【文章內(nèi)容簡介】 事件調(diào)度器和數(shù)據(jù)通道上的基本網(wǎng)絡(luò)組件對象都使用 C++編寫，這些對象通過 TclCL 映射對 OTcl 解釋器可見。 NS2 可以說是 OTcl 的腳本解釋器，它包含模擬事件高度器、 網(wǎng)絡(luò)組件對象庫等。事件調(diào)度器控制模擬進程，在適當時間激活事件隊列中的當前事件，并執(zhí)行該事件。網(wǎng)絡(luò)組件模擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或節(jié)點的通信，它們通過制定模擬場景和模擬進程，交換特定的 分組來模擬真實網(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。 NS2 采用這種分裂模型既提高了模擬效率，加快了模擬速度，又增強了模擬配置的靈活性和操作的簡便性。 NS2 是在 UNIX 系統(tǒng)上開發(fā)的，因此可以在 UNIX 和類 UNIX 系統(tǒng)上安裝。另外， NS2 也可以在 Windows 平臺上運行。表 和表 是不同平臺對 NS 的支持情 況。 表 不同平臺對 NS2 的支持情況 TclTK OTcl TclCL Ns Nam xgraph cweb sgb Gtitm and sgb2ns zlib Pc+Windows Y Y Y Y Y N Y N N N Pc+Linux Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y 注： Y——支持， N——不支持。 9 表 綜合比較 Windows 和 Linux對 NS2 的支持情況 平臺特點 安裝過程 模塊支持 使用過程 Pc+Windows 優(yōu)點：界面友好，人性化設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)及硬件支 持良好，應(yīng)用程序豐富。 缺點：代碼冗繁，系統(tǒng)穩(wěn)定性及自身修復(fù)能力差。 未安裝 Cygwin 時只可用 from all the pieces 方式安裝，較為復(fù)雜。 安裝 Cygwin 后可用 allinone 方式安裝較為簡單。 支持 NS2 的必選軟件 模塊，但對可選模塊的支 持性差。 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。 Pc+Linux 優(yōu)點：源代碼開放，界面友好，網(wǎng)絡(luò)功能豐富，較穩(wěn)定。 缺點：應(yīng)用軟件及硬件驅(qū)動程序缺乏。 可選用 from all the pieces 或 allinone方式安裝 ，較為簡單。 對 NS2 的必選模塊和 可選模塊支 持性良好。 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。相關(guān)幫助文檔及論壇較多，可獲得的幫助較多，使問題解決較為容易。 NS2 組成部分 （ 1）離散事件調(diào)度器（ Scheduler）：調(diào)度器是仿真器的心臟，它記錄當前時間，調(diào)度網(wǎng)絡(luò)事件鏈表中的事件。它有一個靜態(tài)成員變量 instance，供所有的類訪問同一個調(diào)度器，提供函數(shù)產(chǎn)生新事件，指定事件發(fā)生的時間。 目前 NS2 支持四種事件調(diào)度器，分別為鏈表式（ linkedlist）、堆式（ heap）、時間隊列式（ calendar）和實時（ realtime）調(diào)度器，其中時間隊列式為默認的事件調(diào)度器。 （ 2）事件處理器 (Handler)： Handle 是所有處理事件類的基類，它只是一個虛擬函數(shù)，每個繼承類實現(xiàn)自己的功能 。 （ 3）節(jié)點（ Node）：節(jié)點是對實際網(wǎng)絡(luò)中分布在不同地理位置的主機、交換機、路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的統(tǒng)一抽象，是構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的一個重要組成部分。 （ 4）鏈路 (Link)：鏈路用來連接節(jié)點和路由器。一個節(jié)點可以有一條或多條輸出鏈路 (如路由器 )，所有的鏈路都以隊列的形式來管理分組到達、離開或丟棄 ，統(tǒng)計并保存字節(jié)數(shù)和分組數(shù)。另外還有一個獨立的對象來記錄隊列日志。 （ 5）代理 (Agent)：代理是實際產(chǎn)生和消費分組的對象，它們屬于傳輸層實體，運行在端主機，節(jié)點的每一個代理自動被賦與一個唯一的端口號 (模擬 udp/tcp10 端口 )，代理知道與它相連的節(jié)點，以便把分組轉(zhuǎn)發(fā)給節(jié)點，它也知道分組大小，業(yè)務(wù)類型，目的地址。 Agent 類是各種 UDP/TCP 實現(xiàn)類的基類，代理被保存在一個稱為 demux 的鏈表中。 （ 6） NS 對象 (NsObject)： NsObject 是所有網(wǎng)絡(luò)實體的基類，包括節(jié)點、鏈路、代理，業(yè)務(wù)記錄 (Trace)和數(shù)據(jù)源等。節(jié)點、鏈路、代理同時繼承了 NsObject和事件處理器類，因為這三種對象要處理多種事件，其他對象則不需要。 （ 7）匹配器類 (Matcher)：匹配器類用來標識有實例對象生成的類，用戶給出標識匹配 器 類的關(guān)鍵字，匹配 器 類返回相應(yīng)的新建對象。匹配器類被定義成靜態(tài)的，只允許一個實例對象 [5]。 NS2 模擬基本流程 圖 NS2 進行網(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 進行網(wǎng)絡(luò)模擬的基本操作流程如圖 所示。 整個模擬過程主要有三個部分：一為修改源碼，二為編寫 Tcl 模擬腳本，三為分析結(jié)果。 （ 1）源碼修改：這一步只有在模擬需要修改源代碼時才進行考慮。 （ 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。 （ 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 trace 文件進行分析。 4 無線自組網(wǎng)路由 協(xié)議 在 無線自組網(wǎng) 中，節(jié)點 的 移動導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu) 的 不斷變化。如何迅速準確地選擇到達目的節(jié)點的路由，是 無線自組 網(wǎng)的一個重要和核心的問題。 無線自組網(wǎng)與傳統(tǒng)移動通信網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別 在無線局域網(wǎng)中，移動節(jié)點配有無線網(wǎng)卡，通過無線接入點連接到固定網(wǎng)絡(luò)，因此，無線局域網(wǎng)可以看成單跳網(wǎng)絡(luò)；而無線自組網(wǎng)則是一個多跳的網(wǎng)絡(luò)，終端主機一方面作為主機，另一方面作為路由 器 運行路由協(xié)議，參與分組轉(zhuǎn)發(fā)和路由維護。 因此，無線自組網(wǎng)與傳統(tǒng)移動通信網(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。 無 線自組網(wǎng)路由協(xié)議分類 根據(jù)源端何時獲得路由信息，可以將路由分為兩大類，如圖 所示 。 一類是基于路由表驅(qū)動（ Table Driven）的路由協(xié)議。在這種協(xié)議中，每個節(jié)點試圖維護到所有已知目的節(jié)點的路由表，節(jié)點之間周期性或在網(wǎng)絡(luò)拓撲改變時交換路由信息，由此減少了獲得路由延時，能夠立即判斷目的節(jié)點的可達性，但是耗費了網(wǎng)絡(luò)資源。第二類是按需驅(qū)動（ OnDemand Driven）的路由協(xié)議，包括路由發(fā)現(xiàn)和路由維護兩個過程。這種路由協(xié)議平時并不實時地維護網(wǎng)絡(luò)路由，只有在節(jié) 點有數(shù)據(jù)要發(fā)送時才激活路由發(fā)現(xiàn)機制尋找到達 目的節(jié)點的路由。它不需要花費資源來維護無用的路由，但路由發(fā)現(xiàn)過程比較昂貴而且不可預(yù)測 [6]。 12 圖 無線自組網(wǎng)路由協(xié)議分類 幾種典型的無線自組網(wǎng)路由協(xié)議 目的序列距離矢量路由協(xié)議 DSDV DSDV(DestinationSequenced DistanceVector)是基于經(jīng)典 BellmanFord 路由選擇過程的改進型路由表算法。 DSDV 以路由信息協(xié)議為基礎(chǔ)。是無線自組網(wǎng)協(xié)議發(fā)展較早的一種。 使用 DSDV 時，網(wǎng)絡(luò)中 的每一個移動節(jié)點都需要維護一個路由表。路由表表項包括目的節(jié)點、跳數(shù)和一個由目的節(jié)點注明的序列號，序列號能幫助節(jié)點區(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。標有更大序列號的路由信息總是被接收。如果兩個更新分組有相同的序列號，則選擇跳數(shù)最小的，使路由最優(yōu)（最短）。每個節(jié)點必須周期性地與鄰節(jié)點交換路由信息，當然也可以根據(jù)路由表的改變來觸發(fā)路由更新。路由表更新有兩種方式：一種是全部更新，即拔掉更新消息中將包括整個路由表，主要應(yīng)用于變化較快的情況；另一種是增量更新，更新消息中僅包含變化的路由部分，通常適用于變 化較慢的情況。 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。源節(jié)點首先廣播一個攜帶目的節(jié)點信息的路由分組（ RREQ），其鄰居節(jié)點依次向周圍節(jié)點廣播此路由分組，廣播 RREQ 前會無線自組網(wǎng)路由協(xié)議 表驅(qū)動路由協(xié)議 按需驅(qū)動路由協(xié)議 DSDV CGSR WRP DSR TORA AODV 13 建立此節(jié)點到源節(jié)點的路由，直到路由分組到達目的節(jié)點或者一個中間節(jié)點，這個節(jié)點包含目的節(jié)點的路由信息，就不再廣播 RREQ。此過程中，會建立一個從源節(jié)點到目的節(jié)點的反向路由，也就是從目的節(jié)點到源 節(jié)點的路由。然后該節(jié)點將沿著反向路由發(fā)回一個 RREP， RREP 到達源節(jié)點后路由發(fā)現(xiàn)過程結(jié)束。為避免路由循環(huán)，每一個路由分組中都包括一個 sequence ID（ SID）作為唯一標識，如果一個節(jié)點收到一個 SID 比它當前保留的 SID 小的數(shù)據(jù)包，表明該數(shù)據(jù)包是過時的，它將不予處理，而是簡單的丟棄。發(fā)現(xiàn)多條路由時，源節(jié)點會選擇一條SID 大、跳數(shù)少的最優(yōu)路由。 源節(jié)點移動后會重新啟動路由發(fā)現(xiàn)過程，中間節(jié)點移動，那么其鄰居節(jié)點會發(fā)現(xiàn)鏈路失效并向上游節(jié)點發(fā)送鏈路失效消息（ RERR），一直傳到源節(jié)點，然后源節(jié)點重新發(fā)起路由發(fā) 現(xiàn)，或者也可以由發(fā)現(xiàn)鏈路失效的節(jié)點自己發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)，此稱為自修復(fù)。只要路由是活動的，路由表就要一直維護下去?；顒拥囊馑际怯袛?shù)據(jù)包從源節(jié)點發(fā)往目的節(jié)點，如果鏈路上不再有數(shù)據(jù)包傳遞，一段時間之后，鏈路就會過期，最終路由信息將會從中間節(jié)點的路由表中刪除 [7]。 動態(tài)源路由協(xié)議 DSR DSR(Dynamic Source Routing)是一種基于源路由的按需路由協(xié)議，它使用源路由算法而不是逐跳路由的方法。 DSR 主要包括兩個過程：路由發(fā)現(xiàn)和路由維護。當源節(jié)點 S 向目的節(jié)點 D 發(fā)送數(shù)據(jù)時，它首先檢查緩存是否存 在未過期的到目的節(jié)點的路由，如果存在，則直接使用可用的路由，否則啟動路由發(fā)現(xiàn)過程。具體過程如下：源節(jié)點 S 將使用洪泛法發(fā)送路由請求消息（ RREQ）， RREQ 包含源和目的節(jié)點地址以及唯一的標志號，中間節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā) RREQ，并附上自己的節(jié)點標識。當 RREQ 消息到達目的節(jié)點 D 或任何一個到目的節(jié)點路由的中間節(jié)點時， D 或該中間節(jié)點將向 S 發(fā)送路由應(yīng)答消息（ RREP），該消息中將包含到 S到 D 的路由信息，并反轉(zhuǎn) S 到 D 的路由供 RREP 消息使用。此外，中間節(jié)點也可以使用路由緩存技術(shù)（ Routing Cache）來對協(xié)議作進一步優(yōu)化。 臨時 排序 路由算法 TORA TORA(Temporally Ordered Routing Algorithm)協(xié)議稱為臨時排序路由算法，是一種源初始化按需路由選擇協(xié)議，它采用鏈路反轉(zhuǎn)的分布式算法，具有高度自適應(yīng)、 高效率和較好的擴充性，比較適合高度動態(tài)移動、多跳的無線網(wǎng)絡(luò)，其主14 要特點是控制報文定位在最靠近拓撲變化的一小部分節(jié)點處，因此節(jié)點只保留鄰近點的路由信息。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。 TORA 協(xié)議包括 3 個基本模塊：路由的創(chuàng)建、路由的維護和路由的刪除。在路由的建立和路由維護過程中，節(jié)點應(yīng)用“高度” Metric 來建立一個以目的節(jié)點為根的有向非循環(huán)圖。這樣鏈路根據(jù)相鄰兩個節(jié)點的高度值來確定向上或向下的方向。 路由協(xié)議性能評標準 主要包括以下幾個方面的指標 [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。在單位時間內(nèi)未收到的數(shù)據(jù)分組與發(fā)送的數(shù)據(jù)分組的比率就是丟 包率，當然這個數(shù)字越小越好。丟包率的計算公式 見式（ ）。 丟包率 =發(fā)送分組數(shù)未接收到的分組數(shù) （ ） （ 2）端到端平均時延： 指單位數(shù)據(jù)包從源節(jié)點到目的節(jié)點所用的時間，時延越小，說明響應(yīng) 越快，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量越令人滿意。該統(tǒng)計量反應(yīng)了網(wǎng)絡(luò)的擁塞狀況，計算公式見式（ ）。 端到端平均時延 =數(shù)據(jù)包總數(shù) 所用時間源節(jié)點數(shù)據(jù)包成功傳輸 （ ） （ 3）路由 開銷： 單位數(shù)據(jù)包個數(shù)所引起的額外路由分組個數(shù)，包括 RREQ（ Route Request，路由請求）、 RREP（ Route Reply，路由應(yīng)答）、 RRER（ Route Error，路由錯誤）等，該統(tǒng)計量反應(yīng)了路由協(xié)議的效率，計算 公式見式（ ） 。 路由 開銷 =發(fā)數(shù)的數(shù)據(jù)分組數(shù)發(fā)送的路由分組數(shù) （ ） （ 4）平均吞吐量：該參數(shù)是在接收數(shù)據(jù)時由網(wǎng)絡(luò)層的上層