (1014)、 一个事件分析模块(1016)、以及一个触发条件配置模块(1015);a) —个网络拓扑结构转换配置参数模块(1012)，用于将网络的拓扑结构转换成节点间 的距离矩阵，以供信道静态参数生成模块使用，与信道模型库模块(1011)以及信道动态参 数生成模块(1013)连接；b) 配合所述一个网络拓扑结构转换配置参数模块工作的一个信道模型库模块(1011)， 用于存放各种信道模型；c) 配合所述一个网络拓扑结构转换配置参数模块(1012)工作的一个信道静态参数生成 模块(1013),结合所述服务端设备中的网络拓扑结构转换配置参数模块和信道模型库模块得 出信道模型常系数矩阵等静态参数；d) 配合所述网络仿真设备(1010)中的一个或多个虚拟通信器件(1026)工作的一个通 信器件的虚拟化模版库(1017)，用于将实际通信器件转换成网络仿真设备中的一个或多个虚 拟通信器件；e) 配合本项权利要求中所述网络仿真设备中事件提取模块(1024)工作的一个事件源定 义模块(1014)，用于将网络化嵌入式系统的信息源转换成可被网络仿真设备中的事件提取模 块监视的事件源；0配合本项权利要求中所述网络仿真设备中仿真控制中心模块(1021)工作的一个事件 分析模块(1016)，用于简化事件的处理和理解，通常包括事件的过滤、分类、排序和可视化 等；g)配合所述网络仿真设备中的子模块条件匹配模块(1025)工作的一个触发条件配置模 块(1015)，用于在仿真时检测一个条件序列的匹配情况，实时检查网络仿真设备中的条件匹 配模块的反馈数据，并下载新的匹配条件到网络仿真设备中的条件匹配模块(1025)中。
全文摘要
本发明涉及网络化嵌入式系统的仿真方法及其装置。本发明提出的仿真方法包括以下步骤网络的重构，重构网络的仿真，产生仿真信息，执行仿真，以及仿真后处理。本发明提出的仿真装置包括一个服务端，一个网络仿真设备和一个或多个对象节点。此外，本发明的一个针对无线传感器网络相关的网络化嵌入式系统的实施例有效地提高了无线传感器网络仿真的效率，收集到了更多的仿真信息，对进一步研究网络化嵌入式系统行为具有重大作用。
文档编号H04L12/24GK101453371SQ20081011566
公开日2009年6月10日 申请日期2008年6月26日 优先权日2008年6月26日
发明者杰 何, 潘光荣, 沁 王, 磊 王 申请人:北京科技大学