【正文】 從畢業(yè)設(shè)計(jì)選題到畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成，陳老師都提出了很多中肯的意見，使我受益匪淺。 當(dāng)節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)流量不大時(shí)， DSR 路由協(xié)議的綜合性能比較好；而當(dāng)數(shù)據(jù)流量變大時(shí) ，DSDV 路由各項(xiàng)性能指標(biāo)具有一定優(yōu)勢(shì)，適合傳輸節(jié)點(diǎn)規(guī)模大、負(fù)載流 量大的業(yè)務(wù)。 在拓?fù)渥兓l繁的 無(wú)線自組 網(wǎng)環(huán)境中，采用按需路由協(xié)議 可減少實(shí)時(shí)路由維護(hù)的信道資源消耗 ；在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境中，如果業(yè)務(wù)對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高時(shí)，應(yīng)盡量采用表驅(qū)動(dòng)方式的路由協(xié)議 。 圖 node delay 圖 node loss_rate 圖 node thrughput 圖 node routecost 24 由仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小時(shí)， DSR 的綜合性能表現(xiàn)最好。 （ 2） gnuplot 執(zhí)行方法： 在終端下鍵入 gnuplot 后回車，即可啟動(dòng) gnuplot。 gawk 是 GUN 所開發(fā)的 awk，最初在 1986 年完成，之后不斷地被改進(jìn)、更新。 （ 12）發(fā)送節(jié)點(diǎn)的 MAC 地址。 （ 3）處理該事件節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn) ID。 （ 1） nam 簡(jiǎn)介 nam最初在 1990 年由 Steven McCanne 開發(fā)，用于在網(wǎng)絡(luò)研究中利用動(dòng)畫演示包的傳輸過程。 移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可以在一個(gè)三維拓?fù)渲羞\(yùn)動(dòng)，然而實(shí)際上第三維（ Z 軸）并沒有被使用。 5 無(wú)線自組網(wǎng)路由協(xié)議的仿真 移動(dòng)節(jié)點(diǎn) 15 無(wú)線模型的核心是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，它代 表實(shí)際無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的站點(diǎn)。這樣鏈路根據(jù)相鄰兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的高度值來確定向上或向下的方向。當(dāng)源節(jié)點(diǎn) S 向目的節(jié)點(diǎn) D 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它首先檢查緩存是否存 在未過期的到目的節(jié)點(diǎn)的路由，如果存在，則直接使用可用的路由，否則啟動(dòng)路由發(fā)現(xiàn)過程。然后該節(jié)點(diǎn)將沿著反向路由發(fā)回一個(gè) RREP， RREP 到達(dá)源節(jié)點(diǎn)后路由發(fā)現(xiàn)過程結(jié)束。路由表表項(xiàng)包括目的節(jié)點(diǎn)、跳數(shù)和一個(gè)由目的節(jié)點(diǎn)注明的序列號(hào)，序列號(hào)能幫助節(jié)點(diǎn)區(qū)分有效和過期的路由信息，并可防止路由環(huán)路的發(fā)生。在這種協(xié)議中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)試圖維護(hù)到所有已知目的節(jié)點(diǎn)的路由表，節(jié)點(diǎn)之間周期性或在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓淖儠r(shí)交換路由信息，由此減少了獲得路由延時(shí)，能夠立即判斷目的節(jié)點(diǎn)的可達(dá)性，但是耗費(fèi)了網(wǎng)絡(luò)資源。 （ 2） Tcl/OTcl 模擬代碼編寫：這是 NS2 模擬中最重要和必不可少的環(huán)節(jié)，大部分 NS2 的模擬工作實(shí)際就是編寫 Tcl 腳本代碼來描述網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件屬性和控制調(diào)度網(wǎng)絡(luò)模擬事件的啟停過程。 Agent 類是各種 UDP/TCP 實(shí)現(xiàn)類的基類，代理被保存在一個(gè)稱為 demux 的鏈表中。它有一個(gè)靜態(tài)成員變量 instance，供所有的類訪問同一個(gè)調(diào)度器，提供函數(shù)產(chǎn)生新事件，指定事件發(fā)生的時(shí)間。 容易引發(fā)較多問題，相關(guān)幫助文檔及可咨詢信息較少，解決問題難度較大。另外， NS2 也可以在 Windows 平臺(tái)上運(yùn)行。它們之間采用 TclCL 進(jìn)行自動(dòng)連接和映射。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。 （ 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)。 圖 無(wú)線自組網(wǎng)體系結(jié)構(gòu) 7 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)。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(wú)線通信技術(shù)，并且傳感器的發(fā)射功率很小。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)。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。 （ 3） 認(rèn)識(shí)和熟悉 NS2 網(wǎng)絡(luò)模擬器，熟悉 Tcl/OTcl 編程語(yǔ)言。目前已有很多研究機(jī)構(gòu)加入到了無(wú)線自組網(wǎng)技術(shù)的研究中，如美國(guó)加州大學(xué)克魯茲分校 教授領(lǐng)導(dǎo)的“計(jì)算機(jī)通信研究小組”；美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所“無(wú)線通信技 術(shù)小組”； IETF 也專門成立了 MANET 工作組，負(fù)責(zé)無(wú)線自組網(wǎng) 的路由協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化工作 [12]。這些技術(shù)的出現(xiàn)，極大 地 方便了人們的生活，同時(shí)也推動(dòng)了無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展。 關(guān)鍵詞 ： 無(wú)線自組網(wǎng)；路由協(xié)議；仿真； NS2；性能分析 2 Research and Simulation of the Ad Hoc Routing Protocol Based on NS2 LI Congying (2020 Year Student of the Information Management and Information System Dept. Hunan City University, Yiyang, Hunan, 413000, China) Abstract: Ad Hoc is a multihop, temporary, free mobile work with no doesn‘t need existed infrastructure to support and it is constructed rapidly at anytime and particularity of Ad Hoc determines the specificity and importance of Routing Protocol. So we should design professional routing protocols and algorithms for Ad Hoc. This article researches the architecture and stratification of Ad Hoc , and then analyzes the routing protocol. By parison, select the monly used tabledriven routing protocol DSDV and ondemand driven routing protocol AODV and DSR for the study, use the work simulator NS2 to simulate. The delay, loss rate and throughput are selected as parameters to analyze the routing protocols and we evaluate their performance. The results show that when nodes and data trafiics are not large, the overall performance of DSR is the best。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。 本文 研究 了 無(wú)線自組網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu) 和分層情況，然后 分析其路由協(xié)議。 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(duì)移動(dòng)通信的需求越來越強(qiáng)。對(duì)該領(lǐng)域進(jìn)行深入而廣泛的研究將為無(wú)線自組 網(wǎng) 的應(yīng)用提供重要科學(xué)依據(jù)。目前對(duì)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(duì)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(diǎn)不斷增加和節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度不斷增加 兩種 情況下 的性能。由于組網(wǎng)快速、靈活、使用方便，目前 無(wú)線自組網(wǎng) 已經(jīng)得到了國(guó)際學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注， 其應(yīng)用也越來越廣泛 ，已經(jīng)成為移動(dòng)通信技術(shù)向前發(fā)展的一個(gè)重要方向，將在未來的通信技術(shù)中占據(jù)重要地位。 （ 2） 動(dòng)態(tài)拓?fù)洌杭淳W(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)可以任意移動(dòng)，并且可以隨時(shí)關(guān)閉電臺(tái) 。因其特有的無(wú)需架設(shè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、可快速展開、抗毀性強(qiáng)等特點(diǎn)， 無(wú)線自組 網(wǎng)是 數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)通信的首選技術(shù)。 （ 5）其他應(yīng)用：可應(yīng)用于緊急和突發(fā)場(chǎng)合，如在發(fā)生了地震、水災(zāi)、火災(zāi)或遭受其它災(zāi)難后，固定的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施無(wú)法正常工作的情況下組建無(wú)線自組網(wǎng)。 （ 3）網(wǎng)絡(luò)層： 網(wǎng) 絡(luò)層負(fù)責(zé)分組的路由，建立網(wǎng)絡(luò)服務(wù)類型以及在傳輸與鏈路層之間傳輸分組。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(dāng)前和未來網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的交互行為。 NS2 使用一整套 C++類庫(kù)實(shí)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(shí)例就可以搭建起整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的模型。網(wǎng)絡(luò)組件模擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或節(jié)點(diǎn)的通信，它們通過制定模擬場(chǎng)景和模擬進(jìn)程，交換特定的 分組來模擬真實(shí)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。 未安裝 Cygwin 時(shí)只可用 from all the pieces 方式安裝，較為復(fù)雜。 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。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)。 NS2 模擬基本流程 圖 NS2 進(jìn)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(jìn)行網(wǎng)絡(luò)模擬的基本操作流程如圖 所示。 因此，無(wú)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。 DSDV 以路由信息協(xié)議為基礎(chǔ)。 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(yīng)式路由協(xié)議?；顒?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]。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。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（ ）。 圖 移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖 移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的創(chuàng)建 （ 1）移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的配置：在 NS2 中，要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，就必須在創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)之前對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行配置。 （ 1）移動(dòng)范圍： set topo [new Topography] 創(chuàng)建拓?fù)鋵?duì)象 ，在節(jié)點(diǎn)設(shè)置時(shí)使用它來進(jìn)行配 置 $topo load_flatgrid 1000 1000 設(shè)定一個(gè) 1000x1000 的屏幕 （ 2）創(chuàng)建 God 對(duì)象， God（ General operations director） 對(duì)象是一個(gè)存儲(chǔ)關(guān)于環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)或者節(jié)點(diǎn)狀態(tài)等全局信息的對(duì)象： set god_ [create – god $val(nn)] $val(nn)仿真節(jié)點(diǎn)號(hào) 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(gè) Agent/TCP 對(duì)象，作為分組的發(fā)送器； 步驟二：設(shè)置 Agent/TCP 對(duì)象的部分內(nèi)部變量； 步驟三：創(chuàng)建一個(gè) Agent/TCPSink 對(duì)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。 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。 （ 9）分組大小，單位為字節(jié)。 （ 21）源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)。 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。 （ 2） 仿真結(jié)果分析 運(yùn)行 TCL 仿真腳本 ， 得到相應(yīng)的 trace 文件，然后用編寫的 gawk 程序?qū)?trace文件進(jìn)行分析 計(jì)算 ， 得出相應(yīng)的數(shù)據(jù) ，反復(fù)運(yùn)行計(jì)算 20 次，求出各項(xiàng)的平均值 。 ② “ 移動(dòng)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 。同時(shí)介紹了一款免費(fèi)的仿真軟件 NS2，詳細(xì)闡述了 版本的使用方法，選取了時(shí)延、丟包率、吞吐26 量等作為參數(shù)，選取 tcp 流為業(yè)務(wù)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(diǎn)不斷增加和節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度不斷增加的情況下的性能。