【文章內容簡介】 需要把節(jié)點資源整合起來，實現一個可靠和健壯的網絡，基于這種想法，文獻 [35]提出了一種結合分布式源編碼和網絡編碼的優(yōu)化算法，目的是用來提高傳感器網絡的容錯性和可靠性，同時對分布式源編碼的壓縮效率和魯棒性進行了折中考慮。 Katti等提出的基于機會的網絡編碼方法（ COPE）首次研究了網絡編碼在無線環(huán)境協(xié)議層面上的具體實現問題。在 COPE 協(xié)議中，每個節(jié)點對傳輸媒體進行偵聽，獲得它的鄰居節(jié)點的狀態(tài)信息，決定進行編碼的機會，并在本地的 FIFO緩存結構內進行編碼，然后進行基 于機會的路由。 COPE 協(xié)議要求每個節(jié)點利用本地信息各自決定哪些數據包需要進行編碼以及如何進行編碼。靈活的設計使得即使在網絡交通需求未知或者網絡流量劇增、或者發(fā)送 /接收方動態(tài)變化的情況下， COPE協(xié)議仍能有效的支持多路單播流。然而該協(xié)議需要節(jié)點存儲數據包并進行編碼，如果網絡出現擁塞，可能就會耗費較多的節(jié)點存儲空間。另外，文件共享是無線網狀網的一種典型應用，為了評估網絡編碼對該應用的影響， Hamra 等 [64]在理想化MAC協(xié)議基礎上開發(fā)了特定的仿真平臺，分別比較了服務時間等性能在節(jié)點個數、盲轉發(fā)（ Blind Forwarding）和選擇性轉發(fā)（ Selective Forwarding）情況下的表現。實驗結果表明應用網絡編碼得到的改進雖然不如在有線網絡中顯著，但仍能在很大程度上提高吞吐量、縮短服務時間。 隨機線性網絡編碼的數據分發(fā) 隨機線性網絡編碼方法的核心思想是利用節(jié)點的運算能力，在發(fā)送節(jié)點線性編碼組合不同的信息包，在接收節(jié)點獲得足夠的線性編碼組合后，通過運算得到原始信息包，其可用性推廣了網絡編碼理論的應用范圍。 應用網絡編碼的理論成果， Gkantsidis 等給出了基于隨機網絡編碼的數據分發(fā)系統(tǒng)的原理 模型（或稱概念模型），如圖 所示。假設 Server 節(jié)點（存放原始文件的服務器）需分發(fā)某文件給 Peer A，首先 Server將該文件分割成 n 個文件塊（ Block），即 B1， B2， B3.....Bn，如果使用網絡編碼，則 Server 節(jié)點從有限域中選擇 n 個 系 數 C11,C12.....C1n 構成編碼向量（ Encoding Vector)c1 =[C11,C12.....C1n ]，并利用該向量對分割后的文件塊進行有限域中的線性運算。隨 后， Server 節(jié)點將運算后的編碼信息 E1 = B1 c 11+ B2 c12 + ....+ Bn c1n，分發(fā)中北大學 2022 屆畢業(yè)設計說明書 第 14 頁 共 57 頁 給 Peer A 圖 基于隨機線性網絡編碼的數據分發(fā)系統(tǒng)的原理模型 假設 Peer A 又下載了另外一個編碼信息塊 E2= B1 c 21+ B2 c22 + ....+ Bn c2n，該信息來自 Server 節(jié)點或其它鄰居節(jié)點，當 Peer B 對 PeerA 發(fā)出下載請求時，PeerA 按照上述同樣的方式在有限域中選擇系數 c 1 , c 2，并對當前緩存的編碼信息塊 E1和 E2進行線性組合，將運算結果 E 39。 = E 1c1 + E2 c2分發(fā)給 Peer B。如果下游節(jié)點向 Peer B 請求數據包，則 Peer B按照同樣的規(guī)則將編碼后的數據信息分發(fā)給下游節(jié)點。對 Peer B收到的 E 39。而言，其對應的編碼向量為 c1 c1 + c2 c2。 可見，采用網絡編碼，節(jié)點之間不再傳輸原始的文件塊，而是編碼信息（塊）。 當某 Peer 接收到 n 個已編碼信息 E1 ,E2... ,En后，則有： ????????????????????????????????????????????????????nnnnnnnnn BBBCBBBcccccccccEEE. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. . ... .. .. .. .. .. .212121222211121121 公式 () 如果公式 的系統(tǒng)轉移 矩陣 C 滿秩，即各編碼向量之間線性獨立，則能通過求解矩陣方程 [B1,B1.....Bn ]=C1[E1,E2.....En ]T 譯出各原始文件塊B1,B1.....Bn ，并恢復出原始文件。由于采用隨機網絡編碼總能保證矩陣 C以接近1的概率滿秩，基于隨機網絡編碼和圖 所示的原理模型，文獻 [25]構建了一種網絡編碼數據分發(fā)的原型系統(tǒng)： Avalanche。在 Avalanche 系統(tǒng)中，節(jié)點之間傳輸的信息是按照上述原理對原始文件塊執(zhí)行隨機網絡編碼操作后的編碼信息。Avalanche 能克服基于存儲和轉發(fā)的 數據分發(fā)系統(tǒng)（如 BitTorrent 等）的缺陷和不足，可以顯著減少節(jié)點平均下載時間，進一步提升數據分發(fā)系統(tǒng)的傳輸性能。 中北大學 2022 屆畢業(yè)設計說明書 第 15 頁 共 57 頁 3 NS2 仿真平臺 NS2 簡介 NS2，即 Network Simulator Version 2，是面向對象的、離散事件驅動的網絡環(huán)境模擬器，主要用于解決網絡研究方面的問題。 NS2提供了在無線或有線網絡上的 TCP、 路由、多播等多種協(xié)議的模擬。 NS2— 晝以來都在吸收全世界各地研究人員的成果，包括 UCB、 CMU 笏大學和 SUN 等公司的無線網絡方面的代碼。 NS2 足一個面向對象的網絡 桟擬工具，對以完整地模擬整個網絡壞境。 NS2 使用一整套C++類庫實現了大多數常見的網絡協(xié)議以及鏈路層模型，利用這些類的實例可以搭建起整個網絡的模型，而且包括具體的細節(jié)實現。 NS2使用兩種編程語言， OTcl（具有面向對象特性的 Tcl腳本程序設計語言）和 C++，它底層的模擬引擎主要由 C++編寫，同時利用麻省理工學院的面向對象的工具命令語言 OTcl 作為模擬時的命令和配置接口語言。 一 方面，由于 C++程序運行速度快，并且可以設計精確、復雜的算法，可以用于模擬各種網絡協(xié)議 ， 適合于底層的實現。另一方面，具有面向對象特性 的 Tcl 腳本語言通過調用引擎中各類的屬性、方法定義網絡的拓撲 ， 配置數據源，目的端 ， 建立連接，產生所有事件的時刻表，運行并跟蹤模擬結果，還可以對結果進行相應的統(tǒng)計處理或制圖，方便網絡研究者在短時間內快速地開發(fā)和模擬出所需要的網絡壞境。 C++和 OTcl兩種語言的對象和變量是通過 TclCL關聯(lián)起來的， C++的類和對象為編譯類和編譯對象，而 OTcl 的類和對象為解釋類和解釋對象， TclCL 是在 OTcl基礎上的封裝。圖 NS2架構圖 ， 描述了 Tcl、 OTcl和 TclCL之間的關系。 圖 NS2 構架圖 中北大學 2022 屆畢業(yè)設計說明書 第 16 頁 共 57 頁 NS2 的特點 抽象 NS 模擬器在設計上能夠滿足網絡研究界在模擬方面的多種需。抽象 NS 具備不同程度的抽象級別，不僅可以對細節(jié)進行模擬，也對以對不同層次的總體框架進行模擬。 仿真 NS提供了更加接近真實網絡的仿真環(huán)境，這是其他仿真軟件所不具備的。 場景生成 NS 中自帶了流最場景生成文件和運動場景 cbrgen 生成文件 setdest， 讓使用更加方便，當然也支持用戶按照自己的實際需要編寫場景及運動文件腳本。 可 視 化 通過其中的網絡動畫工具 Nam,以動畫的方式實現網絡仿真的全過程，讓整個 運動過 程一目了然。 可 擴 充 性 可擴充性表現在可以方便的添加新協(xié)議，讓使用范圍更加廣泛。 NS2 仿真一般流程 進行網絡仿真前，首先分析仿真涉及哪個層次， NS 仿真分兩個層次：一個是基于 OTcl編程的層次。利用 NS已有的網絡元素實現仿真，無需修改 NS本身 , 只需編寫 OTcl 腳本。另一個是基于 C++和 OTcl 編程的層次。如果 NS 中沒有所需的網絡元素，則需要對 NS 進行擴展，添加所需網絡元素，即添加新的 C++和 OTcl類，編寫新的 OTcl 腳木 。 假設用戶已經完成了對 NS的擴展，或者 NS所包含的構件已經滿足了 要求， 那么進打一次仿真的步驟大致如下： 開始編寫 OTcl 腳本。首先配置模擬網絡拓撲結構，此時可以確定鏈路的基本特性，如延遲、帶寬和丟失策略等。 建立協(xié)議代理，包栝端設備的協(xié)議綁定和通信業(yè)務量模型的建立。 配置業(yè)務量模型的參數，從而確定網絡上的業(yè)務量分布。 設置 Trace 對象。 NS 通過 Trace 文件來保存整個模擬過程。仿真完后 , 用中北大學 2022 屆畢業(yè)設計說明書 第 17 頁 共 57 頁 戶可以對 Trace文件進行分析研究。 編寫其他的輔助過程，設定模擬結束時間，至此 OTcl腳本編寫完成。 用 NS解釋執(zhí)行剛才編寫的 OTcl 腳本。 對 Trace 文件進行分析，得出有用的數據。 調整配置拓撲結構和業(yè)務量模型，重新進行上述模擬過程。 下面是仿真的流程圖： 圖 NS2進行仿真的基本流程圖 NS2 仿真的基本組件和使用 節(jié)點的結構和配置 無線網絡中的節(jié)點是可移動的節(jié)點，擁有很多屬性，如果使用 NS研究無線網絡需要在無線節(jié)點創(chuàng)建之前對節(jié)點的各項屬性進行配置。 節(jié)點的屬性配置使用 Simulator 類的 noedconfig{} 方法，該方法采用可變的模塊化結構，以實現不同類型的節(jié)點在相同的節(jié)點基類下定義。配置好屬性以后 再創(chuàng)建節(jié)點，這是創(chuàng)建節(jié)點的基本方式，如需創(chuàng)建不同的節(jié)點則重新配置屬性以后再創(chuàng)建。下面是使用 nodeconfig{} 配置一個節(jié)點屬性的例子。 set ns [new Simulator] 建立一個模擬實例 set topo [new Topography] 建立一個拓撲圖對象 配置無線節(jié)點 中北大學 2022 屆畢業(yè)設計說明書 第 18 頁 共 57 頁 $ns nodeconfig adhocRouting AODV \ 無線路由協(xié)議是 AODV協(xié)議 llType LL \ 邏輯鏈路層類型是 LL層 macType Mac/ \ MAC層協(xié)議采用 ifqType Queue/DropTail/PriQueue \接口隊列類型是 IFQ隊列 ifqLen 50 \ 網絡接口隊列的大小是 50 antType Antenna/QmniAntenna \ 天線模型是全向天線 propType Propagation/TwoRayGround \ 無線傳輸模型是TwoRayGround phyType Phy/WirelessPhy \ 網絡接口類型是無線物理層 channel Channel/WirelessChannel \ 物理信道類型無線信道 topoInstance $topo \ 設置拓撲實例 agentTrace ON \ 開啟代理層 trace routerTrace ON \ 開啟路由層 trace macTrace OFF \ 關閉 mac 層的 trace movementTrace OFF 關閉移動節(jié)點的移動記錄 設置完節(jié)點的屬性之后，使用 nodecongfig{} 方法的 reset 選項可以將節(jié)點的所有屬性的參數值設置為默認值： $ns nodeconfig reset 數據流生成工具 cbrgen NS2自帶有交通場景生成器，名稱為 。數據流生成工具 cbrgen 用來生成傳輸負載，可以產生移動節(jié)點之間的 TCP 流和 CBR 流。該工具所在的目錄為 ~ns/indeputils/cmuscengen/，使用方法如下： ns [type cbr/tcp] [nn nodes] [seed seed] [mc connections] [rate rate] 其中各種參數的含義如下： type：選擇 tcp表示生成 tcp流，選擇 cbr表示生成 cbr流； nn： nodes 表示節(jié)點數目； seed： seed 表示指定隨機種子； 中北大學 2022 屆畢業(yè)設計說明書 第 19 頁 共 57 頁 mc： connections 表示節(jié)點間的最大連接數； rate： rate 表示每個連接間的數據流的速率； 在使用 cbrgen 設置節(jié)點數 n時，節(jié)點的編號是從 node_(1)到 node_(n)。 拓撲運動場景生成工具 setdest 拓撲運動場景生成工具 setdest是用來隨機生成無線網所需的節(jié)點運動場景，也即一定數量的節(jié)點在某一固定大小的矩形區(qū)