【文章內(nèi)容簡介】 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?fù)浣Y(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(dá)、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/tcp9 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(biāo)識有實例對象生成的類，用戶給出標(biāo)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 10 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?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不斷變化。如何迅速準(zhǔn)確地選擇到達(dá)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?fù)涓淖儠r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(dá)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(dá)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]。 11 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(biāo)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(dāng)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 12 建立此節(jié)點到源節(jié)點的路由，直到路由分組到達(dá)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(dá)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(biāo)識，如果一個節(jié)點收到一個 SID 比它當(dāng)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(dāng)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(biāo)志號，中間節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā) RREQ，并附上自己的節(jié)點標(biāo)識。當(dāng) RREQ 消息到達(dá)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13 要特點是控制報文定位在最靠近拓?fù)渥兓囊恍〔糠止?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(biāo)準(zhǔn) 主要包括以下幾個方面的指標(biāo) [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(dāng)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)層的上層統(tǒng)計的，是指節(jié)點單位時間內(nèi)收到的數(shù)據(jù)分組數(shù)，它是一個容量概念，表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)目偭俊? 5 無線自組網(wǎng)路由協(xié)議的仿真 移動節(jié)點 14 無線模型的核心是移動節(jié)點，它代表實際無線網(wǎng)絡(luò)中的站點。移動節(jié)點是由基本的節(jié)點再加上無線和移動節(jié)點所需要的一些功能構(gòu)成，它能夠在給定的拓?fù)浞秶鷥?nèi)移動，可以通過無線信道接收和傳送無線信號。 移動節(jié)點的 結(jié)構(gòu) 移動節(jié)點是由一系列的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件構(gòu)成，這些構(gòu)件包括鏈路層、連接到 LL 上的 ARP 模塊、接口隊列、 MAC 層、網(wǎng)絡(luò)接口層。移動節(jié)點通過網(wǎng)絡(luò)接口連接到無線信道上。移動節(jié)點的結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 移動節(jié)點的結(jié)構(gòu)示意圖 移動節(jié)點的創(chuàng)建 （ 1）移動節(jié)點的配置：在 NS2 中，要創(chuàng)建一個移動節(jié)點，就必須在創(chuàng)建節(jié)點之前對節(jié)點進行配置 。所謂點的配置就是在節(jié)點創(chuàng)建之前設(shè)定節(jié)點的各項屬性，可以使用模擬器對 ns 的內(nèi)部過程 nodeconfig{}來配置節(jié)點的屬性。 channel Down target Up target Up target Up target mac Down target Down target Arp table target Addr demux entry Default target IP address Port demux Src/Sink Rtagent LL IFq ARP MAC NetIF Channel Radio Propagation Model Up target 15 移動結(jié)點基本配置參數(shù)如下： $ns nodeconfig –adhocRouting 配置 adhoc 網(wǎng)絡(luò)的路由類型 llType 數(shù)據(jù)鏈路層類型 macType MAC 層類型 ifqType 隊列類型 ifqLen 隊列長度 antType 天線類型 propType 無線信號傳輸模型 phyType 物理層類型 channelType 信道類型 topoInstance 拓?fù)鋵ο? agentTrace 是否打開應(yīng)用層 Trace routerTrace 是否打開路由的 Trace macTrace 是否打開應(yīng) MAC 層的 Trace movementTrace