AS Automaatio- ja systeemitekniikan projektityöt Loppuraportti

Transkriptio

1 AS Automaatio- ja systeemitekniikan projektityöt Loppuraportti PiccSIM - TrueTime -integrointi AS Automation and systems technology project work Study points: 3 cr Name of the project work: Integration of PiccSIM and TrueTime Starting date: Ending date: Author: Henri Öhman Supervisor: Mikael Björkbom

2 1. Johdanto PiccSIM on Aalto-yliopistolla kehitetty simulointiympäristö, joka on tarkoitettu langattomien säätöjärjestelmien mallintamiseen. PiccSIM-ympäristöön kuuluu Matlab/Simulink-lohkokirjasto ja Ns-2 verkkosimulaattori. Verkkosimulaattori kykenee simuloimaan dataa tietoliikenneverkossa paketin tarkkuudella ottaen huomioon mm. reitityksen, siirtoprotokollan ja langattoman signaalin vaimenemisen. Simulink-kirjasto mahdollistaa säätöjärjestelmän ja tiedonsiirtoverkon yhteisvaikutusten mallintamisen ja simuloinnin. Lundin yliopistolla Ruotsissa on kehitetty vastaavanlainen simulointiympäristö, TrueTime, joka on toteutettu kokonaan Simulinkissä. TrueTimen vahvuus on mikrokontrollerin ja säätöjärjestelmän hyvä simulointi, kun taas PiccSIMin vahvuutena on tutkimuksessa laajassa käytössä olevan verkkosimulaattorin hyödyntäminen tiedonsiirtoverkon tarkassa mallintamisessa. Tässä työssä on yhdistetty simulaatiotyökalut niin, että saadaan käyttöön molempien vahvuudet. Käytännössä tavoitteeseen on päästy toteuttamalla TrueTime-kirjastoon kommunikaatiorajapinta Simulinkin ja ns-2 verkkosimulaattorin välille. TrueTimeen lisätyt ns-2 ominaisuudet toimivat yhdessä PiccSIM-kirjaston kanssa. Projektityön tuloksena on syntynyt seuraavat dokumentit: - Projektityöraportti - PiccSIM-käyttöohjeen liite, jossa neuvotaan ns-2 kommunikaatiota tukevan TrueTime version kääntäminen ja käyttö perustasolla englanniksi - Integration of PiccSIM and TrueTime, artikkeli WoWCA 2012 seminaaria varten [1] (kirjoitusja esittämisvastuu työn ohjaajalla ) Projektityön tuloksena syntyneen version TrueTime-kirjastosta saa PiccSIM-kirjaston kotisivulta lähitulevaisuudessa: Projektityö on tehty 3 op:n mitoituksella. 2

3 2. Toteutus 2.0. Yleistä Tässä luvussa esitetään projektityössä tehdyt muutokset TrueTime-kirjastoon. Tämän luvun ensimmäisessä ja toisessa luvussa kuitenkin annetaan hieman pohjatietoja TrueTime-kirjastosta ja PiccSIM-integraation taustoista, että tehtyjen muutosten ymmärtäminen helpottuu. Tehdyt muutokset on kuvailtu luvussa TrueTime kirjaston rakenne Käyttäjän kannalta TrueTime on Simulink-kirjasto, joka tarjoaa käytettäväksi kuvassa 1 näkyvät toiminnalliset lohkot. Lohkojen sisäiset toiminnallisuudet on määritelty yleensä Matlab/Simulink S- funktioina, jotka on ohjelmoitu C++:lla. Lisäksi kirjasto tarjoaa joitain MEX-funktioita kutsuttavaksi joko Matlabin työtilasta tai m-skriptien kautta. MEX-funktiot on myös toteutettu C++:lla. M- skriptejä käytetään TrueTimessä esimerkiksi Kernel-lohkossa, jossa mikroprosessorin malli (ajettavat tehtävät, aikatasot, tehonkulutus,...) määritellään alustusskriptissä, joka annetaan lohkolle parametrina. C++ -toteutus tarkoittaa sitä, että käännetyt MEX- ja S-funktiot eivät välttämättä ole yhteensopivia kaikkien tietokonearkkitehtuurien, käyttöjärjestelmien ja Matlab-versioiden kesken. Näin ollen TrueTime-kirjasto on syytä kääntää ennen sen käytön aloittamista. Projektityössä syntyneen TrueTime-kirjastoversion kääntäminen on ohjeistettu liitteessä 1. Kuva 1. TrueTime-lohkokirjasto 3

4 2.2. TrueTime-PiccSIM integraation taustaa PiccSIM-kirjasto kommunikoi ns-2 verkkosimulaattorin kanssa UDP-paketeilla lähiverkon yli. Simulaatioympäristö koostuu siis kahdesta erillisestä PC:stä: Simulink-koneesta ja ns-2 koneesta, jotka on kytketty samaan lähiverkkoon. Verkkosimulaatiossa verkon solmupisteet (node, voidaan mieltää fyysiseksi lähettimeksi/vastaanottimeksi) kommunikoivat keskenään. PiccSIM-ympäristö määrittelee kiinteät lähetys- ja vastaanottoportit (22200 ja 22100), joihin summataan verkkosolmun numero, kun halutaan lähettää tai vastaanottaa paketti tältä solmulta. Esimerkki: Simuloidussa verkossa oleva toimilaite (node 1) lähettää viestin toiselle laitteelle (node 2). Simulink-koneelta lähetetään viestin sisältävä UDP-paketti ns-2 koneen porttiin 22202, minkä jälkeen viestin kulku simuloidaan verkkosimulaattorissa. Node 2 vastaanottaa simuloidussa verkossa kulkeneen viestin portista UPD-paketin kuormana lähetetään PiccSIM-paketti, jonka formaatti on esitetty kuvassa 2. Paketin ensimmäiset 10 tavua muodostavat paketin otsikon ja loput tavut koostuvat lähetettävästä mielivaltaisesta datasta. Verkkosolmujen väliseen kommunikaatioon tarkoitettujen pakettien lisäksi Simulink-koneen ja ns-2 koneen välillä kulkee synkronointipaketteja, joiden avulla PiccSIM tahdistaa ns-2 simulaattorin ajaman verkkosimulaation samaan tahtiin Simulink-mallin kanssa. Lisäksi käyttäjän on mahdollista pyytää diagnostiikkapaketteja ns-2 koneelta. PiccSIM-ympäristöä käytetään graafisen käyttöliittymän kautta, joka on esitetty kuvassa 3. 4B 4B 1B 1B n*1b Vast.ott. ID Aikaleima Pakettityyppikohtainen data Kuva 2. PiccSIM-pakettiformaatti Lähettäjän ID Paketin tyyppi 4

5 Kuva 3. PiccSIM-kirjaston käyttöliittymä 5

6 2.3. Muutokset TrueTimeen Projektin alussa tehtäväksi määriteltiin TrueTimen lähetys- ja vastaanottofunktioiden muokkaaminen niin, että TrueTimen omien verkkosimulointien sijaan viestit simuloitaisiinkin ns-2 simulaattorilla. TrueTimen verkko-ominaisuudet osoittautuivat kuitenkin olevan niin tiivisti sidottuja kernel-koodiin, että funktioiden toiminnan muuttaminen olisi johtanut suuriin muutoksiin koko kirjastossa. Pelkkien lähetys- ja vastaanottofunktioiden muuttamisen sijaan päätettiin tehdä rinnakkainen toteutus ns-2 verkolle, mikä mahdollistaa myös kaikkien TrueTime-kirjaston toimintojen käyttämisen ns-2 rajapinnan lisäksi. Ns-2 verkkoa mallinnettiin luokkahierarkialla, joka on esitetty kuvassa 4. Verkkosolmua edustaa luokka NS2Node, joka pystyy lähettämään UDP-paketteja toisille solmuille. Verkkosolmun jäsenfunktiot ja niiden kuvaukset on kerätty taulukkoon 1. Verkkosolmujen keskittämistä varten on luokka NS2Network, jonka jäsenfunktiot ja kuvaukset ovat taulukossa 2. Luokka- ja funktiokuvaukset on kirjoitettu englanniksi. Kuva 4. Luokkakaavio, jossa on oleellisimmat luokkien jäsenfunktiot. Tarkemmat sisäiset toteutukset on kommentoitu lähdekoodiin. 6

7 Taulukko 1. Verkkosolmua mallintava luokka NS2Node (kernel/ns2node.h, kernel/ns2node.cpp) is a class representation of a network node in ns-2 simulated network. Node can s and receive messages from another node by using its member functions. A node holds the last piece of data it has received, which can be accessed by member function getrecdata(). int smsgns2(int receivernode, int packettype, void *data, size_t length, int timestamp); This function ss a message to another node, the ID of which is given as parameter (receivernode). Messages are sent as UDP-packets with PiccSIM-formatted data in the payload. Before sing the UDP-packet, the function packs 10-byte PiccSIM-header (receivernode, timestamp, packettype, sernode) and the arbitrary data into a single byte-array. Return value is zero if s succeeded, negative on error. int getmsgns2(size_t length); This function is used to receive UDP-packets. If there are no new messages, the last received message is returned. Number of bytes to receive is given as a parameter to the function. Returns zero if the function received new data, (positive) number of bytes if the node already held unread data (mainly used with interrupts) or a negative value on error. int getnodenumber(); This function returns the integer that has been assigned as the ID of the node. size_t getdatalength(); This function returns length of the byte array that holds last received data. unsigned char* getrecdata(); This function returns the last message the node has received. Message payload is returned as an array of bytes, the length of which can be obtained by calling function getdatalength() for the same node. void closeports(); This function performs a clean-up of the node by closing all open UDP-descriptors and freeing the memory for received data. int checknewmessages(); This function is mainly used by rtsys-class where it polls for network interrupts. The function returns a positive value (number of bytes for new data) if a new message exists. Return value is zero if there are no new messages. 7

8 Taulukko 2. Ns-2 verkkoa mallintava luokka NS2Network (kernel/ns2network.h, kernel/ns2network.cpp) is a member of rtsys class of TrueTime that represents a real-time kernel. NS2Network groups all relevant network nodes (NS2Node) under one object. void addnode(std::string ip, int id); Registers a network node to the network. IP-address (ns-2 remote machine) and node number are given as function parameters. NS2Node* getnode(int id); This function seeks a node by given node ID and returns a pointer to it. void delnode(int id); This function erases a node with a specified ID from the network, freeing reserved dynamic memory in the process. void close(); A clean-up function for the network that erases all nodes from the network. Taulukoiden 1 ja 2 TrueTime-Kernelin sisäisten toteutuksien lisäksi on kirjoitettu MEX-funktiot, joilla lisättyjä ominaisuuksia voidaan käyttää Matlabin m-skriptien kautta. Lisätyt TrueTime-kernelistä kutsuttavat mex-funktiot: ttaddns2node(node_number) (kernel/matlab/ttaddns2node.cpp) Rekisteröi verkkosolmun ja ns-2 simulaattorin ip-osoitteen. Käytetään TrueTime kernelin initialisointiskriptissä. Simulaattorin ip-osoite tulee Matlab-työtilan muuttujan NS2_IP arvosta (PiccSIM asettaa automaattisesti). ttattachns2handler(node_number, handler_name) (kernel/matlab/ ttattachns2handler.cpp, kernel/attachns2handler.cpp) Liittää keskeytysten käsittelijään verkkokeskeytyksen ns-2:lta. Mahdollistaa tapahtumapohjaisen simuloinnin vastaanotettujen viestien pohjalta. Käytetään TrueTime kernelin initialisointiskriptissä, jossa ensin luodaan keskeytysten käsittelijä TrueTimen omalla käskyllä ttcreatehandler(handler_name). Keskeytyspohjaista viestien vastaanottoa varten on lisätty kernelin keskeytysrutiineihin (kernel/ttkernel.cpp) ns-2 verkkokeskeytyksen tarkastelu. ttsns2(receiver_node, ser_node, data_type, timestamp, bytes, data) (kernel/matlab/ttsns2.cpp) 8

9 Lähettää mielivaltaisen datarakenteen vastaanottajasolmuun. Datan voi tyypittää käyttäjän antamalla kokonaisluvulla, kuten PiccSIM:issä. Käyttäjän pitää tietää datan koko, kuten PiccSIM:in lohkoissakin. ttrecvns2(receiver_node, ser_node, data_type, bytes) (kernel/matlab/ttrecvns2.cpp) Vastaanottaa verkkosolmuun lähetetyn tunnetun kokoisen viestin. Funktion paluuarvoina tulevat lähettäjäsolmu, datatyyppi, aikaleima sekä itse data. Data suodatetaan datan tyypin ja lähettäjäsolmun perusteella: jos viesti saapuikin väärältä vastaanottajalta tai datan tyyppi on väärä, kaikkien kenttien paluuarvoina tulee 0. Verkkosolmulla on vastaanottopuolella yhden viestin verran puskuria. Lisättyjen funktioiden käyttöä helpottamaan on kirjoitettu vielä m-skriptit Matlab-muotoisen mielivaltaisen solutaulukon (cell array) lähettämistä ja vastaanottamista varten. Nämä m-skriptit apufunktioineen on esitetty liitteessä 2. TrueTimen ns-2 ominaisuuksien käyttöä esitellään luvussa 3 simulaatioesimerkin avulla. TrueTimen peruskäyttöä on opastettu TrueTimen omassa käyttöohjeessa. 9

10 3. Simulointiesimerkki Kuva 5. Simulink-malli, jossa säätöalgoritmia lasketaan hajautetusti Regulaattorisolmussa Kuvan 5 Simulink-mallissa on kahden verkkosolmun hajautettu säädin-/aktuaattorimalli, jolla ohjataan DC-servoa, jota on mallinnettu siirtofunktiolla Aktuaattorinode näytteistää s 2 +s lähtösignaalia ja lähettää mittaustiedon langattoman verkon yli regulaattorinodelle. Regulaattorissa viestin vastaanottaminen tapahtuu keskeytyksen kautta: kun uusi viesti havaitaan, lasketaan uusi ohjaussignaalin arvo PD-säätimellä ja lähetetään se takaisin aktuaattorille. PiccSIM:in synkronointilohko on välttämätön, että kommunikointi ns-2:n kanssa onnistuu oikein, Simulinkin määräämässä tahdissa. Molempia solmuja ajetaan omissa reaaliaikakerneleissään. TrueTime-kernel konfiguroidaan alustusskriptin avulla, joka annetaan Kernel-lohkolle parametrina (kuva 6). Esimerkin vuoksi käydään läpi regulaattorisolmun alustuskoodi. 10

11 Kuva 6. Kernel-lohkon parametrit Listauksessa 1 on alustuskoodi regulaattorinodelle. Rivillä 7 rekisteröidään regulaattorisolmun numero, minkä jälkeen, riveillä 9-14, alustetaan pakettiformaatti ja riveillä ohjauskoodin käyttämä data. Rivillä 25 asetetaan kernel käyttämään kiinteän prioriteetin tehtävien ajoitusta (priofp). Näin ollen jokaisella tehtävällä on ennalta määrätty prioriteetti ja samanaikaisten käskyjen tapauksessa korkeamman prioriteetin tehtävä suoritetaan ensin. Riveillä asetetaan säädinparametrit, jotka pitää lisätä myös säätökoodille vietävään tietorakenteeseen data (rivit 35-40). Riveillä luodaan prosessorin ajettavaksi säädintehtävä (ttcreatetask), jonka suoritukselle annetaan aikaraja (h = 10 ms) ja prioriteetti. Rivillä 49 alustetaan prosessorille keskeytyskäsittelijä, joka liitetään ns-2:lta saapuvaan viestiin (ttattachns2handler). Keskeytyskäsittelijä ajaa ns-2 viestin synnyttämän keskeytyksen seurauksena viestin vastaanottokoodin msgrcvctrl2.m, jossa käynnistetään säädintehtävän (ctrlcode2.m) ajo. Listauksessa 2 on esitetty ohjauskoodi, josta käy ilmi sekä lähetys- että vastaanottofunktioiden käyttö. Huomionarvoinen seikka on, että sekä lähetys- että vastaanottofunktion data on solutaulukko (cell array). Ennen datan lähettämistä se täytyy muuntaa Cell array:ksi; vastaavasti data muutetaan takaisin matriisimuotoon vastaanottofunktion jälkeen. Listaus 1. regulator_init2.m function regulator_init2 % Distributed control system: regulator node % % Receives messages from the sensor node, computes control signal 11

12 % and ss it back to the actuator node. OWN_ID = 1; ttaddns2node(own_id); %This node %7 % Define data format format.types = {'double'}; %10 format.lengths = {1}; %11 format.packettype = 1; %12 format.size = 8; %13 data.format = format; %14 % Create task data (local memory) data.ser = 0; %17 data.timestamp = 0.0; %18 data.type = 0; %19 data.receiver = 0; %20 data.in = 0; %21 data.id = OWN_ID; %22 % Initialize TrueTime kernel ttinitkernel('priofp'); % fixed priority %25 ttsetkernelparameter('energyconsumption', 0.010); % 10 mw % Controller parameters h = 0.010; %29 N = ; %30 Td = 0.035/0.6; %31 K = 1.5*0.4; %32 % Create task data (local memory) data.u = 0.0; %35 data.k = K; %36 data.ad = Td/(N*h+Td); %37 data.bd = N*K*Td/(N*h+Td); %38 data.dold = 0.0; %39 data.yold = 0.0; %40 % Create controller task deadline = h; %43 prio = 1; %44 ttcreatetask('pid_task', deadline, 'ctrlcode2', data); %45 ttsetpriority(prio, 'pid_task'); %46 %Initialize network ttcreatehandler('ns2_handler', 1, 'msgrcvctrl2'); %49 ttattachns2handler(1, 'ns2_handler'); %50 Listaus 2. ctrlcode2.m function [exectime, data] = ctrlcode2(seg, data) switch seg, case 1, %receive measurement and calculate control signal tempdata = 0; [tempdata, data.timestamp] = RecvNS2(data.ID,0,data.format); data.in = cell2mat(tempdata); y = data.in; r = ttanalogin(1); % Read reference value 12

13 P = data.k*(r-y); D = data.ad*data.dold + data.bd*(data.yold-y); data.u = P + D; data.dold = D; data.yold = y; %s control signal over wireless network sdata = {data.u}; SNS2(0, data.id, sdata, data.format); exectime = ; case 2, exectime = -1; % finished Kuvassa 7 on järjestelmän simuloitu vaste, jossa näkyy eri lähteistä summautuvien viiveiden vaikutukset. Simulaatioesimerkki on saatavilla projektityössä syntyneen TrueTime-kirjastoversion mukana (examples/piccsim-truetime/). Kuva 7. Järjestelmän referenssisignaali ja simuloitu vaste 13

14 Tunnit AS Automaatio- ja systeemitekniikan projektityöt, kevät Aikataulu Projektin aikataulu laadittiin alun perin niin, että projektia työstettäisiin tasaisella viikkotahdilla. Aikataulua kuitenkin muutettiin radikaalisti alkuperäisen suunnitelman laatimisen jälkeen. Muutoksen syynä oli päätös yrittää saada simulointiympäristöjen integroinnista ja vertailusta tehtyä artikkeli Vaasan yliopiston järjestämään langattoman kommunikoinnin ja sovellusten workshopiin. Työt jaettiin siten, että projektityön ohjaaja, Mikael Björkbom, otti päävastuun artikkelin kirjoittamisesta ja esittämisestä; projektityön tekijä, Henri Öhman, sai vastuulleen simulointiympäristöjen integroinnin ohjelmoimisen kiihdytetyllä aikataululla tasolle, jolla voitaisiin suorittaa artikkelin vaatimat simuloinnit ennen artikkelin ensimmäistä deadlinea ( ). Artikkeli hyväksyttiin seminaarin ohjelmaan ja esitettiin avauspäivänä Taulukossa 3 on esitetty alkuperäinen aikataulusuunnitelma, toteutunutta ajankäyttöä on verrattu suunniteltuun kuvassa 8. Käytännössä myös taulukon 3 mukainen tehtävänjako muuttui hieman, koska esimerkissä käytetty simulaatiomalli haluttiin myös toimivaksi artikkelia varten. Näin ollen simulaatiomallia on kehitetty ohjelmoinnin kanssa rinnan ja se on ollut hyödyllinen kokonaisjärjestelmän testauksessa. 120 Ajankäyttö Kuva 8. Ajankäytön seuranta; suunniteltu ajankäyttö punaisella, toteutunut ajankäyttö virheällä. 14

15 Taulukko 3. Projektin aikataulun suunnitelma Viikko Työvaihe Kurssin tapahtumat 3 Selvitysvaihe + suunnittelu Aiheiden jako, projektin aloituspalaveri 4 5 Dokumentointi Projektisuunnitelman DL ja demotilaisuus 6 7 Implementointi 8 (TrueTime-integrointi) Dokumentointi Väliraportin DL ja demotilaisuus 13 Implementointi 14 Testaus Simulointiesimerkki 17 Dokumentointia Projektin demotilaisuus 20 (Dokumentointi) 21 Dokumentaation DL Selvitysvaihe Implementointivaihe Testaus Dokumentointi 15

16 5. Yhteenveto Projektityön tuloksena syntyi toimiva versio TrueTime-kirjastosta, jossa on myös mahdollisuus käyttää ulkoista verkkosimulaattoria pakettien simulointiin. Projektin toteutumisen suhteen suurimpia riskejä odotettiin tulevan ajankäytön hallinnasta ja siitä, että toteutuksen yksityiskohdat vaativat syvällistä perehtymistä verrattaen laajaan kirjastoon C++ -kooditasolla. TrueTimen ohjelmakoodiin tutustuminen vei paljon aikaa, mikä loi paineita myös aikataulun pitämisen suhteen, varsinkin kun aikataulua oli tiivistetty alkuperäisestä. Kommunikointifunktioiden toteuttaminen rinnakkaisena toteutuksena TrueTimen omien verkkotoimintojen kanssa osoittautui hyväksi valinnaksi, ja tätä ratkaisumallia olisi voitu viedä vielä pidemmälle. Suunnitteluvaiheessa ei nimittäin huomioitu sitä, että paketteja voi tulla yhdelle verkkosolmulle useista lähteistä monella eri pakettityyppikoodilla, ja voi olla tilanteita, joissa vain tiettyjä yhdistelmiä halutaan vastaanottaa. Tämän hetkisessä toteutuksessa vastaanottopuskuria on vain yhden viestin verran, joten pahimmassa tapauksessa simulointijärjestelmä suoraan hylkää paketit, jotka eivät täsmää vastaanottokriteerien kanssa. Nyt on käyttäjän vastuulla huolehtia siitä, että nämä paketit otetaan talteen. Usein säätöjärjestelmissä myös halutaan käyttää aina tuoreinta informaatiota ja on mahdollista, että joissain verkkokonfiguraatioissa ensin lähetetty viesti saapuu perille vasta myöhemmin lähetetyn viestin jälkeen. Käyttäjän vastuulla on myös, esim. aikaleimoja vertailemalla, tarkastaa, että vastaanotettu tieto on tuoreempaa, kuin viimeksi käytetty. Yhtenä jatkokehityskohteena voisi olla esimerkiksi paremman viestien puskuroinnin toteuttaminen vastaanotetuille paketeille. Kehitystyö Matlab-ympäristössä osoittautui myös erittäin aikaavieväksi ja varsinkin C++-koodin debuggaus tuotti runsaasti ylimääräistä työtä. Sovelluskohteen käyttäjärajapinta on niin monen rajapinnan päässä C++-tasolta (C++-koodi -> Matlab -> Simulink -> PiccSIM java Toolchain), että pahimmassa tapauksessa ominaisuuksia testatessa ylin taso, PiccSIMin java-pohjainen käyttöliittymä, kaatui virheeseen ilman minkäänlaista indikaatiota, missä virhe voisi sijaita. Lopputuloksena syntyi paljon debug-koodia C++-tasolla ja saman verran dokumentoimattomia tunteja. Projektityössä oppi paljon ohjelmoinnista uudessa kehitysympäristössä. Varsinkin Matlab-kohtaisia koukkuja tuli opittua välillä turhauttavasti kantapään kautta, kun esim. C++:sta tutut ominaisuudet eivät toimineetkaan aivan niin kuin oli tottunut. Esim. singleton-luokkarakenteen käyttäminen ei toiminut käytännössä, jos luokan instanssi synnytettiin MEX-funktion sisällä, koska Matlab ilmeisesti luo luokkainstanssin MEX-funktion sisäiseen muistiavaruuteen, johtaen useampaan instanssiin oliosta, joita alun perin piti olla vain yksi. Projektityössä tuli myös opittua taas kertaalleen aiheen rajauksen tärkeys. 16

17 6. Viitteet [1] 3 rd Workshop on Wireless Communication and Applications, viittaus

18 7. Liitteet 7.1. Matlab m-skriptit ns-2 datan lähettämistä ja vastaanottamista varten. SNS2.m function SNS2(toID, OWN_ID, data, format) %S a message to ns-2 node %Calculate the size of data in bytes if ~isfield(format, 'size') totallength = 0; for i=1:length(format.types) data_size = cell2mat(format.lengths(i)); if length(data_size) == 1 data_size = [1, data_size]; totallength = totallength + getdatasize(format.types{i})*prod(data_size); format.size = totallength; %Pack data to bytes bytes = convertdata2bytes(data, format); %S bytes ttsns2(toid, OWN_ID, format.packettype, bytes, format.size, ttcurrenttime*1000); RecvNS2.m function [rdata, timestamp] = RecvNS2(OWN_ID, fromid, format) %Receive a message from ns-2 node recdata.receiver = 0; recdata.type = 0; recdata.ser = 0; timestamp = 0; rdata = 0; %Calculate the size of data in bytes if ~isfield(format, 'size') totallength = 0; for i=1:length(format.types) data_size = cell2mat(format.lengths(i)); if length(data_size) == 1 data_size = [1, data_size]; 18

19 totallength = totallength + getdatasize(format.types{i})*prod(data_size); format.size = totallength; %Receive bytes bytes = 0; [recdata.receiver, timestamp, recdata.type, recdata.ser, bytes] = ttrecvns2(own_id, fromid, format.packettype, format.size); rdata = convertbytes2data(bytes, format); getdatasize.m function s = getdatasize(datatype) %Returns the size of the input datatype in bytes. %Data types are 'UINT8', 'INT8', 'UINT16', 'INT16', 'UINT32', 'INT32', %'UINT64', 'INT64', 'SINGLE', or 'DOUBLE' switch datatype case 'uint8' s = 1; case 'int8' s = 1; case 'uint16' s = 2; case 'int16' s = 2; case 'uint32' s = 4; case 'int32' s = 4; case 'uint64' s = 8; case 'int64' s = 8; case 'single' s = 4; case 'double' s = 8; otherwise s = 0; convertdata2bytes.m function bytes = convertdata2bytes(data, format) %Decomposes given arbitrary data (in a cell-array) into bytes %based on data format structure given as input argument %Example of format %format = struct{ % 'types', {'double', 'uint8', 'double'} 19

20 % 'lengths', {2, 10, [2, 2]} % 'packettype', 1 % }; if(length(format.lengths) ~= length(format.types)) disp('error: convertdata2bytes: Data format is incorrect!'); return bytes = []; %For each piece of data for i=1:length(format.types) dataitem = data{i}; %Reshape to one-dimensional array dataarray = reshape(dataitem, 1, numel(dataitem)); %Iterate through data items and pack to bytes for n=1:numel(dataitem) temp = dataarray(n); bytes = [bytes, typecast(temp, 'uint8')]; convertbytes2data.m function data = convertbytes2data(bytes, format) %Constructs a cell-array from bytes based on data format structure given as input argument %Example of format %format = struct{ % 'types', {'double', 'uint8', 'double'} % 'lengths', {2, 10, [2, 2]} % 'packettype', 1 % }; if(length(format.lengths) ~= length(format.types)) disp('error: convertbytes2data: Data format is incorrect!'); return nbyte = 1; data = cell(1,length(format.types)); for i=1:length(format.types) %Dimensions of data data_size = cell2mat(format.lengths(i)); if length(data_size) == 1 data_size = [1, data_size]; dataitem = zeros(1,prod(data_size),format.types{i}); 20

21 %Iterate through data items and read correct amount of bytes for each type for n=1:prod(data_size) subbytes = zeros(1,getdatasize(format.types{i}), 'uint8'); for k=1:length(subbytes) subbytes(k) = bytes(nbyte); nbyte = nbyte+1; dataitem(n) = typecast(subbytes, format.types{i}); %Reshape data back to its original form dataitem = reshape(dataitem, data_size); data{i} = dataitem; 21