Инструменты моделирования. 
Алгоритм взаимодействия узлов беспроводной сенсорной сети

Для моделирования концепции беспроводных сенсорных сетей хорошо подходит агентно ориентированное моделирование. Согласно определению [15], агентное моделирование можно определить, как частный случай имитационного моделирования, в котором основное внимание уделяется исследованию состояния глобальной системы в зависимости от поведения агентов, которые являются компонентами системы [15]. В случае сенсорных сетей наблюдается аналогичный подход, поскольку узлы сети распределены по территории, активно взаимодействуют с окружающей средой (сбор параметров окружающей среды является основной задачей сенсорной сети) и соседними узлами, а также поведение и технические характеристики отдельного узла сенсорной сети влияют на производительность все сенсорной сети. В случае традиционного имитационного моделирования, моделируемая система рассматривается как линейная совокупность пассивных элементов в общем процессе, и поведение элементов заранее установлено. При дискретно-событийном подходе внимание уделяется конкретному процессу, который уже рассматривается нелинейно, анализируются стадии конкретного процесса.

В случае агентного каждый компонент сети имеет собственный сценарий поведения, который влияет на качество выполнения поставленной задачи. Таким образом, агентное моделирование является удобным подходом для описания систем, состоящих компонентов, чье поведение неоднозначно и зависит от многих факторов.

Для выполнения моделирования необходимо определить инструмент, с помощью которого будет разработана модель и протестирован метод.

Anylogic.

Среда моделирования Anylogic — продукт компании XJ Technologies. Среда прелоставляет возможность использования различных подходов в современном имитационном моделировании, а именно: дискретно-событийный, агентный, моделирование системной динамики.

Anylogic имеет удобный интерфейс и средства для анализа данных и презентации результатов моделирования: гистограммы, наборы данных, статистика, графики, диаграммы [10].

Субъективно, для моделирования беспроводной сенсорной сети AnyLogic не так удобна, как для моделирования бизнес-процессов или систем массового обслуживания. В виду отсутствия специализированной библиотеки необходимо много программировать, а Anylogic не предоставляет возможность отладки кода Java.

Glomosim.

GloMoSim (Global Mobile Information System Simulator) — среда моделирования использующая Си подобный язык программирования Parsec. При моделировании используются понятия: сущность, обмен сообщениями, ресурсы. — сущности обмениваются сообщениями и запрашивают ресурсы, возможно распараллеливание исполнения программы и поддерживает свыше 1000 узлов в модели. GloMoSim является представителем моделирования дискретных событий. GloMoSim — специализированная среду для моделирования беспроводных и ad-hoc сетей.

GPSS World.

GPSS World, (General Purpose System Simulator) — система имитационного моделирования дискретных и непрерывных систем, разработанная компанией Minuteman Software. Основное применение в моделировании систем, которые можно свести к системам массового обслуживания. Основными компонентами моделирования являются очереди, заявки, обслуживающие приборы, и прочее.

Задачу моделирования протокола сенсорной сети достаточно сложно свести к СМО, но использование GPSS World будет актуально при исследовании потока информации, который обрабатывается каждым узлом сети.

Matlab.

Matlab — высокоуровневый язык программирования и одноименная среда для моделирования, а для также научных и инженерных расчетов, в основе которой лежит интерпретатор собственного языка Matlab. Алгоритмы, выполняемые в Matlab, по большей части, используют векторы и матрицы для обработки больших массивов данных.

Привлекательность среды для решения задач текущей ВКР заключается в наличии инструментов и toolboxes и визуального редактора моделирования. Matlab позволяет решать широкий спектр задач от обработки больших массивов данных, до моделирования СМО, сетей, алгоритмов автоматического управления. Именно наличие специализированных инструментов для работы с ТАУ является главным основанием для выбора Matlab в качестве инструмента моделирования распределенных вычислений в беспроводной сенсорной сети. Возможность обработки больших массивов данных позволит оценить разработанный метод на большом количестве узлов.

Поскольку в качестве метода автоматического управления беспроводной сенсорной сетью, поддерживающей распределенные вычисления, выбраны нейронные сети, наличие с среде Matlab специализированного toolbox для разработки алгоритма ТАУ на основе нейронных сетей, а также возможность работы с нейронными сетями из текста основной программы на языке Matlab, является мощным преимуществом среды по сравнению с перечисленными ранее.

Таким образом, можно выделить следующие преимущества Matlab по сравнению с другими средами моделирования:

• — наличие инструмента для работы с нейронными сетями, которые выбраны в качестве метода автоматического управления;
• — наличие инструмента для работы с большими объемами данных;
• — наличие инструментов для визуализации сенсорной сети;
• — наличие инструментов для работы со статистикой, графиками.

Сравнительная таблица рассмотренных сред моделирования представлена в таблице 2.

Таблица 2 Инструменты моделирования.

ГИ — графический интерфейс; ЯП — язык программирования; ТАУ — теория автоматического управления; ИМ — имитационное моделирование; АМ — агентное моделирование; ДСМ — дискретно-событийное моделирование; СДМ — моделирование системной динамики.

В результате проведения обзора и анализа инструментов моделирования, была выбрана среда Matlab, из-за наличия инструментов для работы с нейронными сетями, большими объемами данных, инструментов визуализации, работы со статистикой.