【文章內容簡介】 一條由目的結點到達源結點的反向路由。在AODV中，當源結點移動時就會重新啟動路由發(fā)現(xiàn)過程，如果中間結點移動，該結點的鄰居結點就會發(fā)現(xiàn)與其相關的路徑失效，然后將相關失效信息向路徑中的上游節(jié)點反饋直至源結點收到該信息，源結點將據(jù)此判斷是否要再一次發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)過程。 本章小結本章主要是對Ad hoc網(wǎng)絡的概述介紹。首先介紹了Ad hoc網(wǎng)絡的形成與發(fā)展。知道了Ad hoc網(wǎng)絡是上世紀70年代由美國開始研究以應對軍事需要的產(chǎn)物。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，由于Ad hoc網(wǎng)絡的優(yōu)點，相關的研究越來越受到人們的重視，而關于Ad hoc網(wǎng)絡的研發(fā)目前主要處在仿真和實驗的階段。本章然后介紹了Ad hoc網(wǎng)絡的概念與特點。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。本章還重點介紹了Ad hoc網(wǎng)絡的路由協(xié)議。首先介紹了Ad hoc網(wǎng)絡路由協(xié)議的分類，可以分成兩大類：先驗式和反應式。先驗式網(wǎng)絡協(xié)議也稱為表驅動協(xié)議，每個移動結點會周期性發(fā)送一些路由信息，其他移動結點就根據(jù)收到的路由信息去修改本結點存儲的路由表，這一類主要有DSDV協(xié)議。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。這一類主要有DSR,AODV協(xié)議。DSDV協(xié)議是傳統(tǒng)距離向量算法的改進，網(wǎng)絡每個結點都維護（存儲與更新）一個路由表，具備由事件引發(fā)和由時間引發(fā)兩種特性，并提供兩種更新信息策略。DSR協(xié)議主要包含了路由發(fā)現(xiàn)和路由維護兩個部分，基于源路由的思想，只有在有需要傳送封包時才會去發(fā)現(xiàn)路徑，所以系統(tǒng)開銷較少。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。第三章 實驗平臺搭建 cygwin實驗環(huán)境由于本課題需要研究Ad hoc網(wǎng)絡的運行狀態(tài)，因此需要進行仿真實驗。在仿真實驗中，本課題實驗采用的是NS2仿真軟件，而這個軟件不能直接安裝在windows中，而需要安裝在unix環(huán)境之中，所以選擇了預先安裝cygwin軟件。Cygwin是一個類unix模擬環(huán)境，能夠在多個版本的window平臺上運行，是一個許多軟件的集合【4】。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。這種移植工作在大多數(shù)windows平臺上都表現(xiàn)較好，對目前較新的windows操作系統(tǒng)的支持則相對要差一些。Cygwin現(xiàn)在由Red Hat等負責維護，軟件中包含了一套gun開發(fā)工具集（比如gcc、gdb）【4】，此外還有部分unix系統(tǒng)中的常用程序。利用cygwin中的gun工具集來進行在windows平臺上的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)，或者需要學習unix/Linux操作環(huán)境以及從事某些特殊的開發(fā)工作來說都非常有用。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。Cygwin的安裝比較簡單，比較好的方法是采用網(wǎng)絡安裝的方式【1】。第一步是到cygwin軟件的官網(wǎng)（）下載一個“”軟件。如果windows操作系統(tǒng)為64位，則選擇“setupx86 ”這個下載文件。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。圖31 工具集和軟件包選擇界面。接下來就只需等待下載好各個安裝包并且程序自動安裝完成了。安裝cygwin環(huán)境的最后一步就是要修改windows系統(tǒng)中的環(huán)境變量設置，將軟件安裝路徑添加到PATH變量中之后，安裝過程順利結束。可以通過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。圖32 輸入gcc –v指令后所得界面 NS2仿真軟件 NS2仿真軟件簡介NS2軟件全稱是Network Simulator version 2，是一種針對網(wǎng)絡技術的免費的、源代碼公開的軟件模擬平臺，一個面對對象的網(wǎng)絡仿真器。從本質上講NS2就是一個離散事件模擬器【3】，利用NS2完成的所有仿真實驗都是由離散事件驅動的。NS2軟件經(jīng)過不斷發(fā)展，幾乎已經(jīng)涉及到了網(wǎng)絡技術的方方面面，它所能提供的實驗模塊非常豐富，這讓使用者利用NS2來研究開發(fā)網(wǎng)絡技術時會很方便，NS2軟件已經(jīng)成為了當前學術界普遍認可和實際應用的一種網(wǎng)絡模擬軟件。此外，在網(wǎng)絡技術教學中，NS2也被廣泛使用?，F(xiàn)在，無論在學術界還是教育界【13】,都有很多人在學習和使用著NS2仿真軟件。NS2采用C++和Otcl兩種語言進行開發(fā)，使用了分裂對象模型的開發(fā)機制【3】。NS2包含了仿真事件調度器，網(wǎng)絡構建模型庫和網(wǎng)絡組件對象庫等組件。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。此外NS2軟件也能被簡單地當做Otcl的腳本解釋器，研發(fā)人員只需要使用易于掌握的Otcl語言來編寫網(wǎng)絡拓撲代碼【3】，設定相應的結點、路由算法等等細節(jié)，就可以使用NS2進行網(wǎng)絡仿真實驗，NS2軟件在仿真過程中會設立一個trace文件，該文件中會詳細記錄網(wǎng)絡通信中發(fā)生的事件及其細節(jié)，以便研究者進行網(wǎng)絡技術研發(fā)。事實上，使用NS2并不需要對其內部機理有太多的了解，但是對于NS2的學習和掌握仍需要使用者花費很多精力，以便更好地使用NS2進行網(wǎng)絡仿真實驗。 NS2的安裝因為NS2只能安裝在unix環(huán)境當中，所以在完成本課題研究時選擇預先安裝了cygwin環(huán)境。，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。這些都是NS2能夠正常運行所必須的。NS2的軟件安裝包可以從官網(wǎng)下載（），考慮到穩(wěn)定性和兼容的問題。打開cygwin，進入NS2安裝包所在的目錄，輸入指令解壓縮安裝包： tar zxvf 進入安裝包目錄：cd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(jīng)過一段時間的等待后，cygwin提示安裝完成。然后需要修改NS2的信息。，將如下信息添加在最后：PATH=”$PATH:/cygdrive/d/:/cygdrive/d/:/cygdrive/d/”LD_LIBRARY_PATH=”/cygdrive/d/:/cygdrive/d/”TCL_LIBRARY=”$TCL_LIBRARY:/cygdrive/d/”export DISPLAY=:這里面主要修改了PATH、LD_LIBRARY_PATH、TCL_LIBRARY三個全局變量的信息。運行一個簡單的程序檢查是否安裝成功。 圖34 運行程序得到仿真結果。并且利用到了nam組件。Nam組件是NS2的特點也是優(yōu)勢之一，可以通過運行出圖形界面表現(xiàn)仿真網(wǎng)絡中結點之間的通信情況。研究者只需在tcl腳本中寫入相關的nam命令以及為路徑結點等添加表示信息，就可以通過圖形界面很直觀的“看”到整個網(wǎng)絡實驗的過程，正如下圖所示。至此，NS2軟件安裝成功。圖35 nam程序運行界面 NS2的仿真過程NS2具備了很多功能模塊【1】，最基本的有結點（node）、鏈路（link）、代理（agent）、數(shù)據(jù)包（packet）、事件調度器等等模塊。 本畢業(yè)設計課題實驗只需要采用NS2中基于OTcl編程的層，只需要編寫OTcl腳本，利用NS2軟件中已有的組件實現(xiàn)仿真即可。一般的NS2仿真過程可以歸納如下：1．使用tcl語言編寫網(wǎng)絡腳本。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】。2．在腳本中設定協(xié)議代理，并且對業(yè)務量模型的參數(shù)進行配置，據(jù)此確定網(wǎng)絡拓撲結構中的業(yè)務分布。3．設置trace對象。NS2軟件會將網(wǎng)絡中的通信信息均記錄在trace文件中，方便研究者對網(wǎng)絡運行狀態(tài)進行分析。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。4．使用NS2運行已編寫完成的tcl腳本，得到trace文件。然后使用gawk程序對trace文件進行分析，以便得到比較直觀的數(shù)據(jù)。5．不斷調整網(wǎng)絡的拓撲結構和其他細節(jié)配置，重復上述步驟反復進行模擬過程，進行網(wǎng)絡性能的分析比較。 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。首先介紹了cygwin軟件，這是一款運行在windows上的類unix環(huán)境軟件，并簡單介紹了它的安裝過程。接下來本章重點分析了NS2仿真軟件，對其可以實現(xiàn)的仿真功能和工作機理做出了簡單介紹。NS2是一個由離散事件驅動面向對象的仿真軟件，主要使用otcl語言和c++進行開發(fā)，基本能夠完成目前學術界所需要的各項仿真需求，同時也被教育界用來從事網(wǎng)絡教學工作。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。最后，概述了NS2完成仿真實驗的主要過程：首先編寫tcl模擬網(wǎng)絡腳本，運行后產(chǎn)生trace文件，再使用awk程序對該文件進行分析，更改網(wǎng)絡模型后重復上述實驗步驟，最后得出實驗結論。第四章 實驗設計與實現(xiàn) 實驗設計與性能評價標準 實驗設計本畢業(yè)設計課題實驗的目的是研究無線自組織網(wǎng)絡中不同路由協(xié)議的性能分析與比較，采用的是控制變量研究方法，分別控制最大連接數(shù)、數(shù)據(jù)流速度、結點個數(shù)、結點移動速度、結點停留時間五個變量，研究DSDV、DSR、AODV三種路由協(xié)議在不同情況下的性能表現(xiàn)并作出比較，最后得出結論。按照NS2仿真實驗的流程，首先我們要編寫tcl語言模擬網(wǎng)絡拓撲腳本，并且確定網(wǎng)絡特性，業(yè)務量模型還有一些網(wǎng)絡參數(shù)，尤其是trace文件的設立。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。以下為網(wǎng)絡拓撲結構的模型設計細節(jié)：在變量為最大連接數(shù)的實驗中，設定網(wǎng)絡模型為100個結點，數(shù)據(jù)流速度為10個/秒。數(shù)據(jù)流速度是指CBR數(shù)據(jù)來源端每秒發(fā)送的數(shù)據(jù)包數(shù)，默認值每個數(shù)據(jù)包大小為512B。結點停留時間為10秒，結點移動速度10米/秒，模擬時間設定為100秒，移動場景范圍為500米乘以500米。最大連接數(shù)變量為50、60、70、80、90、100個。在變量為數(shù)據(jù)流速度的實驗中，設定網(wǎng)絡模型為100個結點，最大連接數(shù)為10個。結點停留時間為10秒，結點移動速度10米/秒，模擬時間設定為100秒，移動場景范圍為500米乘以500米。數(shù)據(jù)流速度變量為50、60、70、80、90、100個/秒。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，結點移動速度10米/秒，模擬時間設定為100秒，移動場景范圍為500米乘以500米。結點個數(shù)變量為150、60、70、80、90、100個。在變量為結點移動速度的實驗中，設定網(wǎng)絡模型為50個結點，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。結點移動速度變量為111120米\秒。在變量為結點停留時間的實驗中，設定網(wǎng)絡模型為30個結點，最大連接數(shù)為10個，數(shù)據(jù)流速度為10個/秒。結點移動速度10米/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。本課題實驗主要是研究Ad hoc網(wǎng)絡中不同路由協(xié)議之間的性能比較，所采用的研究方法是比較基礎的控制變量法。為了研究DSDV、DSR、AODV三種協(xié)議在不同的網(wǎng)絡模型情況下的性能表現(xiàn)，需要設定一些性能分析評價標準。在本試驗中，主要采用了4個評價標準：發(fā)送數(shù)據(jù)包數(shù)（Total packet sends）：本實驗采用CBR流，這個參數(shù)記錄了在仿真實驗設定的時間內，CBR來源端能夠發(fā)送的數(shù)據(jù)包總數(shù)。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。這個參數(shù)是衡量路由協(xié)議的性能的重要標準。平均端到端延時（Average endtoend delay）：這個參數(shù)實際上評估了所有可能的延遲時間的總和，比如結點傳遞數(shù)據(jù)包時間、路由發(fā)現(xiàn)路徑的緩沖時間、MAC層的重新傳輸時間等等。第一個數(shù)據(jù)包到達時間（First packet received time）【1】：此評估標準主要用來評價網(wǎng)絡結點中的路由表的收斂時間。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。 tcl模擬網(wǎng)絡腳本Tcl(Tool Command Language)是NS2中主要用來編輯網(wǎng)絡腳本的語言。簡而言之就是用來描述需要仿真的網(wǎng)絡環(huán)境以及參數(shù)設置等等，是比較易于閱讀和使用的語言。本實驗需要編寫的tcl模擬網(wǎng)絡腳本中的關鍵代碼介紹如下：set opt(chan) Channel/WirelessChannel set opt(prop) Propa