【正文】 ........................................................................................ 26 7 結(jié)論 ........................................................................................................................... 28 致謝 ................................................................................................................................. 29 參考文獻 ......................................................................................................................... 30 附錄 ................................................................................................................................. 31 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 4 1 引言 由于近年來 傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和無線通訊技 術(shù)的發(fā)展， 微型制造技術(shù)、通信技術(shù)及電池技術(shù)的改進，促使微小的傳感器可具有感應(yīng)、無線通信及處理信息的能力。這些具有無線通信、數(shù)據(jù)采集和處理、協(xié)同合作等功能的無線傳感器節(jié)點協(xié)同組織就構(gòu)成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。美國商業(yè)周刊和 MIT 技術(shù)評論在預(yù)測未來技術(shù)發(fā)展的報告中，分別將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為 21世紀最有影響的技術(shù)和改變世界的技術(shù) 之一。因此，可以斷定未來的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將有更為廣泛的前景。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事偵察、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療護理、智能家居、工業(yè)生 產(chǎn)控制以及商業(yè)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。目前 ,已獲得廣泛應(yīng)用的各種通用、專用的仿真軟件覆蓋了幾乎所有硬件平臺 ,其中多平臺適用的 NS(Network Simulator)仿真器是最常見的基于事件的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件之一 ,它是美國 DARPA 支持的項目 VINT 開發(fā)的通用多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)仿真軟件 ,在設(shè)計思路上試圖滿足網(wǎng)絡(luò)研究界在網(wǎng)絡(luò)仿真方面的抽象、仿真、場景生成、可視化、可擴充性等多方面需求 ,能夠應(yīng)用于無線環(huán)境 ,支持純無線局域網(wǎng)、 有線無線混合網(wǎng)絡(luò)等的仿真。 NS 是在網(wǎng)上分開發(fā)布的 ,并且已被網(wǎng)絡(luò)研究者廣泛使用。其中 , Tcl 是一個開放腳本語言 ,用來對 NS進行編程 。 Otcl 是基于 Tcl/ tk 的面向?qū)ο髷U展 ,有自己的類層次結(jié)構(gòu) 。 Tclcl 則提供 NS和 Otcl 的接口 ,使對象和變量出現(xiàn)在兩種語言中。隨著版本的更新 ,NS 完全運用面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計思想 ,使用杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 5 OTcl 和 C+ +語言混合編程 , 利用 TclcL 機制 , 通過兩個 C+ + 類即 TclObject 和TclClass 將 OTcl 類和 C+ +類關(guān)聯(lián)起來 ,使得在 C+ +中能直接調(diào)用 OTcl 解釋器的功能 ,OTcl 和 C+ +能夠互相直接操作對方定義的數(shù)據(jù)。擴充 nS的主要方法就是使用 OTcl或 C+ +語言 ,繼承 ns已實現(xiàn)的類 ,增添自己的功能 ,再與原有的源文件一起重新編譯、運行。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 6 2 概述 NS2 介紹 NS是一種針對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的源代碼公開的、免費的軟件模擬平臺，研究人員使用它可以很容易的進行網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開發(fā)，而且發(fā)展到今天，它所包含的模塊已經(jīng)非常豐富，幾乎涉及到了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的所有方面。在每年國內(nèi)外發(fā)表的有關(guān)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的學(xué)術(shù)論文中，利用NS給出模擬結(jié)果的文章最多，通過這種方法得出的研究結(jié)果也是被 學(xué)術(shù)界所普遍認可的，此外， NS 也可作為一種輔助教學(xué)的工具，已被廣泛應(yīng)用在了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的教學(xué)方面。 NS2 簡介 NS2（ Network Simulator, version 2）是一種面向?qū)ο蟮木W(wǎng)絡(luò)仿真器，由 UC Berkeley 開發(fā)而成。目前 NS2 可以用于仿真各種不同的 IP 網(wǎng)，已經(jīng)實現(xiàn)的一些仿真有：網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，比如 TCP 和 UDP；業(yè)務(wù)源流量產(chǎn)生器，比如 FTP， Tel,Web CBR 和 VBR；路由隊列管理機制，比如 Droptail,RED 和 CBQ；路由算法，比如 Dijkstra 等。 NS2 使用 C++和 Otcl 作為開發(fā)語言。事件調(diào)度器計算仿真時間，并且激活事件隊列中的當前事件，執(zhí)行一些相關(guān)的事件，網(wǎng)絡(luò)組件通過傳遞分組來相互通信，但這并不耗費仿真時間。它先 為這個分組發(fā)出一個事件，然后等待這個事件被調(diào)度回來之后，才能做下一步的處理工作。 NS是用 Otcl和 C++編寫的。為了減少分組和事件的處理時間，事件調(diào)度器和數(shù)據(jù)通道上的基本網(wǎng)絡(luò)組件對象都使用 C++寫出并編譯的，這些對象通過映射對 Otcl 解釋器可見。只要在 Tcl 腳本中加入一些簡單的語句，這些文件中就會包含詳細的跟蹤信息。 使用 NS進行網(wǎng)絡(luò)仿真的方法和一般過程 進行網(wǎng)絡(luò)仿真前，首先分析仿真涉及哪個層次， NS 仿真分兩個層次：一個是基于 OTcl 編程的層次。另一個是基于 C++和 OTcl 編程的層次。整個仿真的過程簡圖如圖 2所示： 假設(shè)用戶已經(jīng)完成了對 NS的擴展，或者 NS 所包含的構(gòu)件已經(jīng)滿 足了要求，那么進行一次仿真的步驟大致如下： （ 1） 開始編寫 OTcl 腳本。 （ 2） 建立協(xié)議代理，包括端設(shè)備的協(xié)議邦定和通信業(yè)務(wù)量模型的建立。 （ 4） 設(shè)置 Trace 對象。仿真完后，用戶可以對 Trace 文件進行分析研究。 （ 6） 用 NS解釋執(zhí)行剛才編寫的 OTcl 腳本。 （ 8） 調(diào)整配置拓撲結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)量模型，重新進行上述模擬過程。從用戶角度看， NS2 是一個具有仿真事件 驅(qū)動、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件對象庫和網(wǎng)絡(luò)配置模塊庫的 OTcl 腳本解釋器。 NS2 的功能模塊 NS2 仿真器封裝了許多功能模塊，最基本的是節(jié)點、鏈路、代理、數(shù)據(jù)包格式等等，下面分別來介紹一下各個模塊。 （ 2）節(jié)點（ node） :是由 TclObject 對象組成的復(fù)合組件，在 NS2 中可以表示端節(jié)點和路由器。所有的鏈路都是以隊列的形式來管理分組的到達、離開和丟棄。每個 agent 連接到一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上，由該節(jié)點給它分配一個端口號。一般情況下， packet 只有頭部、沒有數(shù)據(jù)部分。其中 Tcl 是一個開放腳 本語言，用來對 NS2 進行編程； Tk是 Tcl 的圖形界面開發(fā)工具，可幫助用戶在圖形環(huán)境下開發(fā)圖形界面； OTcl 是基于 Tcl/Tk 的面向?qū)ο髷U展，有自己的類層次結(jié)構(gòu)； NS2 為本軟件包的核心，是面向?qū)ο蟮姆抡嫫?，?C++編寫，以 OTcl 解釋器作為前端； Tclcl則提供 NSh 和 OTcl 的接口，使對象和變量出現(xiàn)在兩種語言中。 NS 現(xiàn)有的仿真元素 從網(wǎng)絡(luò)拓撲仿真、協(xié)議仿真和通信量仿真等方面介紹 NS 的相應(yīng)元素： ⑴網(wǎng)絡(luò)拓撲主要包括節(jié)點、鏈路 。 ⑵在節(jié)點上，配置不同的代理可以實現(xiàn)相應(yīng)的協(xié)議或其它模型仿真。 TCPSINK/SACK1，TCPSINK/SACK1/DELACK 等。 ⑶網(wǎng)絡(luò)的路由配置通過對節(jié)點附加路由協(xié)議而實現(xiàn)。 ⑷在鏈路上，可以配置帶寬、時延和丟棄模型。各種公平隊列包括： FQ，SFQ， DRR 等。此外， NS 提供了四種 類型的通信量產(chǎn)生器：① EXPOO，根據(jù)指數(shù)分布（ On/Off）產(chǎn)生通信量，在 On 階段分組以固定速率發(fā)送， Off 階段不發(fā)送分組， On/Off 的分布符合指數(shù)分布，分組尺寸固定；② POO，根據(jù) Pareto 分布（ On/Off）產(chǎn)生通信量，它能用來產(chǎn)生長范圍相關(guān)的急劇通信量；③ CBR，以確定的速率產(chǎn)生通信量，分組尺寸固定，可在分組間隔之間產(chǎn)生隨機抖動；④ Traffic Trace，根據(jù)追蹤文件產(chǎn)生通信量。 ① RedHat 下的 allinone 安 裝 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 9 最早使用 NS2時是這種方式，安裝和使用時比較麻煩， Linux 下操作界面的友好程度遠不如 Windows 的好，但是仿真的運行效率很高。 ② 虛擬機下的 allinone 安裝通過虛擬機 安裝 Linux 環(huán)境，通常是 VMware 和Virtual PC 這兩款。這種方法的最大特點是非常占系統(tǒng)資源，尤其是內(nèi)存資源，如果系統(tǒng)配置不高，不建議使用這個方法。安裝完成 Cygwin 后，可以直接安裝 allinone 版本。 激光打靶系統(tǒng)概述 激光打靶系統(tǒng) [13]的工作原理是采用激光脈沖來模擬槍彈的射擊，該系統(tǒng)一般包括激光發(fā)射部分、激光信號檢測模塊、打靶成績處理和顯示部分。 圖 21 激光 打靶系統(tǒng) 原理圖 半導(dǎo)體激光器 [4,5]一般平行地安裝在武器裝備的槍管、炮管或?qū)棸l(fā)射架上，它可以發(fā)射一束與武器射擊方向一致的激光脈沖。光電探測器 [6]具有射擊靶的形狀，可以是點探測器和面探測器，通常數(shù)量較多，構(gòu)成多個信號檢測通路。 激光打靶采用以光代彈的形式進行射擊訓(xùn)練，是激光武器模擬器中最常見的一種。隨著研究和探索的深入，激光打靶系統(tǒng)的功能將進一步完善，能夠更接近于武器裝備在實際使用中的表現(xiàn)，計算機處理 信號處理電路 半導(dǎo)體激光器 激光槍扳機 光電探測器 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 10 增強真實感。 激光武器模擬器有以下幾個方面的發(fā)展趨勢： （ 1）可以模擬的武器越來越多，激光武器模擬器正朝著系列化、組件化的方向發(fā)展，一個基本的激光射擊模 擬器只要稍加改動就可適用于其他武器系統(tǒng)。 （ 2）從激光射擊模擬器向激光交戰(zhàn)模擬器發(fā)展，先進的激光交戰(zhàn)模擬器能使坦克、戰(zhàn)斗車輛、反坦克武器等有機的結(jié)合在一起進行訓(xùn)練，每部兵器既是攻擊者，又是被攻擊者，完全模仿實戰(zhàn)中的作戰(zhàn)環(huán)境，不僅能提高戰(zhàn)士使用武器的技能，還可以教會他們?nèi)绾卧趹?zhàn)爭中保護自己。 本設(shè)計方案思路 本設(shè)計以實現(xiàn)信號的良好檢 測和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、傳輸為主要目的；以信號檢測，信號編碼和數(shù)據(jù)傳輸為主要設(shè)計內(nèi)容。 研發(fā)方向和技術(shù)關(guān)鍵 （ 1）合理劃分激光靶的光電探測器，提高系統(tǒng)的精度； （ 2）單脈沖小信號的放大和整形； （ 3）多路優(yōu)先編碼器的擴展； （ 4）與微機進行數(shù)據(jù)傳輸，方便成績的統(tǒng)計、保存、顯示和查詢。 激光打靶系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的組成框圖如圖 31 所示。 圖 31 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 激光的檢測 [7,8] 每次打靶，激光槍發(fā)出一個激光脈沖。光電探測器的響應(yīng)是一個單脈沖小信號，整個檢測過程包括：信號放大、波形整形，檢測輸出是標準的脈沖數(shù)字信號。 根據(jù)不同靶位上的探測器來判斷所擊中的位置，包括環(huán)數(shù)： ；偏離方向：上 .下 .左 .右 .左上 .左下 .右上 .右下。 根據(jù)上述要求，以及硬件電路設(shè)計的需要，對不同的探測器進行編碼，見圖32（右）。若脫靶無信號則記為 0 號。對信號擊中兩塊或四塊探測器的交界的情況 ,只需取碼號大的探測器為有效。 表 31 靶位編碼 上 右上 右 右下 下 左下 左 左上 10環(huán) 38 9環(huán) 33 37 32 36 31 35 30 34 8環(huán) 25 29 24 28 23 27 22 26 7環(huán) 17 21 16 20 15 19 14 18 6環(huán) 9 13 8 12 7 11 6 10 5環(huán) 3 － 2 5 － 4 1 － 成績的傳送和處理 信號經(jīng)編碼后發(fā)送到計算機，由計算機進行譯碼 ，在計算機上模擬顯示出射擊位置，對一組結(jié)果進行統(tǒng)計（包括環(huán)數(shù)和方向偏移），并進行儲存。本論文主要設(shè)計制作硬件部分以及與微機的通訊的 2051 單片機程序。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計