【正文】 content the requirements of realtime businesses. Key words: Ad Hoc。 performance analysis 3 1 緒論 課題研究的背景 隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對移動通信的需求越來越強。 無線自組網(wǎng) （ Ad Hoc） 作為移動計算 機網(wǎng)絡(luò) 的一種特殊形式，不依賴于固定網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，網(wǎng)絡(luò)組織靈活，節(jié)點不會 因為移動到基站發(fā)射距離之外而要越區(qū)切換，加上其具有生存性極強、 創(chuàng)建與移動極為方便的特點，彌補了蜂窩系統(tǒng)與有線網(wǎng)絡(luò)的不足，在許多 特殊情況下有著不可替代的作用，廣泛應用于國防戰(zhàn)備、災難援助、法律執(zhí)行等無法得到有線網(wǎng)絡(luò)支持或某些只是臨時需要通信但建立有線通信網(wǎng)絡(luò)代價太大的環(huán)境 [1]。對該領(lǐng)域進行深入而廣泛的 研究將為無線自組 網(wǎng) 的應用提供重要科學依據(jù)。 4 自 20 世紀 90 年代以來 ，國內(nèi)的一些大學和研究所也開始關(guān)注無線自組網(wǎng)技術(shù)，并對它進行了一些研究，如解放軍理工大學、清華大學等。目前對各路由協(xié)議基于 UDP 連接的仿真比較成熟，而基于 TCP連接的仿真相對較少，因此本課題的路由仿真的數(shù)據(jù)流為 tcp 流，然后根據(jù)仿真的結(jié)果分析和 比較 各 協(xié)議 在隨節(jié)點不斷增加和節(jié)點移動速度不斷增加 兩種 情況下 的性能。 （ 4） 在已構(gòu)建的仿真平臺上實現(xiàn) 路由協(xié)議 DSDV、 DSR、 AODV 基于 TCP連接 的仿真。由于組網(wǎng)快速、靈活、使用方便，目前 無線自組網(wǎng) 已經(jīng)得到了國際學術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注， 其應用也越來越廣泛 ，已經(jīng)成為移動通信技術(shù)向前發(fā)展的一個重要方向，將在未 來的通信技術(shù)中占據(jù)重要地位。 1991 年成立的 IEEE 標準委員會采用了 “ Ad Hoc” 一詞來描述這種特殊的自組織對等式多跳移動網(wǎng)絡(luò)， 無線自組網(wǎng) 就此誕生。 （ 2） 動態(tài)拓撲：即網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點可以任意移動，并且可以隨時關(guān)閉電臺 。 （ 4） 無中心且所有節(jié)點地位平等：節(jié)點可以隨時加入 或 離開網(wǎng)絡(luò)，任意節(jié)點故障不會影響整個網(wǎng)絡(luò)運行，是一個無中心結(jié)構(gòu) 的 對等式網(wǎng)絡(luò)，抗毀性強。因其特有的無需架設(shè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、可快速展開、 抗毀性強等特點， 無線自組 網(wǎng)是數(shù)字化戰(zhàn)場通信的首選技術(shù)。分散的傳感器通過 無線自組網(wǎng) 技術(shù)組成一個網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)傳感器之間和與控制中心之間的通信。 （ 5）其他應用：可應用于緊急和突發(fā)場合，如在發(fā)生了地震、水災、火災或遭受其它災難后，固定的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施無法正常工作的情況下組建無 線自組網(wǎng)。、藍牙 (Bluetooth)和超寬帶 (LJwB:ultrawideband)等規(guī)范都是具體的物理層協(xié)議。 （ 3）網(wǎng)絡(luò)層： 網(wǎng) 絡(luò)層負責分組的路由，建立網(wǎng)絡(luò)服務類型以及在傳輸與鏈路層之間傳輸分組。然 而，由于無線鏈路的不穩(wěn)定，傳統(tǒng)的有線網(wǎng)傳輸層協(xié)議，在無線環(huán)境下性能下降明顯，所以必須改進。它最初的開發(fā)目的是為了研究大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)以及當前和未來網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的交互行為。它也是目前網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域應用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)模擬軟件之一。 NS2 使用一整套 C++類庫實現(xiàn)了絕大多數(shù)常見的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以及鏈路層的模型，利用這些類的實例就可以搭建起整個網(wǎng)絡(luò)的模型?？紤]效果和操作便利等因素， NS 將數(shù)據(jù)通道和控制通道的實現(xiàn)相分離。網(wǎng)絡(luò)組件模擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或節(jié)點的通信，它們通過制定模擬場景和模擬進程，交換特定的 分組來模擬真實網(wǎng)絡(luò)情況，并將執(zhí)行情況記錄到日志文件中，供用戶 分析解讀，獲取模擬結(jié)果。表 和表 是不同平臺對 NS 的支持情況。 未安裝 Cygwin 時只可用 from all the pieces 方式安裝，較為復雜。 Pc+Linux 優(yōu)點：源代碼開放，界面友好，網(wǎng)絡(luò)功能豐富，較穩(wěn)定。 由于 Linux 完全開放源代碼的特性，可根據(jù)需要任意修改源代碼。 目前 NS2 支持四種事件調(diào)度器，分別為鏈表式（ linkedlist）、堆式（ heap）、時間隊列式（ calendar）和實時（ realtime）調(diào)度器，其中時間隊列式為默認的事件調(diào)度器。一個節(jié)點可以有一條或多條輸出鏈路 (如路由器 )，所有的鏈路都以隊列的形 式來管理分組到達、離開或丟棄，統(tǒng)計并保存字節(jié)數(shù)和分組數(shù)。 （ 6） NS 對象 (NsObject)： NsObject 是所有網(wǎng)絡(luò)實體的基類，包括節(jié)點 、鏈路、代理，業(yè)務記錄 (Trace)和數(shù)據(jù)源等。 NS2 模擬基本流程 圖 NS2 進行網(wǎng)絡(luò)模擬的基本流程 是 否 否 否 是 是 問題定義 修改源碼？ 修改源碼 編寫 Tcl 腳本 執(zhí)行模擬 分析結(jié)果 結(jié)果滿意 ？ 分析問題 重新編譯 NS 編譯通過 ？ 調(diào)試 結(jié)束 開始 11 使用 NS2 進行網(wǎng)絡(luò)模擬的基本操作流程如圖 所示。 （ 3）模擬結(jié)果分析：結(jié)果分析是真正體現(xiàn)模擬工作成效的重要一環(huán)，模擬結(jié)果分析主要是對 trace 文件進 行分析。 因此，無線自組網(wǎng)與傳統(tǒng)移動通信網(wǎng)絡(luò)在路 由選擇方面有很大的差異，必須采用合適的路由協(xié)議以解 決路由選擇問題。第二類是按需驅(qū)動（ OnDemand Driven）的路由協(xié)議，包括路由發(fā)現(xiàn)和路由維護兩個過程。 DSDV 以路由信息協(xié)議為基礎(chǔ)。標有更大序列號的路由信息總是被接收。 按需平面距離矢量路由協(xié)議 AODV AODV(Ad hoc Ondemand Distance Vector Routing)由 DSDV 發(fā)展而來，不同的是 AODV 為反應式路由協(xié)議。為避免路由循環(huán)，每一個路由分組中都包括一個 sequence ID（ SID）作為唯一標識，如果一個節(jié)點收到一個 SID 比它當前保留的 SID 小的數(shù)據(jù)包，表明該數(shù)據(jù)包是過時的，它將不予處理，而是簡單的丟棄?；顒拥囊馑际怯袛?shù)據(jù)包從源節(jié)點發(fā)往目的節(jié)點，如果鏈路上不再有數(shù)據(jù)包傳遞，一段時間之后，鏈路就會過期，最終路由信息將會從中間節(jié)點的路由表中刪除 [7]。具體過程如下：源節(jié)點 S 將使用洪泛法發(fā)送路由請求消息（ RREQ）， RREQ 包含源和目的節(jié)點地址以及唯一的標志號，中間節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā) RREQ，并附上自己的節(jié)點標識。該算法中路由不一定是最優(yōu)的，常常使用次優(yōu)路由以減少發(fā)現(xiàn)路由的開銷。 路由協(xié)議性能評標準 主要包括以下幾個方面的指標 [8]： （ 1）丟包率：網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸是以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包的形式進行的，理想狀態(tài)下發(fā)送了多少數(shù)據(jù)分組就能接收多少數(shù)據(jù)分組，但是由于信號衰減、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量等諸多因素影響下，可能產(chǎn)生數(shù)據(jù)分組丟失。該統(tǒng)計量反應了網(wǎng)絡(luò)的擁塞狀況，計算公式見式（ ）。移 動節(jié)點是由基本的節(jié)點再加上無線和移動節(jié)點所需要的一些功能構(gòu)成，它能夠在給定的拓撲范圍內(nèi)移動，可以通過無線信道接收和傳送無線信號。 圖 移動節(jié)點的結(jié)構(gòu)示意圖 移動節(jié)點的創(chuàng)建 （ 1）移動節(jié)點的配置：在 NS2 中，要創(chuàng)建一個移動節(jié)點，就必須在創(chuàng)建節(jié)點之前對節(jié)點進行配置。這樣的移動節(jié)點就在一個 Z=0 的二維平面中 運動。 （ 1）移動范圍： set topo [new Topography] 創(chuàng)建拓撲對象，在節(jié)點設(shè)置時使用它來進行 配 置 $topo load_flatgrid 1000 1000 設(shè)定一個 1000x1000 的屏幕 （ 2）創(chuàng)建 God 對象， God（ General operations director） 對象是一個存儲關(guān)于環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)或者節(jié)點狀態(tài)等全局信息的對象： set god_ [create – god $val(nn)] $val(nn)仿真節(jié)點號 TCP 代理的創(chuàng)建和設(shè)置 （ 1） TCP 代理創(chuàng)建步驟： 步驟一：創(chuàng)建一個 Agent/TCP 對象，作為分組的發(fā)送器； 步驟二：設(shè)置 Agent/TCP 對象的部分 內(nèi)部變量； 步驟三：創(chuàng)建一個 Agent/TCPSink 對象，作為分組的接收器； 步驟四：在發(fā)送和接收代理之間創(chuàng)建 connect 連接。后來這項工具漸漸流行開，并且得到其他個人和組織的繼續(xù)改進和完善。 ② 調(diào)用 nam： nam調(diào)用一般是在 NS 仿真結(jié)束之后，所以在 stop{}過程之后添加代碼： exec nam amp。 （ 4） Trace 名稱：共有三種不同的類型，分別為： RTR：路由器 Trace； AGT：代理 Trace； MAC： MAC 層 Trace。 （ 9）分組大小，單位為字節(jié)。 （ 13） MAC 層封裝的分組類型。 （ 21）源節(jié)點到 目的節(jié)點的跳數(shù)。 gawk 包含 awk 的所有功能。 如果程序很短，則程序代碼可以直接寫在命令行上，如下： $gawk ? program‘ inputfile1 inutfile2…… 其中， program 包括一些 pattern 和 action。相關(guān)參數(shù)設(shè)置： 21 gnuplot set xrange [{xmin： xmax}] 設(shè)置 X 軸的起點和終點 gnuplot set yrange [{ymin： ymax}] 設(shè)置 Y 軸的起點和終點 gnuplot set title ―name of the graph‖ 設(shè)置整個圖的標題 gnuplot set xlabel ―name of the X axis‖ 設(shè)置 X 軸的標題 gnuplot set ylabel ―name of the Y axis‖ 設(shè)置 Y 軸的標題 gnuplot plot ?filename1‘ with linespoints, ?filename2‘ with linespoints…… 仿真 結(jié)果分析 nam演示 “ 節(jié)點變化 ” 運行場景 和 “ 移動速度變化 ” 的運行場景分別如圖 、圖 所示。 （ 2） 仿真結(jié)果分析 運行 TCL 仿真腳本 ， 得到相應的 trace 文件，然后用編寫的 gawk 程序?qū)?trace文件進行分析 計算 ， 得出相應的數(shù)據(jù) ，反復運行計算 20 次，求出各項的平均值 。這是因為 DSR 采用了源路由算法，其路由緩存中有多條 去往目的地的路由，當主路由中斷不通時，可以從路由緩存里的信息迅速找到或建立另外到目的地的路由。 ② “ 移動速度不斷增加 ” 情況下 各路由協(xié)議的仿真性能如圖 所示，仿真結(jié)果如表 所示。 結(jié) 論 本論文主要論述了無線自組網(wǎng)路由協(xié)議的研究和使用 NS2 的仿真工作。同時介紹了一款免費的仿真軟件 NS2，詳細闡述了 版本的使用方法，選取了時延、丟包率、吞吐 26 量等作為參數(shù)，選取 tcp 流為業(yè)務數(shù)據(jù)流，然后根據(jù)仿真的結(jié)果分析和比較各協(xié)議在隨節(jié)點不斷增加和節(jié)點移動速度不斷增加的情況下的性能。 在拓撲變化頻繁 的 無線自組 網(wǎng)環(huán)境中，采用按需路由協(xié)議 可減少實時路由維護的信道資源消耗 ；在網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定的環(huán)境中，如果業(yè)務對實時性要求較高時，應盡量采用表驅(qū)動方式的路由協(xié)議 。 27 參考文獻 [1]鄭少仁，王海濤，趙志峰等 .Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) [M].北京：人民郵電出版社， 20xx： 10156． [2]陳晉倫 ， 周正 .Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及研究現(xiàn)狀 [J].信息技術(shù)與標準化， 20xx，（ 6）： 1014． [3]祖國建 .自組網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究 [J].現(xiàn)代電子技術(shù)， 20xx， 6（ 21）： 1725． [4]于斌，孫斌，溫暖等 ． NS2 與網(wǎng)絡(luò)模擬 [M]． 北京：人民郵電出版社， 20xx： 13. 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