【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 （ Ad Hoc） 作為移動計算 機網絡 的一種特殊形式，不依賴于固定網絡設施，網絡組織靈活，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)與有線網絡的不足，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絡支持或某些只是臨時需要通信但建立有線通信網絡代價太大的環(huán)境 [1]。對該領域進行深入而廣泛的 研究將為無線自組 網 的應用提供重要科學依據。 4 自 20 世紀 90 年代以來 ，國內的一些大學和研究所也開始關注無線自組網技術，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據流為 tcp 流，然后根據仿真的結果分析和 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） 在已構建的仿真平臺上實現 路由協(xié)議 DSDV、 DSR、 AODV 基于 TCP連接 的仿真。由于組網快速、靈活、使用方便，目前 無線自組網 已經得到了國際學術界和工業(yè)界的廣泛關注， 其應用也越來越廣泛 ，已經成為移動通信技術向前發(fā)展的一個重要方向，將在未 來的通信技術中占據重要地位。 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絡， 無線自組網 就此誕生。 （ 2） 動態(tài)拓撲：即網絡中的節(jié)點可以任意移動，并且可以隨時關閉電臺 。 （ 4） 無中心且所有節(jié)點地位平等：節(jié)點可以隨時加入 或 離開網絡，任意節(jié)點故障不會影響整個網絡運行，是一個無中心結構 的 對等式網絡，抗毀性強。因其特有的無需架設網絡設施、可快速展開、 抗毀性強等特點， 無線自組 網是數字化戰(zhàn)場通信的首選技術。分散的傳感器通過 無線自組網 技術組成一個網絡，可以實現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，固定的通信網絡設施無法正常工作的情況下組建無 線自組網。、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）網絡層： 網 絡層負責分組的路由，建立網絡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)模網絡以及當前和未來網絡協(xié)議的交互行為。它也是目前網絡研究領域應用最廣泛的網絡模擬軟件之一。 NS2 使用一整套 C++類庫實現了絕大多數常見的網絡協(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絡的模型?？紤]效果和操作便利等因素， NS 將數據通道和控制通道的實現相分離。網絡組件模擬網絡設備或節(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 分組來模擬真實網絡情況，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，網絡功能豐富，較穩(wěn)定。 由于 Linux 完全開放源代碼的特性，可根據需要任意修改源代碼。 目前 NS2 支持四種事件調度器，分別為鏈表式（ linkedlist）、堆式（ heap）、時間隊列式（ calendar）和實時（ realtime）調度器，其中時間隊列式為默認的事件調度器。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)數和分組數。 （ 6） NS 對象 (NsObject)： NsObject 是所有網絡實體的基類，包括節(jié)點 、鏈路、代理，業(yè)務記錄 (Trace)和數據源等。 NS2 模擬基本流程 圖 NS2 進行網絡模擬的基本流程 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 分析結果 結果滿意 ？ 分析問題 重新編譯 NS 編譯通過 ？ 調試 結束 開始 11 使用 NS2 進行網絡模擬的基本操作流程如圖 所示。 （ 3）模擬結果分析：結果分析是真正體現模擬工作成效的重要一環(huán)，模擬結果分析主要是對 trace 文件進 行分析。 因此，無線自組網與傳統(tǒng)移動通信網絡在路 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。第二類是按需驅動（ OnDemand Driven）的路由協(xié)議，包括路由發(fā)現和路由維護兩個過程。 DSDV 以路由信息協(xié)議為基礎。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 小的數據包，表明該數據包是過時的，它將不予處理，而是簡單的丟棄?；顒拥囊馑际怯袛祿鼜脑垂?jié)點發(fā)往目的節(jié)點，如果鏈路上不再有數據包傳遞，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：網絡中數據傳輸是以發(fā)送和接收數據包的形式進行的，理想狀態(tài)下發(fā)送了多少數據分組就能接收多少數據分組，但是由于信號衰減、網絡質量等諸多因素影響下，可能產生數據分組丟失。該統(tǒng)計量反應了網絡的擁塞狀況，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成，它能夠在給定的拓撲范圍內移動，可以通過無線信道接收和傳送無線信號。 圖 移動節(jié)點的結構示意圖 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)點設置時使用它來進行 配 置 $topo load_flatgrid 1000 1000 設定一個 1000x1000 的屏幕 （ 2）創(chuàng)建 God 對象， God（ General operations director） 對象是一個存儲關于環(huán)境、網絡或者節(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：設置 Agent/TCP 對象的部分 內部變量； 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 調用 nam： nam調用一般是在 NS 仿真結束之后，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。 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。相關參數設置： 21 gnuplot set xrange [{xmin： xmax}] 設置 X 軸的起點和終點 gnuplot set yrange [{ymin： ymax}] 設置 Y 軸的起點和終點 gnuplot set title ―name of the graph‖ 設置整個圖的標題 gnuplot set xlabel ―name of the X axis‖ 設置 X 軸的標題 gnuplot set ylabel ―name of the Y axis‖ 設置 Y 軸的標題 gnuplot plot ?filename1‘ with linespoints, ?filename2‘ with linespoints…… 仿真 結果分析 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 程序對 trace文件進行分析 計算 ， 得出相應的數據 ，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，仿真結果如表 所示。 結 論 本論文主要論述了無線自組網路由協(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，選取 tcp 流為業(yè)務數據流，然后根據仿真的結果分析和比較各協(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 ；在網絡拓撲結構相對穩(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 網絡技術 [M].北京：人民郵電出版社， 20xx： 10156． [2]陳晉倫 ， 周正 .Ad Hoc 網絡技術及研究現狀 [J].信息技術與標準化， 20xx，（ 6）： 1014． [3]祖國建 .自組網體系結構研究 [J].現代電子技術， 20xx， 6（ 21）： 1725． [4]于斌，孫斌，溫暖等 ． NS2 與網絡模擬 [M]． 北京：人民郵電出版社， 20xx： 13. 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