【正文】 網(wǎng)絡是比較好好的解決辦法【15】。事實上在現(xiàn)實生活的應用中，無線自組織網(wǎng)絡可以單獨作為一個完整網(wǎng)絡來進行內部通信，還可以以一個子網(wǎng)的形式來通過各種接入方式并入已建成的通信網(wǎng)絡之中【9】，與無線自組網(wǎng)絡以外的主機進行通信，這也是一個重要的應用方向。本課題主要研究了DSDV，DSR，AODV三種路由協(xié)議的性能比較、分析與總結。通過研究這四個指標來分析各個路由協(xié)議的性能，與這些路由協(xié)議采取的策略相互印證，以此確定各個路由協(xié)議的優(yōu)缺點和適用領域，達到本課題研究的目的。第四章：介紹了課題研究所需腳本中關鍵代碼以及仿真程序的運行與數(shù)據(jù)分析過程。然后介紹了本課題的研究目的及意義，概述了一些Ad hoc網(wǎng)絡的應用方向與發(fā)展前景，以此解釋為何要對Ad hoc網(wǎng)絡路由協(xié)議的性能進行研究、比較與分析。第二章 Ad hoc網(wǎng)絡概述 Ad hoc網(wǎng)絡形成與發(fā)展目前主流學術界認為，無需基礎設施的網(wǎng)絡通信技術【7】最早出現(xiàn)在上世紀70年代初，在開發(fā)完成報文交換技術之后不久，美國政府出資使得相關機構投入到了一項新的研究當中——分組無線網(wǎng)絡【3】，也就是將報文交換技術應用在沒有預先建設好的基礎設施的環(huán)境之中。在這種網(wǎng)絡中，每個結點都保持動態(tài)且可以任意分布【2】，結點之間的通信通過無線的方法來實現(xiàn)。美國政府在1993年啟動高殘存性自適應網(wǎng)絡項目的研究。到目前為止，無線自組織網(wǎng)絡技術的發(fā)展還沒有達到實際應用這一步，主要的研發(fā)仍處在仿真和實驗階段【10】。與此同時，無線自組織網(wǎng)絡也可以被當成是計算機網(wǎng)絡和無線通信技術【4】的交叉融合下的新型技術產物。 Ad hoc網(wǎng)絡特點由于組建方式與工作模式和傳統(tǒng)的網(wǎng)絡有很大的差別，所以無線自組織網(wǎng)絡具有很多該網(wǎng)絡技術獨有的特點：自組織與獨立性：和一般的通信網(wǎng)絡相比，無線自組織網(wǎng)絡最顯著的特征就是不需要預先建設的網(wǎng)絡通信設備的支持，也能夠隨時隨地、迅速組織起一個可移動的通信網(wǎng)絡。一旦Ad hoc網(wǎng)絡中某個或部分結點出現(xiàn)問題不能進行通信，依舊能確保其余的移動結點繼續(xù)正常工作。生存周期短：無線自組織網(wǎng)絡一般被研究應用于臨時或緊急的通信場合，與配備有完善的基礎設施的有線網(wǎng)絡相比，Ad hoc網(wǎng)絡的生存周期總體來說都比較短。如何為網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)傳送迅速準確地發(fā)現(xiàn)到達目的地的路徑，是無線自組織網(wǎng)絡的研究與應用化里十分關鍵的一個問題。路由表在每次路由信息有改變時都會被更新，并且利用已存儲在每個結點的路由表中的信息來判斷和決定新的路徑。采用這類協(xié)議的缺點是網(wǎng)絡中的結點必須去不停斷地廣播路由信息，這樣就非常浪費無線網(wǎng)絡的頻寬與無線結點的能源，同時容易造成廣播風暴、信息泛洪等。當一個無線結點想要傳送數(shù)據(jù)給另外一個無線結點時，來源端結點會去調用一個路徑發(fā)現(xiàn)程序（Routediscovery Process）【1】，并將此路徑保存在結點的緩存器中，直到過期或是發(fā)生路徑無效等狀況。在DSDV中，每個移動結點都需要維護（存儲并持續(xù)更新）一個路由表，路由表會將目的結點地址、跳數(shù)、下一跳結點和目的地序號等等存儲在表項之中，目的地序號也被稱為循序號碼，每筆通信記錄都包含著目的地序號，記錄目的地序號主要是用來判別當前的路徑是否已過期，以此來避免路由環(huán)路情況的發(fā)生。在DSDV路由協(xié)議中，結點在收到目的結點的序列號后會與路由表中已有的序列號進行比較，然后選擇序列號最高的路由，更新該節(jié)點的路由表。DSR路由協(xié)議包含兩個主要部分：路由發(fā)現(xiàn)和路由維護。這個路由請求包含了源結點和目的結點地址的唯一標識符，收到廣播的結點將這些信息對照自己的路徑緩存，如果有就把路徑回饋給源結點，如果沒有就記錄該目的地地址然后繼續(xù)向其他結點轉發(fā)此路由請求，這就是路由發(fā)現(xiàn)的過程。路由發(fā)現(xiàn)過程與DSR中的發(fā)現(xiàn)過程基本相同，源結點為了向目的結點發(fā)送數(shù)據(jù)包，將首先檢查自己的路由表中是否有可用路徑。當一個結點收到路由請求分組時，它首先會判斷之前是否收到過，若是之前收到過就將其拋棄。首先介紹了Ad hoc網(wǎng)絡的形成與發(fā)展。Ad hoc網(wǎng)絡是對等式的不需要預先架設好通信設備的通信網(wǎng)絡，采用分組交換機制，每個結點既是主機也是路由器，具備結點移動性、無中心、自組織、獨立組網(wǎng)等等特點。反應式網(wǎng)絡協(xié)議也被稱按需驅動協(xié)議，移動結點只有在需要傳送數(shù)據(jù)包卻發(fā)現(xiàn)不了到達目的地的路徑時，協(xié)議才會開始工作。AODV協(xié)議是DSDV和DSR的結合，既有DSDV中的周期廣播、序列號、逐跳路由等，又有DSR按需進行路由維護和路由發(fā)現(xiàn)的功能。Cygwin主要借助重新編譯的方法，將POSIX系統(tǒng)中使用的軟件移植到Windows平臺上。隨著軟件功能的進步與完善，正有越來越多的人開始應用cygwin到他們的開發(fā)工作中。打開軟件后按照提示選擇“Install from Internet”和存放目錄，然后是下載資源鏡點網(wǎng)站以及需要安裝的工具集和軟件包，如圖所示?？梢酝ㄟ^很方法查看軟件是否安裝成功，比如輸入gcc –version的指令查看gcc是否安裝成功以及所安裝的版本，如圖所示。此外，在網(wǎng)絡技術教學中，NS2也被廣泛使用。NS2分離了數(shù)據(jù)通道和控制通道以此來提高效率【8】，使用C++寫出并編譯數(shù)據(jù)通道和事件調度器上的基本網(wǎng)絡組件對象，這樣可以有效減少分組和事件的處理時間， Otcl解釋器則可以通過映射讀取這些對象。，cygwin安裝過程中會提示選擇需要安裝的工具集和軟件包，為了安裝和使用NS2，我們需要安裝基礎的工具集和軟件包如下：gcc4,gcc4g++,gawk,tar,gnuplot,gzip,make,patch,perl,w32api,XFree86base,XFree86bin,XFree86prog,XFree86lib,XFreeetc,xinit,libX11devel,libxmudevel。運行安裝程序： ./install輸入如上指令后，cygwin會自行檢測是否符合NS2的安裝條件，檢測通過后開始安裝過程，如下圖：圖33 安裝ns2過程界面經過一段時間的等待后，cygwin提示安裝完成。 圖34 運行程序得到仿真結果。至此，NS2軟件安裝成功。在腳本中寫出鏈路和結點的特性，比如帶寬、延遲和丟失策略等，基本確定模擬網(wǎng)絡的拓撲結構【3】。然后編寫其他的網(wǎng)絡參數(shù)和輔助程序，包括設定nam文件和模擬結束時間等，完成這些后一個tcl語言網(wǎng)絡腳本的編寫工作基本結束。 本章小結本章我們主要概述了完成本課題實驗所需要的實驗環(huán)境和所使用的仿真軟件NS2。本章還詳細介紹了NS2的安裝過程和所需要的各種安裝條件，比如cygwin安裝中需要選擇的組件。其后我們還要使用awk語言編寫awk分析程序用來分析trace文件。最大連接數(shù)變量為50、60、70、80、90、100個。在變量為結點個數(shù)的實驗中，設定網(wǎng)絡模型最大連接數(shù)為10個，數(shù)據(jù)流速度為10個/秒。結點停留時間為10秒，模擬時間設定為100秒，移動場景范圍為500米乘以500米。結點停留時間變量為0、50、60、70、80、90、100秒。表明了網(wǎng)絡發(fā)送數(shù)據(jù)包的能力丟包率（Packet lost fraction）：由CBR來源端發(fā)送的數(shù)據(jù)包數(shù)目與未能成功到達目的結點的數(shù)據(jù)包數(shù)的比值。如果這個值越小，就代表了第一個數(shù)據(jù)包從源結點到達目的結點的時間越小，也就是收斂時間越小。這些參數(shù)分別設定了：理信道的類型，采用無線信道模式；無線傳輸類型，采用TwoRayGround，在此模式下，兩個移動結點之間既考慮到了直線傳播路徑的同時也考慮到了地面反射路徑，這使得這個模型的預測會更為精確；網(wǎng)絡接口類型，考慮到本實驗的網(wǎng)絡模型，采用WirelessPhy接口；在MAC層協(xié)議方面采用了傳統(tǒng)的IEEE ；設定天線模型，這對于無線網(wǎng)絡是十分重要的參數(shù)設置，關系到網(wǎng)絡的穩(wěn)定性和信號覆蓋范圍，本實驗中采用單一增益的全向天線OmniAntenna類型。opt（ifq）指的是接口隊列類型。這個工具可以產生cbr流和tcp流。第二個是setdest，可以用來實現(xiàn)無線網(wǎng)絡仿真中結點的隨機移動。set opt(x) 500 set opt(y) 500 set opt(nn) 30 set opt(cp) cbr_n30_m10_r10 set opt(sc) scen_30n_50p_10M_100t_500_500 set opt(stop) 這一段主要是設定了結點的移動場景大小、結點、模擬持續(xù)時間等。而控制變量的過程就是不斷改變這些參數(shù)中的一個然后反復進行試驗。set god_ [creategod $opt(nn)]創(chuàng)建一個god對象，以此動態(tài)地保存各個移動結點之間的連接關系。在網(wǎng)絡拓撲腳本中加入相應的設置，在仿真程序運行后，我們就會得到一個trace文件，如果用普通文字編輯軟件打開的話會看到如下內容：這些就是仿真網(wǎng)絡中每一個數(shù)據(jù)包事件的詳細記錄，想要理解具體通信事件內容就明白這個文件的格式：圖43 trace文件內容表41 trace文件格式EventTimeFrom nodeTonodePkttypePktsizeFlagsFidSrcaddrDstaddrSeqnumPktid這些都分別對應了trace文件記錄中的各個列數(shù)值的含義【1】。 awk分析程序腳本awk是一種程序語言【3】具有很多特點，比如變量無類型之分（Typeless），使用直譯器（Interpreter），可以使用文字作為數(shù)組的標注(Associative Array)等等。Awk程序的基本工作流程如下：1. 從指定的數(shù)據(jù)文件中讀取一筆數(shù)據(jù)。正因為awk會自我循環(huán)讀取數(shù)據(jù)，所以編寫awk程序時不用加入循環(huán)語句。 sends=0packet_id = $6。type = $7。amp。}這段程序記錄了已經傳送出的數(shù)據(jù)包個數(shù)。amp。 end_time[packet_id] = time。 packet_id = highest_packet_id 。這段比較容易看懂，是用來計算有效數(shù)據(jù)包的平均端到端延遲時間。 仿真程序運行與分析在編寫完模擬網(wǎng)絡拓撲腳本之后就要開始進入實驗的主體部分，實驗的運行與分析。網(wǎng)絡腳本程序和awk分析程序運行成功。并且概述了trace文件的內容組成和awk語言的含義與特點。本實驗的網(wǎng)絡模型參數(shù)設定如下：表51 網(wǎng)絡模型參數(shù)結點個數(shù)（個）100最大連接數(shù)（個）50、60、70、80、90、100數(shù)據(jù)流速度（個/秒）10結點停留時間（秒）10結點移動速度（米/秒）10模擬時間（秒）100移動模擬場景范圍500500（1）不同最大連接數(shù)下各個路由協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)包數(shù)： 圖51 發(fā)送數(shù)據(jù)包數(shù)數(shù)據(jù)圖52 最大連接數(shù)與發(fā)送數(shù)據(jù)包數(shù)關系（2）不同最大連接數(shù)下各個路由協(xié)議丟包率： 圖53 丟包率數(shù)據(jù)圖54 最大連接數(shù)與丟包率關系（3）不同最大連接數(shù)下各個路由協(xié)議平均端到端延時：圖55 平均端到端延時數(shù)據(jù)圖56 最大連接數(shù)與平均端到端延時關系（4）不同最大連接數(shù)下第一個數(shù)據(jù)包到達時間：圖57 第一個數(shù)據(jù)包到達時間數(shù)據(jù)圖58最大連接數(shù)與第一個數(shù)據(jù)包到達時間的關系（5）結論本實驗結果顯示，隨著最大連接數(shù)的增大，也就是虛擬信道的增加，三個網(wǎng)絡路由協(xié)議的發(fā)送數(shù)據(jù)包數(shù)都大量增加但發(fā)送數(shù)據(jù)包能力幾乎相同；隨著最大連接數(shù)的增大，各個協(xié)議的丟包率都明顯增加，DSDV控制的最好，AODV上升最明顯；平均端到端延時也隨著最大連接數(shù)的增加急劇上升， DSDV表現(xiàn)最好，AODV延遲最高；第一個數(shù)據(jù)包到達時間方面由于DSDV采取的是表驅動協(xié)議，所以他的到達時間最短，而另外兩個要相對較長。結點個數(shù)的意義顯而易見，對于一個Ad hoc網(wǎng)絡來說，對結點個數(shù)和網(wǎng)絡表現(xiàn)之間關系的研究是非常重要的。在Ad hoc網(wǎng)絡當中，結點是不斷移動的，所以也就存在一個結點移動到某個位置后停留時間的問題。下面是對這些數(shù)據(jù)的總結分析：（1）目的序列距離矢量路由協(xié)議DSDV當網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)包傳輸流量較小時，即最大連接數(shù)和數(shù)據(jù)流產生速度都較小的時候，DSDV協(xié)議的丟包率控制的很不好，是三個協(xié)議中最差的。當網(wǎng)絡拓撲變化明顯時，由于可能不能立刻發(fā)現(xiàn)可用路徑，DSDV協(xié)議的丟包率會明顯增加，端到端延時和第一個文件到達時間的表現(xiàn)也會非常不穩(wěn)定。DSR的丟包率表現(xiàn)和網(wǎng)絡中的結點個數(shù)關系不大，隨著結點個數(shù)的增加，端到端延時和第一個文件到達時間的表現(xiàn)在三個協(xié)議中是最好的。（3）按需距離矢量路由協(xié)議AODV當網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)包傳輸流量較小時，即最大連接數(shù)和數(shù)據(jù)流產生速度都較小的時候，AODV協(xié)議的丟包率、延時等控制較好。當網(wǎng)絡拓撲變化明顯時，AODV協(xié)議的丟包率、端到端延時和第一個文件到達時間的表現(xiàn)都非常不穩(wěn)定，尤其是結點停留時間的變動讓使用AODV的網(wǎng)絡端到端延時表現(xiàn)較差。實驗結果表明，DSDV最適用于小型的、結點移動并不明顯或者是網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸量較大的Ad hoc網(wǎng)絡。在這份畢業(yè)設計說明書的一開始就介紹了該課題的研究背景以及目前的國內外研究現(xiàn)狀，課題研究目的與意義、研究方法。首先是實驗設計，詳細介紹了該仿真實驗的設計構想、性能分析評判標準、tcl模擬網(wǎng)絡和awk分析程序的關鍵代碼編寫。所以對于Ad hoc網(wǎng)絡的研究已經成為了一個通信學科的研究熱點。對于Ad hoc網(wǎng)絡路由協(xié)議的研究不應該只止于現(xiàn)有的路由協(xié)議的