Integrating network representation in the simulation of cyber-physical control systems

Simulations play a crucial role in the design and evaluation of new protocols and applications in wireless sensor networks (WSNs). However, existing network simulation tools face significant challenges in simulating closed control loops and integrating plant modeling within the network simulation. To overcome this challenge, this thesis proposes a new co-simulation framework based on OMNeT++ and OpenModelica, enabling the efficient and accurate simulation of WSN control systems. The framework includes a simulation replication of an embedded operating system (Miosix) to accurately replicate its real-time behavior within the simulation environment. A general closed control loop simulation is incorporated into the co-simulation, operating concurrently with the WSN simulation. Additionally, the thesis details the synchronization mechanisms used within the co-simulation, demonstrating the creation of a robust cyber-physical system that effectively integrates network simulation with control system modeling.

Le simulazioni svolgono un ruolo cruciale nella progettazione e valutazione di nuovi protocolli e applicazioni nelle reti di sensori wireless (WSN). Tuttavia, gli strumenti di simulazione di rete esistenti affrontano sfide significative nella simulazione di loop di controllo chiusi e nell'integrazione della modellazione di impianti all'interno della simulazione di rete. Per superare questa sfida, questa tesi propone un nuovo framework di co-simulazione basato su OMNeT++ e OpenModelica, che consente la simulazione efficiente e accurata dei sistemi di controllo WSN. Il framework include una replica di simulazione di un sistema operativo embedded (Miosix) per replicare accuratamente il suo comportamento in tempo reale all'interno dell'ambiente di simulazione. La co-simulazione include il modello di un sistema di controllo in anello chiuso che opera contemporaneamente alla simulazione WSN. Inoltre, la tesi descrive in dettaglio i meccanismi di sincronizzazione utilizzati all'interno della co-simulazione, dimostrando la creazione di un robusto sistema cyber-fisico che integra efficacemente la simulazione di rete con la modellazione del sistema di controllo.