OPNET Modeler (Optimized Network Engineering Tools) - Моделирование беспроводных сенсорных сетей

OPNET Modeler - мощная среда имитационного моделирования дискретных событий и состояний. Она включает множество библиотек сетевых технологий и протоколов связи, таких как TCP/IP, протокол передачи гипертекста (HTTP), технология асинхронного режима передачи (ATM) и FrameRelay, IP-QoS, 802.11 (Wi-Fi), ZigBee и др. Эти библиотеки поставляют блоки для построения моделей сетей. Одним из множества модулей, доступных в OPNET Modeler, является беспроводной модуль. Он расширяет функциональность среды для имитационного моделирования и анализа беспроводных сетей.

В версии OPNET Modeler 14.0 доступны модели узлов ZigBee, разработанные самой компанией OPNET. При этом исходный код модели сетевого уровня и уровня приложений скрыт от пользователей. Доступен только код модели нижнего уровня 802.15.4.

Также существует модель узлов-сенсоров с открытым исходным кодом, соответствующая стандарту IEEE 802.15.4, разработкой, которой занимается сообщество OPEN-ZB. Разные версии данной модели работают с OPNET Modeler 10.5 и выше (таб. 4).

Таблица 4: Существующие модели OPEN-ZB для OPNET

OPEN-ZB модель

Дата выпуска

Версия OPNET

OPNET Simulation Model v 3.0b

20.11.2009

15.0

OPNET Simulation Model v 2.1

31.03.2009

14.5

OPNET Simulation Model v 2.0

22.05.2007

11.5

OPNET Simulation Model v 1.0

06.04.2006

10.5

Модель OPEN-ZB

Модель реализует физический уровень и уровень доступа к среде, и соответствует стандарту IEEE 802.15.4. Версия модели 2.1 поддерживает только топологию звезда, где коммуникации происходят между конечными устройствами через центральное устройство, называемое координатором частной сети.

В модели версии 2.1 существует два типа узлов:

    1. wpan_analyzer_node - узел, который собирает глобальные для частной сети статистические данные; 1. wpan_sensor_node - узел, который реализует протоколы связи стандарта IEEE 802.15.4-2003

Структура узла-сенсора, использованная в модели, состоит и четырех функциональных блоков (рис. 12):

    1. Физический уровень состоит из радиопередатчика (tx) и приемника (rx), которые в соответствии со спецификацией IEEE 802.15.4 работают на частоте 2,4 ГГц со скоростью обмена данными 250 Кбит/сек. Мощность передатчика установлена в 1мВт с модуляцией QPSK (Quadrature Phase Shift Keying). Физический уровень реализован при помощи уже существующего в OPNET Modeler беспроводного модуля с указанием параметров, соответствующих стандарту IEEE 802.15.4. 2. Уровень доступа к среде реализует алгоритм CSMA/CA с фиксированными временными слотами ожидания передачи (slotted CSMA/CA) и механизм гарантированных временных слотов (GTS). GTS трафик (т. е. трафик чувствительный к скорости доставки) приходящий от уровня приложения сохраняется в буфере определенной емкости и передается в сеть, когда соответствующий временной слот активен. Нечувствительные к времени доставки кадры данных сохраняются в неограниченном буфере и передаются в сеть в течение периода активной конкуренции, в соответствии с алгоритмом CSMA/CA с фиксированными временными слотами ожидания передачи. Данный уровень также может генерировать кадры маркеры для синхронизации устройств в сети, если узел работает в режиме координатора.
модель open-zb 2.1

Рис. 12 Модель OPEN-ZB 2.1

    3. Уровень приложения - состоит из двух генераторов трафика (Traffic Source и GTS Traffic Source) и одного получателя (Traffic Sink). Источник обычного трафика (Traffic Source) генерирует кадры данных с флагом подтверждения доставки и без, которые передаются в течение периода конкурентного доступа (CAP). Источник трафика (GTS Traffic Source) с гарантированными временными слотами, может использоваться для создания кадров данных с флагом подтверждения доставки и без, которые чувствительны к задержкам в сети. Модуль получателя принимает кадры от нижних уровней и считает сетевую статистику. 4. Модуль батареи - вычисляет потребляемый и оставшийся уровень энергии. Значения по умолчанию для модели установлены в соответствии со спецификацией MICAz.

Модель достаточно хорошо документирована, продолжает дорабатываться и поддерживаться. Более подробная характеристика модели приведена в техническом описании.

В недавно вышедшей версии 3.0 (beta) также реализованы следующие функции:

    - Сетевой уровень ZigBee; - Иерархическая маршрутизация по дереву ZigBee; - Проверка адресов узлов для поддержки адресной схемы дерева кластеров ZigBee.

Встроенная в OPNET модель ZigBee

Встроенная в OPNET Modeler 14.0 реализует не только физический уровень и уровень доступа к среде стандарта IEEE 802.15.4-2006, но и сетевой уровень ZigBee. Модель поддерживает топологии: звезда, дерево, и ячеистая сеть.

Модель содержит три типа узлов в соответствии со спецификацией ZigBee:

    1. Координатор (Coordinator); 2. Маршрутизатор (Router); 3. Конечное устройство (End Device).

Структура узла-сенсора, использованная в модели, представлена четырьмя функциональными блоками (рис. 13):

    1. Физический уровень состоит из радио передатчика (wireless_tx) и приемника (wireless_rx), которые в соответствии со спецификацией IEEE 802.15.4-2006 могут работать на частотах 868МГц, 915 МГц и 2,4 ГГц. Физические характеристики сети задаются на координаторе. Мощность передатчика установлена в 5мВт. 2. Уровень доступа к среде реализует алгоритм CSMA/CA без фиксированных временных слотов ожидания передачи, и часть других функции данного уровня в соответствии со стандартом IEEE 802.15.4. 3. Сетевой уровень реализует функции в соответствии со спецификацией ZigBee. Исходный код блока недоступен, поставляется в компилированном виде. 4. Уровень приложения позволяет генерировать трафик и инициировать поиск и присоединение к сети. Исходный код блока недоступен, поставляется в компилированном виде.

Рис. 13 Встроенная модель OPNET Modeler 14.0

Похожие статьи




OPNET Modeler (Optimized Network Engineering Tools) - Моделирование беспроводных сенсорных сетей

Предыдущая | Следующая