【正文】 22 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 28 頁(yè) 共 57 頁(yè) 4 仿真實(shí)現(xiàn) 設(shè)計(jì)與建立機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)仿真模型 了解機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涮攸c(diǎn)及 NS2 仿真平臺(tái)的功能后，經(jīng)過(guò)一番選擇，在 NS2仿真平臺(tái)下建立如下的機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ?，各參?shù)如 下表 表 機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ蛥?shù) 無(wú)線節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù) 10個(gè) 節(jié)點(diǎn)顯示大小 40 仿真拓?fù)鋱?chǎng)景大小 500m 500m 數(shù)據(jù)流類型 cbr cbr分組的大小 512字節(jié) 每秒發(fā)送分組個(gè)數(shù) 4 場(chǎng)景最大數(shù)據(jù)流連接數(shù) 5 節(jié)點(diǎn)隨機(jī)移動(dòng)最大速度 20m/s 節(jié)點(diǎn)停留時(shí)間 0s 仿真模型持續(xù)時(shí)間 100s 編寫仿真模型腳本代碼 選好機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)模型和路由協(xié)議后，就可以按照 ns2 仿真平臺(tái)的知識(shí)來(lái)編寫腳本代碼了。 gawk程序是由很多的 Pattern與 Action 所組成， Action卸載大括號(hào) {}里面，一個(gè) pattern后面就跟著一個(gè) Action，整個(gè) gawk程式的結(jié)構(gòu)如下： Pattern（ 1） { Action（ 1） } Pattern（ 2） { Action（ 2） } ...................... Pattern（ n） { Action（ n） } 當(dāng)讀取一條記錄時(shí)，該記錄會(huì)經(jīng)過(guò)程序中所有 Pattern 的審查，如果滿足某一個(gè) Pattern，就執(zhí)行該 Pattern后面的 Action。 中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 25 頁(yè) 共 57 頁(yè) Trace 文件分析處理 gawk 處理文檔的過(guò)程 gawk 是一種對(duì)文檔資料具有很強(qiáng)處理能力的程序語(yǔ)言，簡(jiǎn)短的幾句代碼就可以完成對(duì)文檔的修改、對(duì)比、抽取，相對(duì)其他的語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，其對(duì)文檔資料的處理方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。 中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 24 頁(yè) 共 57 頁(yè) 性能參數(shù)分析模型 傳輸時(shí)延 網(wǎng)絡(luò)的傳輸時(shí)延 D（ EndtoEnd Delay）定義為源節(jié)點(diǎn)發(fā)送出一個(gè)分組到目的節(jié)點(diǎn)接收到該分組之間的時(shí)間差，它包括電（或光）信號(hào)在物理介質(zhì)中的傳播延時(shí)和數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的處理延時(shí)，也即指網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸所用的時(shí)間。 (4) Layer：發(fā)生事件所在的層。 （ 8） Fid： IPv6 定義的流標(biāo)示符。 Trace文件包含了很多有用的可供分析的數(shù)據(jù)，我們需要從中篩選出我們關(guān)注的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。 cbrgen和 setdest產(chǎn)生的文件均可以采用 source命令加入另一個(gè) Otcl腳本中，注意產(chǎn)生的文件用到了諸如 node_數(shù)組變量和 god_變量，需要在 Otcl腳本中預(yù)先建立。下面是使用 nodeconfig{} 配置一個(gè)節(jié)點(diǎn)屬性的例子。仿真完后 , 用中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 17 頁(yè) 共 57 頁(yè) 戶可以對(duì) Trace文件進(jìn)行分析研究。另一個(gè)是基于 C++和 OTcl 編程的層次。 圖 NS2 構(gòu)架圖 中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 16 頁(yè) 共 57 頁(yè) NS2 的特點(diǎn) 抽象 NS 模擬器在設(shè)計(jì)上能夠滿足網(wǎng)絡(luò)研究界在模擬方面的多種需。 NS2— 晝以來(lái)都在吸收全世界各地研究人員的成果，包括 UCB、 CMU 笏大學(xué)和 SUN 等公司的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)方面的代碼。而言，其對(duì)應(yīng)的編碼向量為 c1 c1 + c2 c2。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)編碼得到的改進(jìn)雖然不如在有線網(wǎng)絡(luò)中顯著，但仍能在很大程度上提高吞吐量、縮短服務(wù)時(shí)間。麻省理工學(xué)院的 Petrovic 等人提出了一種結(jié)合網(wǎng)絡(luò)編碼的對(duì)無(wú)線信號(hào)不進(jìn)行調(diào)制的策略 [23]，并證明：運(yùn)用分布式隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼，未經(jīng)調(diào)制的無(wú)線信號(hào)能夠達(dá)到與經(jīng)過(guò)調(diào)制的無(wú)線信號(hào)一樣的吞吐中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 13 頁(yè) 共 57 頁(yè) 量，這樣就能節(jié)省大量因?yàn)槟M器件進(jìn)行 調(diào)制而消耗的能量和降低節(jié)點(diǎn)的成本。采用隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼，即使部分網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或鏈路失效，最終在目的節(jié)點(diǎn)仍然能恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，從而增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)性和魯棒性。而且，應(yīng)用層組播利用的覆蓋中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 12 頁(yè) 共 57 頁(yè) 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇梢园葱枳兓?，這也恰好可以利用網(wǎng)絡(luò)編碼對(duì)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。 數(shù)據(jù)分發(fā) 網(wǎng)絡(luò)編碼最直接的應(yīng)用就是數(shù)據(jù)分發(fā)，尤其是大范圍的數(shù)據(jù)分發(fā)。最后，在 信宿節(jié)點(diǎn)，通過(guò)逆過(guò)程的操作（譯碼），即可譯出信源發(fā)出的原始信息。 以一個(gè)簡(jiǎn)單的具代表性的蝴蝶網(wǎng)絡(luò)來(lái)描述網(wǎng)絡(luò)編碼的思想，一下均假設(shè)每條鏈路單位時(shí)間只能傳輸單位 bit的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信息量。 網(wǎng)絡(luò)編碼的概念思想 在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，結(jié)點(diǎn)僅對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)，難以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)淖畲笸掏铝亢蛶?利用率，若數(shù)據(jù)傳輸路徑出現(xiàn)瓶頸鏈路，則網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸性能將受限于瓶頸鏈路。； 2)節(jié)點(diǎn)異構(gòu)性 :某些節(jié)點(diǎn)能夠到達(dá)所有位置，遇到所有其他節(jié)點(diǎn)； 3)行為時(shí)變性 :節(jié)點(diǎn)移動(dòng)隨著時(shí)間變化。 基于統(tǒng)計(jì)的實(shí)際移動(dòng)模型 除了從理論來(lái)推導(dǎo)以外，一些研究人員還利用統(tǒng)計(jì)方法，通過(guò)收集實(shí)際環(huán)境中節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)研究節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)特征。因此一般從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣嵌热シ治鲆苿?dòng)模型對(duì)協(xié)議性能的影響，如拓?fù)溥B通率、節(jié)點(diǎn)連通度等，而機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò) 中的移動(dòng)模型研究是以刻畫節(jié)點(diǎn)相遇特征為核心的。因此，無(wú)機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的無(wú)線通 信裝置一般采用時(shí)分雙工方式（ TDD）。 安全 機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)框架提供了一個(gè)可選的安全構(gòu)架，使用逐跳、端到端的授權(quán)和誠(chéng)信機(jī)制，主要的困難是如何對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制和如何轉(zhuǎn)發(fā)控制消息。 在特定的環(huán)境下，這種機(jī)制可以更好地利用資源，例如源節(jié)點(diǎn)可以將已經(jīng)投遞成功的束在緩存中釋放掉。 束層 為了實(shí)現(xiàn)“存儲(chǔ) 攜帶 轉(zhuǎn)發(fā)”的消息交換機(jī)制，機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)在節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用層和傳輸層之間插入了一個(gè)新的協(xié)議層 —— 束層。 圖 機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)示意圖 機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)的部分概念來(lái)源于早期的延遲容忍網(wǎng)絡(luò) DTN(delay tolerant work)[6] 研 究 。 本課題研究的內(nèi)容就是在仿真平臺(tái) NS2 下 設(shè)計(jì)并建立機(jī)會(huì)網(wǎng) 絡(luò)模型，理解網(wǎng)絡(luò)編碼的原理，在 NS2 中編程實(shí)現(xiàn)基于分簇的隨機(jī)線性網(wǎng)絡(luò)編碼數(shù)據(jù)分發(fā)的仿真并與一般的網(wǎng)絡(luò)編碼比較其網(wǎng)絡(luò)吞吐量和時(shí)延性能。國(guó)際知名大學(xué)、科研機(jī)構(gòu)和公司，如普林斯頓大學(xué)、麻省理工學(xué)院（ MIT）、貝爾實(shí)驗(yàn)室 （ Bell Lab）、 ATamp。 2022 年 , 等人基于網(wǎng)絡(luò)信息流的概念提出了網(wǎng)絡(luò)編碼的思想，通過(guò)允許中間節(jié)點(diǎn)既實(shí)現(xiàn)路由功能又實(shí)現(xiàn)編碼功能，達(dá)到組播的最大流量 [2]。為了適應(yīng)不同的應(yīng)用 需求 ,各具特色的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷涌現(xiàn) ,包括無(wú)線個(gè)域網(wǎng) (如 )、無(wú)線局域網(wǎng) (如)、無(wú)線城域網(wǎng) (如 、 )、無(wú)線移動(dòng)廣域網(wǎng) (如2G、 3G)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，以及無(wú)線自組織 (Ad Hoc)網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) (Wireless Sensor Network,WSN)等等。目前 ,移動(dòng)通信的快速發(fā)展使得移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)帶寬逐漸增大，移動(dòng)應(yīng)用不斷豐富，移動(dòng)終端的處理能力越來(lái)越強(qiáng)。因此，對(duì)機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)展開(kāi)研究將為正確理解機(jī)會(huì)中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 2 頁(yè) 共 57 頁(yè) 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn)提供可行性依據(jù)，有助于推進(jìn)現(xiàn)有關(guān)鍵技術(shù)的可擴(kuò)展性，并對(duì)提高機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸可靠性，探索節(jié)點(diǎn)移動(dòng)模型對(duì)機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)性能保障的影響，推動(dòng)相關(guān)技術(shù)的深入 研究有重要現(xiàn)實(shí)的意義。網(wǎng)絡(luò)編碼具有重要的理論價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景，其研究已經(jīng)引起了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注和高度重視。NS2是一個(gè)開(kāi)源的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件，可以再 windows/unix上運(yùn)行，且所有源代碼公開(kāi)，對(duì)于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的研究和擴(kuò)展非常方便。 圖 ， t1時(shí)刻源節(jié)點(diǎn) S希望將數(shù)據(jù)傳輸給目 標(biāo)節(jié)點(diǎn) D，但 S 和 D 位于不同的連通域而沒(méi)有通信路徑，因此， S 首先將數(shù)據(jù)打包成消息發(fā)送給鄰居節(jié)點(diǎn) 3，由于 3并沒(méi)有合適的機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)下一跳節(jié)點(diǎn)，它將消息在本地存儲(chǔ)并等待傳輸機(jī)會(huì)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間到達(dá) t2 時(shí)刻，節(jié)點(diǎn) 3運(yùn)動(dòng)到節(jié)點(diǎn) 4的通信范圍并轉(zhuǎn)發(fā)給節(jié)點(diǎn) 4，在 t3時(shí)刻，節(jié)點(diǎn) 4將消息傳輸給目標(biāo)節(jié)點(diǎn) D， 完成數(shù)據(jù)傳輸。該架構(gòu)非常靈活，既保證了各層的共性，又避免非法使用其他層。通過(guò)監(jiān)管傳送，可以保證端到端的可靠性。 服務(wù)分類 中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 6 頁(yè) 共 57 頁(yè) 按重要性不同，束層引入了三類服務(wù)： 大塊束（ bulk bundles），只需要較小的投入，當(dāng)有資源可用時(shí)就可以提供這種服務(wù)； 正常束（ normal class bundles），比大塊束優(yōu)先級(jí)要高，但比“加快束”（ expedited bundles）優(yōu)先級(jí)要低； 加快束，這類服務(wù)只是針對(duì)來(lái)自同一個(gè)端點(diǎn)的束而言，例如：當(dāng)大塊束與加快束來(lái)自不同的端點(diǎn)時(shí)，即使加快束比大塊束優(yōu)先級(jí)高，但大塊束仍有可能比加快 束先傳遞。 對(duì)等性 機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)可以直接互通，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都相同，無(wú)主從之分，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠支持邏輯上的自發(fā)自收，即節(jié)點(diǎn)直接的來(lái)去雙向鏈路都相同。傳統(tǒng)的MANET假設(shè)網(wǎng)絡(luò)是全連通的，節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)對(duì)路由層以上的協(xié)議是“屏蔽”的。文獻(xiàn) [10]推導(dǎo)出 RW模型下期望相遇間隔時(shí)間的分布也服從指數(shù)分布，而文獻(xiàn) [11]推導(dǎo)了 RD模型和 RWP模型下的期望相遇間隔時(shí) 間分布，并證明了 RWP和 RD模型下相遇時(shí)間和相遇間隔時(shí)間的尾部分布是無(wú)記憶的。該模型 下的節(jié)點(diǎn)并不是隨機(jī)選取移動(dòng)位置，而是考慮了 3種情況來(lái)決策下一步移動(dòng)位置： 1)節(jié)點(diǎn)偏好，節(jié)點(diǎn)比其他節(jié)點(diǎn)更傾向于去往某個(gè)特定位置或遇到特定節(jié)點(diǎn) 。例如，在集中移動(dòng)周期內(nèi)，節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)本地社區(qū)的概率較高。 網(wǎng)絡(luò)編碼的基本思想是使網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)不僅具有存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的功能，他們還能夠打若干個(gè)待轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼壓縮成一個(gè)數(shù)據(jù)包，然后轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的接收節(jié)點(diǎn)，并且以足夠大的概率保證它的接收節(jié)點(diǎn)能夠順利地解碼恢復(fù)出原始的數(shù)據(jù)中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 10 頁(yè) 共 57 頁(yè) 包，從而減少傳輸次數(shù)，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，降低網(wǎng)絡(luò)延遲。 圖 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 圖 普通的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā) 圖 運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)編碼 從上述實(shí)例可以看出，基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)分發(fā)的具體實(shí)施過(guò)程是：具備編碼條件的中間節(jié)點(diǎn)（比如該節(jié)點(diǎn)的入度至少為 2，如圖 W 就具備編碼條件，節(jié)點(diǎn) T， U 和 X 等則不具備編碼條件，只能執(zhí)行存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)操作）對(duì)接收到的數(shù)據(jù)信息按照一定方式的處理（編碼），然后傳輸給下一級(jí)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，收到信息的下一級(jí)節(jié)點(diǎn)如果具備編碼條件，又對(duì)其接收的信息按照同樣的方式進(jìn)行中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 11 頁(yè) 共 57 頁(yè) 處理和傳輸，如此反復(fù)，直到所有經(jīng)過(guò)處理后的信息都匯聚到信宿節(jié)點(diǎn)為止。目前，網(wǎng)絡(luò)編碼與覆蓋網(wǎng)絡(luò)（ Overlay Network）和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)（ Wireless Network）等相結(jié)合的研究取得了重要的進(jìn)展，被認(rèn)為是網(wǎng)絡(luò)編碼最有可能被首先應(yīng)用的領(lǐng)域。應(yīng)用層組播中的數(shù)據(jù)分發(fā)由客戶端主機(jī)實(shí)現(xiàn)的，端主機(jī)具有一定的計(jì)算能力，這為網(wǎng)絡(luò)編碼提供了良好的應(yīng)用環(huán)境。具體來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)編碼除了提升無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)吞吐量，還可以減少數(shù)據(jù)包的傳播次數(shù)，降低無(wú)線發(fā)送能耗。 相對(duì)于 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)密度較大，移動(dòng)性不強(qiáng)，通常運(yùn)行在無(wú)人值守的惡劣甚至危險(xiǎn)的遠(yuǎn)程環(huán)境中，能源無(wú)法替代，設(shè)計(jì)有效的策略延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期成為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心問(wèn)題。另外，文件共享是無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)的一種典型應(yīng)用，為了評(píng)估網(wǎng)絡(luò)編碼對(duì)該應(yīng)用的影響， Hamra 等 [64]在理想化MAC協(xié)議基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了特定的仿真平臺(tái)，分別比較了服務(wù)時(shí)間等性能在節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)、盲轉(zhuǎn)發(fā)（ Blind Forwarding）和選擇性轉(zhuǎn)發(fā)（ Selective Forwarding）情況下的表現(xiàn)。對(duì) Peer B收到的 E 39。 NS2提供了在無(wú)線或有線網(wǎng)絡(luò)上的 TCP、 路由、多播等多種協(xié)議的模擬。圖 NS2架構(gòu)圖 ， 描述了 Tcl、 OTcl和 TclCL之間的關(guān)系。利用 NS已有的網(wǎng)絡(luò)元素實(shí)現(xiàn)仿真，無(wú)需修改 NS本身 , 只需編寫 OTcl 腳本。 NS 通過(guò) Trace 文件來(lái)保存整個(gè)模擬過(guò)程。配置好屬性以后 再創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)，這是創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)的基本方式，如需創(chuàng)建不同的節(jié)點(diǎn)則重新配置屬性以后再創(chuàng)建。執(zhí)行 make命令生成可執(zhí)行文件以后，若沒(méi)有將 setdest命令添加到 linux系統(tǒng)環(huán)境變量中，則應(yīng)在使用 setdest中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 20 頁(yè) 共 57 頁(yè) 時(shí)需要指定路徑全稱或在 ~ns/indeputils/cmuscengen/setdest 目錄下使用，而且要在 setdest 前面加“ ./”。 Trace 文件 格式 Trace文件是在模擬過(guò)程中生成的記錄模擬每一個(gè)分組調(diào)度事件的文件，一次模擬生成的信息基本上全體現(xiàn)在 Trace文件中。 （ 7） Flags：標(biāo)志項(xiàng)。 (3) Node：事件發(fā)生的節(jié)點(diǎn) id。 (11) [IP Info]: IP 層的信息。 im，表示計(jì)算從第 m個(gè)分組到底 i個(gè)分組的吞吐量，特別的，若取 m=1 則是計(jì)算平均吞吐量。gawk依照此方式處理輸入檔案的每一條記錄知道輸入檔案結(jié)束。 options 可 以設(shè)定相關(guān)參數(shù)，包括繪圖的顏色、輸出圖形文件的格式、圖形的標(biāo)