基于节点聚类的可伸缩多应用无线传感器网络模拟

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1、第11期李文军等：基于节点聚类的可伸缩多应用无线传感器网络模拟·219·基于节点聚类的可伸缩多应用无线传感器网络模拟李文军，林宏生，周晓聪，郑尧展（中山大学信息科学与技术学院，广东广州510275）摘要：提出一种基于节点聚类的无线传感器网络模拟方法，部署同类应用的节点在模拟器中采用单一实体建模，通过多个实体之间的通信实现不同节点的交互，并利用实体之间的同步驱动模拟事件的顺序进行。基于节点聚类方法，在主流模拟工具TOSSIM的基础上设计并实现了一个无线传感器网络模拟器ETMA；实验结果表明，基于节点聚类的模拟方法不仅可支持多应用无线传感器网

2、络的模拟，同时还具有良好的可伸缩性。关键词：无线传感器网络；节点聚类；可伸缩性；多应用模拟中图分类号：TP393文献标识码：B文章编号：1000-436X(2008)11-0213-07Scalableandmulti-applicationwirelesssensornetworkssimulationbasedonnodeclusteringLIWen-jun,LINHong-sheng,ZHOUXiao-cong,ZHENGYao-zhan(SchoolofInformationScienceandTechnology,SunYat

3、-senUniversity,Guangzhou510275,China)Abstract:AnodeclusteringbasedapproachwasproposedtosolveeffectivelythelargescaleWSNsimulationwithmultipleapplicationsbypartitioningnodesintodifferentclusters.Nodesinasingleclusterrunningthesameapplicationweresimulatedwiththesamesingleen

4、tity.Interactionsbetweennodesweresimulatedbyentitycommunication,andasynchronousmechanismwasalsoproposedtoensurethesimulationeventsexecuteorderly.AnodeclusteringbasedsimulatorETMAwasdesignedandimplementedontopofTOSSIM.EmpiricalstudiesonETMAshowthatthenodeclusteringapproach

5、cansupportmulti-applicationWSNsimulationwithhighscalability.Keywords:wirelesssensornetworks;nodeclustering;scalability;multi-application第11期李文军等：基于节点聚类的可伸缩多应用无线传感器网络模拟·219·1引言无线传感器网络(WSN,wirelesssensornetworks)[1,2]具有网络规模大、节点密度高等特点，这些特点使得无线传感器网络应用程序测试更具挑战性。现有研究提出了许多无线传感器网

6、络应用程序测试的方法、工具和平台，其中使用模拟器进行测试的方法因其具有成本低、模拟环境易控制、效率高以及重编程与重部署方便等特点而在开发无线传感器网络应用中广泛使用。收稿日期：2008-06-10；修回日期：2008-10-10无线传感器网络是一个大规模的网络，网络中不同的节点可能运行不同的应用程序，通过各应用程序之间的协作来完成特定的任务。例如，在一个用于大规模伤亡救援响应的CodeBlue[3]系统中，需要有多种节点，分别用于监测伤员身体参数、救护人员位置监测及通知求援、基站调度与伤员信息维护等。在对此类无线传感器网络应用的模拟测试中

7、，需要模拟器能够提供大规模的、支持多个应用的模拟。第11期李文军等：基于节点聚类的可伸缩多应用无线传感器网络模拟·219·在现有无线传感器网络模拟器中，支持多应用模拟的一种途径是采用每节点单一实体（entity-per-node）模型，亦即将每一个节点建模为一个实体进行模拟，例如ATEMU[4]、EmTOS[5]、SNAP[6]、Viptos[7]等模拟器均采用此方法。一个实体是指在模拟器中对一个应用的模拟，执行相应节点上的应用程序代码，维护相应节点的数据或状态。这种方法可将部署了不同应用的节点作为不同的实体来模拟，但其缺陷是大大降低了模

8、拟器的可伸缩性（scalability）。对每一节点使用一个实体进行模拟，一方面需要为每一节点运行的数据结构与应用程序分配相应的空间，这在节点数目巨大时会大大降低性能，另一方面在维护所有节点的