【正文】 準(zhǔn)和技術(shù)研究所“無線通信技術(shù)小組”；IETF也專門成立了MANET工作組，負(fù)責(zé)無線自組網(wǎng)的路由協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化工作[12]。本課題主要是對(duì)無線自組網(wǎng)單播路由協(xié)議進(jìn)行深入的研究與學(xué)習(xí)，然后利用NS2構(gòu)建模擬平臺(tái)，在此平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)以下幾種典型的路由協(xié)議DSDV、DSR和AODV的仿真。（3）認(rèn)識(shí)和熟悉NS2網(wǎng)絡(luò)模擬器，熟悉Tcl/OTcl編程語言。無線自組網(wǎng)通常也可稱為“無固定設(shè)施網(wǎng)”或“自組織網(wǎng)”。在此之后，DARPA于1983年啟動(dòng)了高殘存性自適應(yīng)網(wǎng)(Survivable Adaptive Network,SURAN)項(xiàng)目，研究如何將PRNET的研究成果加以擴(kuò)展，以支持更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，1994年，DARPA又啟動(dòng)了全球移動(dòng)信息系統(tǒng)(Global MobileInformation Systems,GloMo) 項(xiàng)目，旨在對(duì)能夠滿足軍事應(yīng)用需要的、高抗毀性的移動(dòng)信息系統(tǒng)進(jìn)行全面深入的研究。節(jié)點(diǎn)開機(jī)后就可以快速、自動(dòng)地組成一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)要與其覆蓋范圍之外的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信時(shí)，需要中間節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)，即要經(jīng)過多跳才能到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。目前為止，其主要的應(yīng)用領(lǐng)域有：（1）軍事應(yīng)用：軍事應(yīng)用是無線自組網(wǎng)技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域。對(duì)于很多應(yīng)用場(chǎng)合來說傳感器網(wǎng)絡(luò)只能使用無線通信技術(shù)，并且傳感器的發(fā)射功率很小。在室內(nèi)辦公環(huán)境中，辦公人員攜帶的包含無線自組網(wǎng)收藏器的PDA可以通過無線方式自動(dòng)從臺(tái)式機(jī)上下載電子郵件，更新工作日程表等。 無線自組網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)下面介紹各層的基本情況：（1）物理層：物理層包括射頻(RF)電路、調(diào)制和信道編碼系統(tǒng)。其LLC子層負(fù)責(zé)無線鏈路差錯(cuò)控制、流量控制、將網(wǎng)絡(luò)層的分組組幀以及重傳等，而MAC子層負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)對(duì)無線媒介訪問的控制和幀的加解密操作等。（4）傳輸層：傳輸層負(fù)責(zé)提供端到端的可靠數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。3 網(wǎng)絡(luò)模擬器NS2 NS2簡(jiǎn)介NS2（Network Simulator Version2）是一款開放源代碼的網(wǎng)絡(luò)模擬軟件，最初由加州大學(xué)伯克分校（UC Berkeley）開發(fā)。正因?yàn)槿绱?，世界各地的研究人員每天都在擴(kuò)展和更新它的功能，為其添加了新的協(xié)議和功能。NS2是一款面向?qū)ο蟮摹㈦x散事件驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)模擬器，可以完整地模擬整個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。它們之間采用TclCL進(jìn)行自動(dòng)連接和映射。事件調(diào)度器控制模擬進(jìn)程，在適當(dāng)時(shí)間激活事件隊(duì)列中的當(dāng)前事件，并執(zhí)行該事件。另外，NS2也可以在Windows平臺(tái)上運(yùn)行。未安裝Cygwin時(shí)只可用from all the pieces方式安裝，較為復(fù)雜。Pc+Linux優(yōu)點(diǎn)：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(shí)間隊(duì)列式（calendar）和實(shí)時(shí)（realtime）調(diào)度器，其中時(shí)間隊(duì)列式為默認(rèn)的事件調(diào)度器。一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以有一條或多條輸出鏈路(如路由器)，所有的鏈路都以隊(duì)列的形式來管理分組到達(dá)、離開或丟棄，統(tǒng)計(jì)并保存字節(jié)數(shù)和分組數(shù)。（6）NS對(duì)象(NsObject)：NsObject是所有網(wǎng)絡(luò)實(shí)體的基類，包括節(jié)點(diǎn)、鏈路、代理，業(yè)務(wù)記錄(Trace)和數(shù)據(jù)源等。 NS2模擬基本流程開始結(jié)束調(diào)試重新編譯NS編譯通過？分析問題結(jié)果滿意？修改源碼？修改源碼問題定義是否否是編寫Tcl腳本執(zhí)行模擬否 分析結(jié)果是 NS2進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)模擬的基本流程。（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(duì)trace文件進(jìn)行分析。因此，無線自組網(wǎng)與傳統(tǒng)移動(dòng)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(dòng)（OnDemand Driven）的路由協(xié)議，包括路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)兩個(gè)過程。DSDV以路由信息協(xié)議為基礎(chǔ)。標(biāo)有更大序列號(hào)的路由信息總是被接收。 按需平面距離矢量路由協(xié)議AODVAODV(Ad hoc Ondemand Distance Vector Routing)由DSDV發(fā)展而來，不同的是AODV為反應(yīng)式路由協(xié)議。為避免路由循環(huán)，每一個(gè)路由分組中都包括一個(gè)sequence ID（SID）作為唯一標(biāo)識(shí)，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)收到一個(gè)SID比它當(dāng)前保留的SID小的數(shù)據(jù)包，表明該數(shù)據(jù)包是過時(shí)的，它將不予處理，而是簡(jiǎn)單的丟棄。活動(dòng)的意思是有數(shù)據(jù)包從源節(jié)點(diǎn)發(fā)往目的節(jié)點(diǎn)，如果鏈路上不再有數(shù)據(jù)包傳遞，一段時(shí)間之后，鏈路就會(huì)過期，最終路由信息將會(huì)從中間節(jié)點(diǎn)的路由表中刪除[7]。具體過程如下：源節(jié)點(diǎn)S將使用洪泛法發(fā)送路由請(qǐng)求消息（RREQ），RREQ包含源和目的節(jié)點(diǎn)地址以及唯一的標(biāo)志號(hào)，中間節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)RREQ，并附上自己的節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)。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(píng)標(biāo)準(zhǔn)主要包括以下幾個(gè)方面的指標(biāo)[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(jìn)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(hào)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(jì)量反應(yīng)了網(wǎng)絡(luò)的擁塞狀況，計(jì)算公式見式（）。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)是由基本的節(jié)點(diǎn)再加上無線和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)所需要的一些功能構(gòu)成，它能夠在給定的拓?fù)浞秶鷥?nèi)移動(dòng)，可以通過無線信道接收和傳送無線信號(hào)。所謂點(diǎn)的配置就是在節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建之前設(shè)定節(jié)點(diǎn)的各項(xiàng)屬性，可以使用模擬器對(duì)ns的內(nèi)部過程nodeconfig{}來配置節(jié)點(diǎn)的屬性。運(yùn)動(dòng)方法有：（1）方法一：確定節(jié)點(diǎn)的起始和終止位置：$node set X x1$node set Y y1$node set Z z1$ns at $time $node setdest x2 y2 speed（2）方法二：節(jié)點(diǎn)隨機(jī)移動(dòng)。（2）TCP流的隨機(jī)生成：cbrgen工具可以用來隨機(jī)生成TCP流，命令格式如下：./ns –type trace type nn num_of_nodes seed seed mc max connection rate rate out file 仿真參數(shù)的設(shè)置本課題從兩方面來比較無線自組網(wǎng)路由協(xié)議的性能：。nam的功能是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)模擬軟件或真實(shí)環(huán)境里的特定格式的trace輸出文件來運(yùn)行動(dòng)畫，例如Trace文件常常來自NS模擬器或者Tcpdump軟件的輸出。 exit 0 無線Trace文件格式下面是無線Trace文件的一個(gè)例子：s _1_ RTR 0 message 32 [0 0 0 0] [1:255 1:255 32 0]r _0_ RTR 0 message 32 [0 ffffffff 1 800] [1:255 1:255 32 0]s _0_ AGT 1 tcp 40 [0 0 0 0] [0:0 1:0 32 0] [0 0] 0 0r _0_ RTR 1 tcp 40 [0 0 0 0] [0:0 1:0 32 0] [0 0] 0 0s _0_ RTR 1 tcp 60 [0 0 0 0] [0:0 1:0 32 0] [0 0] 0 0r _1_ AGT 1 tcp 60 [13a 1 0 800] [0:0 1:0 32 0] [0 0] 1 0s _1_ AGT 1 ack 40 [0 0 0 0] [0:0 1:0 32 0] [0 0] 0 0……無線Trace文件的記錄每條共有21欄，各欄表示的意義如下：（1）事件類型：共有四種事件類型，分別為： s：分組的發(fā)送事件； r：分組的接收事件； d：分組的丟棄事件； f：分組的轉(zhuǎn)發(fā)事件。（56）“”為分隔符。（10）發(fā)送節(jié)點(diǎn)在無線信道上發(fā)送該分組所期望的時(shí)間值。（1517）“”為分隔符。 數(shù)據(jù)分析工具gawk（1）gawk簡(jiǎn)介：awk是一種程序語言，對(duì)于資料的處理具有很強(qiáng)的功能，可以是用很短的代碼輕易的完成對(duì)文本檔案作修改、分析、提高和比較等處理。gawk的主要功能是針對(duì)Trace文件的每一條記錄搜尋指定的模式（Patterns）。如果程序較長(zhǎng)，一般將gawk程序存為一個(gè)文件，即Patterns與actions寫在一個(gè)文件名為programfile的文件里，執(zhí)行格式如下：$gawk –f programfile inputfile1,inputfile2…… 繪圖工具gnuplot(1)gnuplot簡(jiǎn)介：gnuplot是由Colin Kelly和Thomas Williams于1986年開始開發(fā)的科學(xué)繪圖工具，支持二維和三維圖形。 節(jié)點(diǎn)為70的運(yùn)行場(chǎng)景 節(jié)點(diǎn)移動(dòng)最大速度為16m/s的運(yùn)行場(chǎng)景 仿真結(jié)果分析（1）路由協(xié)議定性比較，可以看出3種路由協(xié)議均屬平面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在路徑選擇上也都采用最短路徑策略。用gnuplot對(duì)所得的數(shù)據(jù)畫圖，得AODV、DSR、DSDV的分組數(shù)據(jù)的端到端平均時(shí)延、丟包率、平均吞吐量和網(wǎng)絡(luò)路由開銷性能曲線圖。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷增大時(shí)，三種路由協(xié)議的性能均有不同程度的下降。 仿真結(jié)果比較圖表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議DSDV按需驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議丟包率低高平均時(shí)延低高吞吐量低高路由開銷高低 mobility_rate delay mobility_rate loss_rate mobility_rate throughput mobility_rate routecost按需路由協(xié)議只有在需要一條路徑時(shí)才開始建立，如果節(jié)點(diǎn)在發(fā)送分組時(shí)沒有到目的節(jié)點(diǎn)的路由時(shí)，需要啟動(dòng)相應(yīng)的路由發(fā)現(xiàn)機(jī)制搜尋路由，這樣將會(huì)產(chǎn)生一定的時(shí)延，并且當(dāng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度增加，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)占用大量的無線信道資源，從而必然降低協(xié)議的效率，增大協(xié)議的掉包率、具有較大的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延；而對(duì)于DSDV協(xié)議來講，當(dāng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度的增加，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓兛欤雽?shí)時(shí)維護(hù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)需要大量的控制信息，這些控制信息同樣將會(huì)占用大量的無線信道資源，從而影響用戶數(shù)據(jù)報(bào)文的發(fā)送，降低了系統(tǒng)吞吐量。移動(dòng)自組網(wǎng)作為移動(dòng)計(jì)算的一種特殊形式，具有其它網(wǎng)絡(luò)所不可替代的地位。對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析和性能評(píng)價(jià)，為路由協(xié)議的廣泛應(yīng)用提供了重要的依據(jù)。由仿真的結(jié)果可見，各路由協(xié)議還存在缺陷，因此下一步研究工作可以繼續(xù)深入研究各種路由協(xié)議，對(duì)各路由協(xié)議進(jìn)行改，或綜合利用各路由協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)出另一種繼承了各種路由協(xié)議優(yōu)點(diǎn)的新協(xié)議，使得這種新協(xié)議能夠在不同的場(chǎng)合都能具有較好的性能。其次我要衷心感謝我的指導(dǎo)老師陳偉宏老師。最后，我還要特別感謝紅聯(lián)Linux論壇和百思論壇NS2板塊的網(wǎng)友們，他們?cè)谖襆inux使用以及NS2軟件的學(xué)習(xí)過程和仿真代碼的編寫過程中提供了大量的幫助，對(duì)他們的無私幫助，我深表感謝。 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