Tossim 教程

文章列表

Tossim 教程

系列文章目录

TinyOS 系列文章【一】：TinyOS 配置教程
TinyOS 系列文章【二】：Tossim 教程

文章目录

系列文章目录
前言
1. Tossim 简介
2. TOSSIM 仿真
- 2.1. 编译 TOSSIM
- 2.2. 基于 Python 的仿真
- 2.3. 调试语句
- 2.4. 网络配置
总结

前言

本文主要用于记录在 WSN 课程中，配置大作业所需使用的 Tossim 仿真工具

1. Tossim 简介

TOSSIM (TinyOS simulator) 是 TinyOS 自带的一个仿真工具，可以支持大规模的网络仿真。由于 TOSSIM 运行和传感器硬件相同的代码，所以仿真编译器能直接从 TinyOS 应用的组件表编译仿真程序。通过替换 TinyOS 下层部分硬件相关的组件，TOSSIM 把硬件中断换成离散仿真事件，由仿真器事件抛出的中断来驱动上层应用，其他的 TinyOS 组件尤其是上层的应用组件都无须更改。

Tossim 是一个库，你必须写程序配置仿真运行，TOSSIM 支持两种编程接口：Python 和 C++

Python 允许你动态的和仿真交互，就像一个强大的 debugger
但是 Python 的解释器本身就是一个性能瓶颈，执行效率没有 C++ 高

这两种接口各有优缺点，面我们只介绍 Python 这种接口

2. TOSSIM 仿真

2.1. 编译 TOSSIM

TOSSIM 是 TinyOS 系统的一个程序库，其核心代码位于 tos/lib/tossim

在每个 TinyOS 源代码目录里，都可能有一个对应的 sim 子目录，其中包含改代码的仿真实现

例如：tos/chips/atm128/timer/sim 含有 Atmega128 定时器的仿真组件

先进入 TinyOS 所在的根目录：

cd /opt/tinyos-2.1.2/

为了编译 TOSSIM，你应该在 make 命令后面加上可选的 sim 选项：

cd apps/Blink
make micaz sim

现在 TOSSIM 只支持 micaz 平台

如果 TOSSIM 编译通过，会得到下面的输出信息：

在这里插入图片描述

2.2. 基于 Python 的仿真

下面将以 RadioCountToLeds 应用程序为例，演示 TOSSIM 仿真的一般步骤

RadioCountToLeds 应用程序有一个 4Hz 的计数器，每当数值更新时，就把数值无线广播出去。当另一个 RadioCountToLeds 节点接收到技术值，就将其低 3 位显示在 LED 灯上

切换到 RadioCountToLeds（在 apps 目录下）程序所在目录：

cd tinyos-2.1.2/apps/RadioCountToLeds
make micaz sim

编译成功后，终端出现如下输出：

在这里插入图片描述

使用 Python 的交互模式，开启 Python 解释器：

python

终端出现类似下面的输出:

在这里插入图片描述

创建 TOSSIM 对象，导入 TOSSIM 仿真器，并创建一个 TOSSIM 对象，输入如下命令：

>>> from TOSSIM import *
>>> t = Tossim([])

运行 TOSSIM 仿真，利用 t.runNextEvent 命令可以运行一个仿真器事件，t 就是刚才创建的 TOSSIM 对象，runNextEvent 是 TOSSIM 对象的一个函数，输入函数格式如下：

>>> t.runNextEvent()
0

此时输入 t.runNextEvent，返回 0，表示没有事件需要运行，因为当前还没有启动任何节点

在 45654 时间点（仿真时间标记点，相当于仿真中的最小时间单位）启动 32 号节点，然后运行它的第一个事件，即 Boot.booted 事件

此时，执行 runNextEvent 返回 1，因为它有一个启动事件并成功运行了该事件，代码如下:

>>> m = t.getNode(32)
>>> m.bootAtTime(45654)
>>> t.runNextEvent()
1

另外，可以调用 tickPerSecond 函数来表示一秒的仿真时间点总和，调用函数的代码如下:

>>> m = t.getNode(32)
>>> m.bootAtTime(4 * t.ticksPerSecond() + 242119)
>>> t.runNextEvent()
1

仿真运行中，一共有两种方法判断节点是否启动，其中一种方法就是利用节点对象中的 isOn 命令直接查询，代码如下:

>>> m.isOn()
1
>>> m.turnOff()
>>> m.isOn()
0
>>> m.bootAtTime(560000)
>>> t.runNextEvent()
0
>>> t.runNextEvent()
1

注意到，节点关闭并再重新开启后执行的第一个 runNextEvent 函数返回 0，这是因为当节点关掉时，队列里仍然有一个事件

但是，当轮到处理这个事件时，节点仍处于关闭状态， runNextEvent 就返回 0

第二个 runNextEvent 命令针对于 560000 时间点的启动事件，故返回 1

TOSSIM 对象还有很多功能函数，在 Python 里，一般可用 dir 函数查看某对象的功能函数，如下：

>>> t = Tossim([])
>>> dir(t)
['__class__', '__del__', '__delattr__', '__dict__', '__doc__', '__g
etattr__',
'__getattribute__', '__hash__', '__init__', '__module__', '__new_
_',
'__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__str_
_',
'__swig_getmethods__', '__swig_setmethods__', '__weakref__', 'addCh
annel',
'currentNode', 'getNode', 'init', 'mac', 'newPacket', 'radio', 'rem
oveChannel',
'runNextEvent', 'setCurrentNode', 'setTime', 'this', 'thisown', 'ti
cksPerSecond', 'time', 'timeStr']

常用函数有：

currentNode(): returns the ID of the current node.
getNode(id): returns an object representing a specific mote
runNextEvent(): run a simulation event
time(): return the current time in simulation ticks as a large inte
ger
timeStr(): return a string representation of the current time
init(): initialize TOSSIM
mac(): return the object representing the media access layer
radio(): return the object representing the radio model
addChannel(ch, output): add output as an output to channel ch
removeChannel(ch, output): remove output as an output to channel ch
ticksPerSecond(): return how many simulation ticks there are in a s
imulated second

2.3. 调试语句

TOSSIM 有一个称为 dbg 的调试系统

dbg：打印调试信息，以节点 ID 开头

修改 RadioCountToLedsC.nc 里的 Boot.booted 事件，当启动时打印一条 debug 信息，如下所示：

event void Boot.booted() {call Leds.led0On();dbg("Boot", "Application booted.\\n");call AMControl.start();
}

每次修改完 RadioCountToLedsC.nc 文件都要重新执行 make micaz sim 这条命令才会使之生效

dbg() 有两个或者更多的参数：第一个参数 Boot，定义了输出通道，输出通道是一个字符串，dbg 命令和 C++ 语言中的 sprintf 语句十分相似

例如，RadioCountToLedsC.nc 有如下调用：

event message_t* Receive.receive(message_t* bufPtr, void* payload,
uint8_t len) {dbg("RadioCountToLedsC", "Received packet of length %hhu.\\n", le
n);
... 
}

输出通道需要利用 TOSSIM 对象中的 addChannel 函数将它与具体输出设备绑定，为了这些，我们需要导入 Python 的 sys 包，告诉 TOSSIM 将 Boot 信息输出到指定地方

进行如下测试：

>>> from TOSSIM import *
>>> t = Tossim([])
>>> m = t.getNode(32)
>>> m.bootAtTime(45654)
>>> import sys
>>> t.addChannel("Boot", sys.stdout);
1

返回信息表示绑定成功，运行第一个仿真事件，节点启动：

>>> t.runNextEvent()
DEBUG (32): Application booted.
1

如果没有信息输出，你可能需要运行事件直到它输出：

>>> while not m.isOn():
>>> t.runNextEvent()

如果一条语句有多个通道并且这些通道共享输出，TOSSIM 只打印这些信息一次，例如， Boot 通道和 RadioCountTOLedsC 通道连接到标准输出，将只会打印出一条信息，例如：

event void Boot.booted() {call Leds.led0On();dbg("Boot,RadioCountToLedsC", "Application booted.\\n");dbg("RadioCountToLedsC", "Application booted again.\\n");dbg("Boot", "Application booted a third time.\\n");call AMControl.start();
}

在 Python 的交互模式里输入如下命令：

>>> import sys
>>> t.addChannel("Boot", sys.stdout)
>>> t.addChannel("RadioCountToLedsC", sys.stdout)

运行 runNextEvent 之后，将会打印出如下结果：

>>> t.runNextEvent()
DEBUG (32): Application booted.
DEBUG (32): Application booted again.
DEBUG (32): Application booted a third time.

2.4. 网络配置

仿真刚启动时，节点之间不能互相通信

只有配置好网络拓扑结构，TOSSIM 仿真才能模拟网络行为

TOSSIM 中默认的无线电模型是以信号强度为基础的，需要程序员通过脚本接口提供一组描述网络传播强度、底噪声和接收灵敏度的数据

TOSSIM 已经提供了一组基于 CC2420 芯片的数据

通过 Python 中的 radio 对象可以仿真无线电行为，利用 dir 命令还可以查看 radio 对象的具体函数，其代码如下:

>>> from TOSSIM import *
>>> t = Tossim([])
>>> r = t.radio()
>>> dir(r)
['__class__', '__del__', '__delattr__', '__dict__', '__doc__',
'__getattr__', '__getattribute__', '__hash__', '__init__',
'__module__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__',
'__repr__', '__setattr__', '__str__', '__swig_getmethods__',
'__swig_setmethods__', '__weakref__', 'add', 'connected',
'gain', 'remove', 'setNoise', 'this', 'thisown',
]

TOSSIM 不但可以仿真无限电的传播模型，还可以利用就近匹配算法 CPM 来模拟射频噪声、节点间的相互干扰以及外部信号源节点的干扰

CPM 算法利用噪声道文件产生一个统计模型，通过调用节点对象的 addNoiseTraceReading命令创建噪声模型

在 tos/lib/tossim/noise 目录下有几个简单的噪声文件

例如，meyer-heavy.txt 文件保存的是斯坦福大学 Meyer 图书馆的噪声道数据，它的前十行如下：

-39
-98
-98
-98
-99
-98
-94
-98
-98
-98

需要将 tos/lib/tossim/noise 目录下的meyer-heavy.txt 文件移动到 tinyos-2.1.2/apps/RadioCountToLeds 目录下

下面是一段根据噪声道数据分别为节点 07 创建噪声模型的代码:

noise = open("meyer-heavy.txt", "r")
lines = noise.readlines()
for line in lines:str1 = line.strip()if str1:val = int(str1)for i in range(7):t.getNode(i).addNoiseTraceReading(val)
for i in range(7):t.getNode(i).createNoiseModel()

因为无线电的链路信息可以存在文本文件里，所以 TOSSIM 允许创建一个描述拓扑结构的文件，然后用 Python 脚本加载该文件，并把这些拓扑信息保存到 radio 对象里

在文本文件中，3 个数值指明一条链路：源节点、目标节点和增益，例如：

1 2 -54.0

表示节点 1 发送消息，节点 2 以 54dBm 的增益接收

创建一个拓扑文件 topo.txt

gedit topo.txt

其内容如下：

以下脚本代码会读取该文件，并把数据存到 radio 对象里：

>>> f = open("topo.txt", "r")
>>> for line in f:
...		s = line.split()
...		if s:
...			print " ", s[0], " ", s[1], " ", s[2];
...			r.add(int(s[0]), int(s[1]), float(s[2]))

此时，当一个节点发送数据包，其邻居节点就能接收到数据包

创建 test.py 文件：

gedit test.py

下面是 RadioCountToLedsC 实例的完整仿真脚本代码，保存在 test.py 中：

#! /usr/bin/python
from TOSSIM import *
import syst = Tossim([])
r = t.radio()
f = open("topo.txt", "r")for line in f:s = line.split()if s:print " ", s[0], " ", s[1], " ", s[2];r.add(int(s[0]), int(s[1]), float(s[2]))t.addChannel("RadioCountToLedsC", sys.stdout)
t.addChannel("Boot", sys.stdout)noise = open("meyer-heavy.txt", "r")
for line in noise:str1 = line.strip()if str1:val = int(str1)for i in range(1, 4):t.getNode(i).addNoiseTraceReading(val)
for i in range(1, 4):print "Creating noise model for ",i;t.getNode(i).createNoiseModel()t.getNode(1).bootAtTime(100001);
t.getNode(2).bootAtTime(800008);
t.getNode(3).bootAtTime(1800009);for i in range(100):t.runNextEvent()

运行该脚本，得到输出如下：

在这里插入图片描述

这些调试输出语句，都对应着 RadioCountToLedsC.nc 文件里的 dbg 调试语句，前面打印的网络拓扑语句是在 test.py 文件里 print " ", s[0], " ", s[1], " ", s[2]; 这条语句输出的

总结

一份简单的配置指南

Tossim 教程

系列文章目录

文章目录

前言

1. Tossim 简介

2. TOSSIM 仿真

2.1. 编译 TOSSIM

2.2. 基于 Python 的仿真

2.3. 调试语句

2.4. 网络配置

总结

公告

标签

Tossim 教程

系列文章目录

文章目录

前言

1. Tossim 简介

2. TOSSIM 仿真

2.1. 编译 TOSSIM

2.2. 基于 Python 的仿真

2.3. 调试语句

2.4. 网络配置

总结

相关问题

公告

标签