【正文】 者是選擇在本地社區(qū)內移動，后者是在其他地方漫游。 Musolesi等人 [17]結合社會網絡理論提出了一種基于社區(qū)的移動模型。 基于社區(qū)的移動模型 人所攜帶設備組成的網絡是機會網絡的一個主要應用，探索適用于這類場景且便于數(shù)學分析的移動模型機會網絡研究的一個重點。 MIT 的 Reality Mining項目 [12]記錄了MIT校園中 100個攜帶藍牙智能手機的學生和職工為期 9個月的移動軌跡和相遇數(shù)據； UCSD 的 Wireless Topology Discovery[13]收集了 11周內 300個無線 PDA與 WiFi接入點的相遇數(shù)據；劍橋大學的 Haggle項目 [14]則記錄了若干個帶有藍牙接口的iMote設備在校園的相遇情況。 MT 是指兩個節(jié)點從靜止開始到第一次相遇 (進入通信范圍 )經過的時間間隔，而 IMT 是指兩個節(jié)點前后兩次相遇的時間間隔。這是因為在機會網絡中的數(shù)據傳輸依賴于節(jié)點移動帶來的相遇機會，而節(jié)點的相遇概率和相遇時間分布是由節(jié)點的移動模型決定的。 有限的安全性 機會網絡由于采用分布式控制、無中心、臨時組織等原因，它比一般的無線網絡更易受到安全方面的威脅。 臨時自組織性 中北大學 2022 屆畢業(yè)設計說明書 第 7 頁 共 57 頁 若干個無線節(jié)點聚集到一起時，他們便臨時自組織性地形成了一個無線通信網絡，該臨時性包括：網絡成員的臨時性，網絡組織的臨時性，網絡拓撲的臨時性，網絡路由的臨時性，網絡無線資源分配采用按需臨時分配等。 分布式控制 在機會網絡中，為了實現(xiàn)網內節(jié)點之間的通信，需要解決無線資源使用、路由發(fā)現(xiàn)等控制問題。沒有進行認證的節(jié)點不能夠通過機會網絡發(fā)送數(shù)據，并且不能利用該網絡以外的節(jié)點進行數(shù)據轉發(fā)。區(qū)域名是早先提出的一個概念，一個完整的地址由區(qū)域號 和節(jié)點號組成。 機會網絡中的節(jié)點 一個束的源端和目的端是由端點號 EID（ EndpointIdentifier）來標識的。此外，對于具體的應用，可能還需要一些狀態(tài)域和認證消息，例如，監(jiān)管傳送請求等。使用束層的一個主要原因是在機會網絡中，傳輸延時差異很大，當一個數(shù)據包丟失時，整個傳輸?shù)臄?shù)據成為無用數(shù)據。 中北大學 2022 屆畢業(yè)設計說明書 第 5 頁 共 57 頁 機會網絡的構架 機會網絡的體系結構與傳統(tǒng) Inter傳輸結構的最 大區(qū)別在于束層（ BundleLayer），它位于傳輸層和應用層之間，它跟底層協(xié)議相互配合，使得應用程序可以跨過多個區(qū)域實現(xiàn)通信。 DTN 最 初 是 容 遲 網 絡 研 究 組 (DTNRG) 為 星 際 網 絡IPN(interplaary work)[7]通信而提出來的，其主要目標是支持具有間歇性連通、延遲大、錯誤率高等通信特征的不同網絡的互聯(lián)和互操作，如互聯(lián) Inter和傳感器網絡、移動自組織網絡等。當節(jié)點（如：車輛、移動用戶）進入彼此的通信范圍之內時，則發(fā)生通信，當兩者離開彼此通信范圍時，則鏈路斷開，停止通信。 本文的內容組織 本文內容組織如下：先分別介紹了機會網絡、網絡編碼原理及仿真平臺 NS2的各種知識，然后使用 NS2 構建機會網絡拓撲，編出各個代碼腳本，在 NS2 上仿真實驗，得出數(shù)據并畫圖進行說明驗證。研究網絡仿真技術成為了現(xiàn)中北大學 2022 屆畢業(yè)設計說明書 第 3 頁 共 57 頁 代通信網絡設計的重要環(huán)節(jié)，在通信網絡性能研究中起關鍵性作用。T 的香農信息實驗室和微軟公司（ Microsoft）等都積極投入對網絡編碼的研究，并取得了一些重要的研究成果。網絡編碼的核心思想是允許通信網絡中的節(jié)點對傳輸?shù)男畔⑦M行操作和處理（如有限域中的運算等），而不再局限于存儲與轉發(fā)。為使得網絡編碼具有實際可用性， Li 等人提出了線性網絡編碼的概念，證實節(jié)點進行線性網絡編碼運算，具有可行性，能夠達到最大流傳輸理論極限 [3]。同時在一些領域，機會網絡的相關技術標準尚未形成，尤其在國內對于這類高延遲的特殊通信網絡的研究才剛剛起步。而 WIFi、 WIMax、 UWB等無線接入網絡和 GPRS、 B3G、UMTS 等蜂窩移動網絡等基礎設施與技術的完善為移動應用提供了在任何時間、任何地點訪問所有網絡服務的可能 性。《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要》 (2022一 2020)中已經明確提出了未來通信領域的競爭將集中反映在特殊環(huán)境和新興應用領域中的通信網絡能力及通信技術的競爭上 [1]。其中新興應用領域涉及到的移動網絡技術更是被作為前沿技術中的重點。 在上述的各種網絡發(fā)展后，一種節(jié)點移動范圍更大，網絡大多數(shù)都是不連通的新型網絡出現(xiàn)了，這種類型的網絡被稱為機會網絡，機會網絡是一種不需要源節(jié)點和目的節(jié)點之間存在完整路徑，利用節(jié)點移動帶來的相遇機會實現(xiàn)網絡通信的自組織網絡。規(guī)劃信息化發(fā)展戰(zhàn)略中不僅強調了信息產業(yè)以及信息技術的發(fā)展，同時也提出了將寬帶無線移動通信、新興及特殊應用領域的網絡通信等核心關鍵技術研究作為我國信息技術的主要發(fā)展方向之一。 Ho 等人推廣了這一概念，提出了有限域下隨機線性網絡編碼的思想，并證實其有效性 [4]。與傳統(tǒng)的基于存儲和轉發(fā)的路由傳輸機制相比，網絡編碼能顯著改善數(shù)據分發(fā)系統(tǒng)性能，如提升網絡吞吐量，節(jié)約傳輸帶寬和均衡網絡負載等。我國的香港中文大學（ CUHK）、清華大學、中國科學技術大學、西安電子科技大學和南京大學等也對網絡編碼展開了研究，并取得一定的進展。在眾多網絡仿真軟件中 NS2具有免費、源代碼開放、易擴展等等優(yōu)點而備受研究人員的青睞。 中北大學 2022 屆畢業(yè)設計說明書 第 4 頁 共 57 頁 2 機會網絡及網絡編碼相關知識 機會網絡的概念 機會網絡是一種特殊的自組織網絡，它不需要存在端到端的完整路徑，充分利用了節(jié)點 移動帶來的相遇機會（ contact），實現(xiàn)數(shù)據逐跳轉發(fā)，并最終傳送到目的節(jié)點 [5]。在機會網絡中， contact是機會性的，而非確定性的。 DTN網絡體系由多個底層運行獨立通信協(xié)議的DTN域組成。機會網絡節(jié)點使用束層來發(fā)送和接受數(shù)據，并保證逐跳轉發(fā)的可靠性以及端到端的確認。因此為了避免這樣的事情發(fā) 生，將數(shù)據打包成一個較大的消息，稱之為束，并使之不能輕易分割成更小的片段。 監(jiān)管傳送 束層提供了一種簡單的并且不需要應答的投遞機制，但框架本身提供了兩種可能的方法來提高可靠性：端到端的應答和監(jiān)管傳送。EID中包含一個或多個機會網絡節(jié)點?；谶@種區(qū)域的概念，束首先投遞到目的節(jié)點所在的區(qū)域，然后再投遞到目的節(jié)點。 機會網絡拓撲特點 多跳網 由于無線通信的距離受限制，機會網絡中節(jié)點之間的通信通常需要借助其他節(jié)點的中繼轉發(fā)才能實現(xiàn)，便形成了多跳通信路徑。由于機會網絡沒有預設的基礎設施，也就沒有預設的中心控制節(jié)點，所以只能采用分布式控制的方式來完成。 鏈路帶寬受限 機會網絡采用無線傳輸技術作為其基本通信手段，與有線傳輸技術相比，它具有較低的傳輸帶寬。 機會網絡節(jié)點移動模型 節(jié)點移動模型描述了節(jié)點的移動模式，包括位置、速度等特征的變化，廣泛應用于自組網協(xié)議性能的分析和評價，是自組織網絡的基礎研究之一。因此，相比于傳統(tǒng)的 MANET，移動模型對機會網絡研究更加重要。文獻 [9]都分別從不同的角度證明了上述 3個移動模型的節(jié)點期望相遇時間 (expected meeting time)中北大學 2022 屆畢業(yè)設計說明書 第 8 頁 共 57 頁 服從指數(shù)分布或其尾部服從指數(shù)分布，并基于此分析了多種路由協(xié)議的延時性能。此外，他們還在 INFOCOM參會期間進行了類似的實驗； UMass研究小組 [15]收集并分析了由公交車上的 WiFi節(jié)點組成的機會網絡DieselNet實際運行中的相遇規(guī)律?；谟扇私M成的機會網絡節(jié)點移動實際表現(xiàn)出的社區(qū)特性，一些研究人員提出了基于社區(qū)的移動模型(munity based model)。該模型根據節(jié)點之間聯(lián)系的緊密程度，中北大學 2022 屆畢業(yè)設計說明書 第 9 頁 共 57 頁 將節(jié)點分布在多個在不同區(qū)域的社區(qū)，然后計算不同社區(qū)對每個節(jié)點的吸引力，并以此確定節(jié)點是否移動以及朝哪個目標區(qū)域移動。節(jié)點在兩個狀態(tài)之間以一定的概率來切換，形成一個馬爾可夫鏈，概率大小由所處的移動周期來確定。 網絡編碼 (work coding)是一種融合編碼和路由的信息交換技術，在傳統(tǒng)存儲轉發(fā)的路由方法基礎上，通過允許對接收的多個數(shù)據包進行編碼信息融合，增加單次傳輸?shù)男畔⒘?，提高網絡整體性能。網絡編碼已成為一項融合信息論、代數(shù)學、圖論、網絡流理論和優(yōu)化理論等多學科的交叉技術，且日益引起更多研究者的關注，其對 現(xiàn)有的網絡體系結構、協(xié)議設計方法、信息交換方式和網絡管理模式帶來了革命性的變化。在圖 ， b1和b2都是源 s向端節(jié)點 y和 x發(fā)出的兩個單位 bit的信息，當 b1和 b2到達 w節(jié)點時，由于一次只能處理一個單位的信息，所以 W只能選擇發(fā)送其中之一，而另一個則必須送入等待隊列，因此，要使 Y和 Z這兩個目的節(jié)點都要收到這兩個信息，則 W必須至少傳送兩次；圖 ，節(jié)點 W對輸入的信息進行網絡編碼操作（“ +”表示模二加），然后將操作結果 b1 + b2（稱為編碼信息）發(fā)送至輸出鏈路(W,X)，然后又通過 鏈路 (X,Y)和 (X,Z)，最終傳送給信宿 Y 和 Z。可見，與傳統(tǒng)的路由傳輸方式相比，網絡編碼提升了網絡的吞吐量。如果節(jié)點對傳輸?shù)男畔⑦M行線性操作，則稱為線性網絡編碼；否則稱為非線性網絡編碼（ Nonlinear Network Coding）。 網絡編碼的應用 雖然網絡編碼提出的初衷是為改善組播傳輸網絡中數(shù)據分發(fā)系統(tǒng)的傳輸性能，但隨著研究的不斷深入，網絡編碼表現(xiàn)出了越來越廣泛的應用前景。 Chou 等最早將隨機網絡編碼付諸實施，構建了一個可實用化的網絡編碼數(shù)據分發(fā)系統(tǒng)，并在 Washington 大學的 Rocketfuel 項目所獲得的幾個 ISP 骨干網絡拓撲上進行了仿真，取得了較好的傳輸性能。 網絡編碼與應用層組播（ Application Layer Multicast， ALM）相結合也取得一定進展。通過對比測試，證明了基于網絡編碼的應用層組播在網絡吞吐量、資源利用率等方面的性能要優(yōu)于網絡層組播和普通的應用層組播。 無線網絡 由于無線鏈路的不可靠性和物理層廣播特性，應用網絡編碼，可以解決傳統(tǒng)路由、跨層設計 等技術無法解決的問題。文獻 [20]對網絡編碼在無線自組織網絡（ WirelessAd Hoc Networks）、無線傳感器網絡（ Wireless Sensor Networks）和無線網狀網 (Wireless Mesh Networks)中 的應用進行了探討。此外，還有一些學者對如何利用網絡編碼增加 Ad Hoc傳輸?shù)聂敯粜詥栴}進行了研究，如 Chen 等研究在分布式天線系統(tǒng)和多入多出系統(tǒng)（ DASMIMO）中，引入網絡編 碼的概念，經過理論推導和實驗仿真，證明了無論有無輔助天線，網絡編碼都能提高網絡的性能，尤其是減小系統(tǒng)丟包損耗。 Katti等提出的基于機會的網絡編碼方法（ COPE）首次研究了網絡編碼在無線環(huán)境協(xié)議層面上的具體實現(xiàn)問題。然而該協(xié)議需要節(jié)點存儲數(shù)據包并進行編碼，如果網絡出現(xiàn)擁塞，可能就會耗費較多的節(jié)點存儲空間。 應用網絡編碼的理論成果， Gkantsidis 等給出了基于隨機網絡編碼的數(shù)據分發(fā)系統(tǒng)的原理 模型（或稱概念模型），如圖 所示。如果下游節(jié)點向 Peer B 請求數(shù)據包，則 Peer B按照同樣的規(guī)則將編碼后的數(shù)據信息分發(fā)給下游節(jié)點。 當某 Peer 接收到 n 個已編碼信息 E1 ,E2... ,En后，則有： ????????????????????????????????????????????????????nnnnnnnnn BBBCBBBcccccccccEEE. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. . ... .. .. .. .. .. .212121222211121121 公式 () 如果公式 的系統(tǒng)轉移 矩陣 C 滿秩，即各編碼向量之間線性獨立，則能通過求解矩陣方程 [B1,B1.....Bn ]=C1[E1,E2.....En ]T 譯出各原始文件塊B1,B1.....Bn ，并恢復出原始文件。 中北大學 2022 屆畢業(yè)設計說明書 第 15 頁 共 57 頁 3 NS2 仿真平臺 NS2 簡介 NS2，即 Network Simulator Version 2，是面向對象的、離散事件驅動的網絡環(huán)境模擬器，主要用于解決網絡研究方面的問題。 NS2 使用一整套C++類庫實現(xiàn)了大多數(shù)常見的網絡協(xié)議以及鏈路層模型，利用這些類的實例可以搭