【導(dǎo)讀】要經(jīng)過無(wú)線基地臺(tái)的中轉(zhuǎn)來完成通信。在Adhoc中，路由協(xié)議基本被分成兩大類：先。先驗(yàn)式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中每個(gè)移動(dòng)結(jié)點(diǎn)會(huì)周期性地發(fā)送一些路由信息，與此。同時(shí)各個(gè)移動(dòng)結(jié)點(diǎn)會(huì)按照收集到的路由信息去改變本身已存儲(chǔ)的路由表。要有DSDV、WRP協(xié)議。反應(yīng)式協(xié)議主要指的是無(wú)線移動(dòng)結(jié)點(diǎn)只有在需要傳送數(shù)據(jù)包卻。其次，簡(jiǎn)述了Adhoc網(wǎng)絡(luò)的基本概念、結(jié)構(gòu)特。點(diǎn)、各個(gè)協(xié)議的工作機(jī)制，同時(shí)介紹了實(shí)驗(yàn)環(huán)境與仿真軟件的安裝與應(yīng)用。重點(diǎn)比較與分析了各個(gè)協(xié)議的性能。腳本，進(jìn)行仿真獲得數(shù)據(jù)結(jié)果，以此研究各個(gè)協(xié)議的性能。圖工具進(jìn)行繪制，進(jìn)行比較與研究，最終得出結(jié)論。課題研究背景與現(xiàn)狀······················1. 課題研究目的與意義······················2. 論文的組織結(jié)構(gòu)··············&#18

　　

【正文】 評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)中的路由表的收斂時(shí)間。如果這個(gè)值越小，就代表了第一個(gè)數(shù)據(jù)包從源結(jié)點(diǎn)到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)的時(shí)間 越小，也就是收斂時(shí)間越小。 tcl 模擬網(wǎng)絡(luò)腳本 Tcl(Tool Command Language)是 NS2 中主要用來編輯網(wǎng)絡(luò)腳本的語(yǔ)言。 簡(jiǎn)而言之就是用來描述需要仿真的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境以及參數(shù)設(shè)置等等，是比較易于閱讀和使用的語(yǔ)言。 本實(shí)驗(yàn)需要編寫的 tcl 模擬網(wǎng)絡(luò)腳本中的關(guān)鍵代碼介紹如下： set opt(chan) Channel/WirelessChannel set opt(prop) Propagation/TwoRayGround set opt(if) Phy/WirelessPhy set opt(mac) Mac/802_11 set opt(ant) Antenna/OmniAntenna 本實(shí)驗(yàn)編寫的腳本中采用的全局變量名稱使用 opt。這些參數(shù)分別設(shè)定了 ： 理信道的類型，采用無(wú)線信道模式；無(wú)線傳輸類型，采用 TwoRayGround， 在此模式下， 兩個(gè)移動(dòng)結(jié)點(diǎn)之間 既考慮到了直線傳播路徑的同時(shí)也考慮到了地面反射路徑，這使得 這個(gè)計(jì)算機(jī)信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 17 模型的預(yù)測(cè)會(huì)更為精確；網(wǎng)絡(luò)接口類型，考慮到本實(shí)驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)模型，采用 WirelessPhy接口 ；在 MAC 層協(xié)議方面采用了傳統(tǒng)的 IEEE 協(xié)議；設(shè)定天線模型，這對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是十分重要的參數(shù)設(shè)置，關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和信號(hào)覆蓋范圍，本實(shí)驗(yàn)中采用單一增益的全向天線 OmniAntenna 類型。 if { $opt(0)==DSR} { set opt(ifq) CMUPriQueue } else { set opt(ifq) Queue/DropTail/PriQueue 。 } 這段 tcl 代碼是用來為模擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)定 在不同的 路由協(xié)議 中應(yīng)該選用什么樣的接口隊(duì)列類型 。 opt（ 0）變 量是 用來存儲(chǔ)運(yùn)行腳本時(shí)輸入的命令變量的，這里的命令變量就是指三種路由協(xié)議： DSDV,DSR,AODV。 opt（ ifq）指的是接口隊(duì)列類型。由于 DSDV協(xié)議與 DSR 協(xié)議、 AODV 協(xié)議采用的接口隊(duì)列類型不同，所以這里使用了一個(gè) if判斷程序。如果使用 DSDV 協(xié)議，應(yīng)該設(shè)定 ifq 值為 CMUPriQueue，如果是使用 DSR 和 AODV協(xié)議，則應(yīng)該設(shè)定接口隊(duì)列類型為 Queue/DropTail/PriQueue。 接下來我們需要介紹兩個(gè) NS2 中的小工具 【 1】 ： 第 一個(gè)是 cbrgen。這個(gè)工具可以產(chǎn)生 cbr 流和 tcp 流。 用法如下： 圖 41 cbrgen 工具指令 該命令中 type 用來指定產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流是 cbr流或者 tcp 流，本實(shí)驗(yàn)我們選擇了 cbr流； nn設(shè)定了多少個(gè)結(jié)點(diǎn)； seed 設(shè)定了隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器中的種子數(shù)； mc 設(shè)定了最大連接數(shù)，這個(gè) 數(shù) 值 在 理論上 應(yīng)當(dāng) 是越大越好，但也應(yīng)該 考慮到 網(wǎng)絡(luò) 中 的實(shí)際情況； rate 既是數(shù)據(jù)流速度，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) 【 3】 ，默認(rèn)值每個(gè)數(shù)據(jù)包大小為 512B。 在這個(gè)例子中我們?cè)O(shè)定了一個(gè)數(shù)據(jù)類型為 cbr， 10個(gè)結(jié)點(diǎn) ， 1 個(gè)隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器種子， 5 個(gè)最大連接數(shù)，每秒產(chǎn)生 10個(gè)數(shù)據(jù)包的 數(shù)據(jù)源 。然后 就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“ cbr_n10_m5_r10”文件以供使用。 第二個(gè)是 setdest，可以用來 實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)仿真中結(jié)點(diǎn)的隨機(jī)移動(dòng) 。用法如下： 圖 42 setdest 工具指令 該工具的命令中 n 代表 節(jié)點(diǎn)數(shù)， p 代表著 移動(dòng)結(jié)點(diǎn)移動(dòng)到某一點(diǎn)后的停留時(shí)間， M是移動(dòng)結(jié)點(diǎn)的移動(dòng)速度， t 是模擬實(shí)驗(yàn)持續(xù)的時(shí)間， x,y 就是 模擬場(chǎng)景的移動(dòng)區(qū)域的長(zhǎng)計(jì)算機(jī)信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 18 度值，與 x軸 y軸的意義相同。 這個(gè)例子中我們?cè)O(shè)定了一個(gè)結(jié)點(diǎn)的移動(dòng)場(chǎng)景： 10個(gè)結(jié)點(diǎn)， 10秒停留時(shí)間， 10 米 /秒的移動(dòng)速度， 30 秒的模擬時(shí)間， 500 500 的移動(dòng)場(chǎng)景范圍。然 后就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“ scen_10n_10p_10M_30t_500_500”的文件以供使用。 set opt(x) 500 set opt(y) 500 set opt(nn) 30 set opt(cp) cbr_n30_m10_r10 set opt(sc) scen_30n_50p_10M_100t_500_500 set opt(stop) 這一段主要是設(shè)定了結(jié)點(diǎn)的移動(dòng)場(chǎng)景大小、結(jié)點(diǎn)、模擬持續(xù)時(shí)間等。并且直接引用了之前所說的 兩個(gè)小工具生成的數(shù)據(jù)產(chǎn)生源和移動(dòng)場(chǎng)景模式文件。在 NS2 的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)腳本中，有兩種確定移動(dòng)場(chǎng)景的方式，一種是直接使用 tcl 語(yǔ)言編寫移動(dòng)場(chǎng)景，這樣比較麻煩，本實(shí)驗(yàn)中選擇了使用 setdest 工具的方法。這里還要注意的是在網(wǎng)絡(luò)腳本中設(shè)置的各項(xiàng)參數(shù)如結(jié)點(diǎn)數(shù)、移動(dòng)速度等都必須與引用的文件相同。 而控制變量的過程就是不斷改變這些參數(shù)中的一個(gè)然后反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)。 set opt(tr) 。 set opt(adhocRouting) $opt(0) 這兩行非常簡(jiǎn)單但是很重要，第一行是創(chuàng)立一個(gè) trace 文件， trace 文件是用來存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中通信事件的文件，也是分析網(wǎng)絡(luò)性能表現(xiàn)最重要的依據(jù)。第二行即使上面提到過的 opt(0)變量，用來設(shè)定一個(gè)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該選擇哪種協(xié)議。 set god_ [creategod $opt(nn)] 創(chuàng)建一個(gè) god 對(duì)象，以此動(dòng)態(tài)地保存各個(gè)移動(dòng)結(jié)點(diǎn)之間的連接關(guān)系。 不同的協(xié)議不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在具體參數(shù)設(shè)定上有很大的差距，所以在編寫時(shí)應(yīng)當(dāng)查閱軟件使用手冊(cè)或者從相關(guān)的書籍和網(wǎng)絡(luò)中獲取資料，了解網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)模型和參數(shù)配置，這也是用好 NS2 軟件完成仿真 的難點(diǎn)之一。 trace 文 件 在 NS2 軟件的使用中，當(dāng)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后， 除了可以使用 nam 工具來 觀看模擬網(wǎng)絡(luò)的通信過程，還有就是創(chuàng)建 trace 文件記錄仿真實(shí)驗(yàn)的過程，并且編寫 awk 程序去分析這些 trace 文件。所以對(duì) trace 文件 的組成 有所了解也是完成網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)所必須的。 在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠_本中加入相應(yīng)的設(shè)置，在仿真程序運(yùn)行后，我們就會(huì)得到一個(gè) trace文件，如果用普通文字編輯軟件打開的話會(huì)看到如下內(nèi)容： 這些就是仿真網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)數(shù)據(jù)包事件的詳細(xì)記錄，想要理解 具體通信 事件內(nèi)容計(jì)算機(jī)信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 19 就明白這個(gè)文件的格式： 圖 43 trace 文件內(nèi)容 表 41 trace 文件格式 Event Time From node To node Pkt type Pkt size Flags Fid Src addr Dst addr Seq num Pkt id 這些都分別對(duì)應(yīng)了 trace 文件記錄中的各個(gè)列數(shù)值的含義 【 1】 。 第一個(gè)字段表示了該筆數(shù)據(jù)包事件發(fā)生開始的原因 ，比如“ +”就是該包進(jìn)入隊(duì)列，“ ”就是離開隊(duì)列，“ r”表示該數(shù)據(jù)包進(jìn)入某結(jié)點(diǎn)，“ d”表示該包被某結(jié)點(diǎn)拋棄 ；字段二表示事件發(fā)生事件；字段三表示數(shù)據(jù)包從來哪個(gè)結(jié)點(diǎn)來字段四則是該包要 往哪里去；字段五表示了數(shù)據(jù)包的類型；字段六 表明了數(shù)據(jù)包的大??；字段七表示了數(shù)據(jù)包的標(biāo)記與標(biāo)注；字段八則表示了數(shù)據(jù)包屬于哪一個(gè)數(shù)據(jù)流；字段九和十分別表示了該數(shù)據(jù)包的源結(jié)點(diǎn)和目的結(jié)點(diǎn)地址；字段十一表明了這個(gè)數(shù)據(jù)包的序列號(hào)；字段十二記錄了數(shù)據(jù)包的 ID，這兩個(gè)都很重要。 舉第一行的例子作為說明：有一個(gè)數(shù)據(jù)包在 秒的時(shí)候進(jìn)入隊(duì)列，數(shù)據(jù)包 id為 1，數(shù)據(jù)流 id為 1，序列號(hào)為 1，長(zhǎng)度為 1000bytes，數(shù)據(jù)類型為 CBR，從地址為 的源結(jié)點(diǎn)到達(dá) 的目的結(jié)點(diǎn)。 雖然 trace 文件對(duì)于網(wǎng)絡(luò)仿真的過程記錄非常詳細(xì) ，但是對(duì)于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)模擬來說，直接研究 trace 文件是不可行的，所以需要借助其他方法來對(duì) trace 文件進(jìn)行 具體 分析，以便更好地利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來分析模擬網(wǎng)絡(luò) 的性能 。 awk 分析程序腳本 awk 是一種程序語(yǔ)言 【 3】 具有很多特點(diǎn)，比如變量無(wú)類型之分（ Typeless），使用直譯器（ Interpreter） ，可以使用文字作為數(shù)組的標(biāo)注 (Associative Array)等等?？梢哉f使用 awk 語(yǔ)言和其他語(yǔ)言相比在編寫程序時(shí)更為簡(jiǎn)單花費(fèi)的時(shí)間也相對(duì)較少。此外，awk 具備內(nèi)建功能 【 4】 ，使得 awk 在處理數(shù)據(jù)列 （ Record） 、字段（ Field） 類型的數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 20 時(shí)表現(xiàn)更為出色。 Awk 提供 C 語(yǔ)言常見的關(guān)系操作符， IO 指令，流程控制指令等等 【 1】 ，所以對(duì) awk語(yǔ)言的使用也是比較簡(jiǎn)單的。 Awk 程序的基本工作流程如下： 1. 從指定的數(shù)據(jù)文件中讀取一筆數(shù)據(jù)。 2. 自動(dòng)更新相關(guān)的內(nèi)建變量的值。 3. 按順序執(zhí)行程序中所有的“ Pattern{Actions}” 指令。 4. 當(dāng)執(zhí)行完 程序中所有的“ Pattern{Actions}” 指令時(shí)， 假如所讀取的 數(shù)據(jù)文件中還有未 讀完的數(shù)據(jù)就會(huì)反復(fù)執(zhí)行此流 程。 正因?yàn)?awk 會(huì)自我循環(huán)讀取數(shù)據(jù)，所以編寫 awk 程序時(shí)不 用加入循環(huán)語(yǔ)句。 根據(jù)本課題中使用的發(fā)送文件數(shù)、丟包率、平均端到端延時(shí)、第一個(gè)文件到達(dá)時(shí)間四個(gè)性能評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，需要編寫的 awk 程序關(guān)鍵代碼如下： action = $1。 highest_packet_id=0。 time = $2。 sends=0 packet_id = $6。 receives=0。 trace = $4。 routing_packets=0。 type = $7。 first_received_time=0。 在程序開始時(shí)要設(shè)置變量記錄目前系統(tǒng)中最高處理數(shù)據(jù)包的 ID，然后按照需要設(shè)定變量對(duì) trace 文件中的各個(gè)字段數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。 if(action==samp。amp。trace==AGTamp。amp。type==cbr) {sends++。} 這段 程序 記錄了已經(jīng)傳送出的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)。 if (action ==r amp。amp。 trace== AGT amp。amp。 type== cbr) { if(first==0){ first_received_time= time。 first=1。 } receives++。 end_time[packet_id] = time。 } else end_time[packet_id] = 1。 } 編寫這段程序的目的是記錄接收到的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)以及數(shù)據(jù)包的接收時(shí)間。 for (packet_id = 0。 packet_id = highest_packet_id 。 packet_id++) 計(jì)算機(jī)信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 { packet_duration=end_time[packet_id]start_time[packet_id]。 if (packet_duration0)end_to_end_delay+= packet_duration。 } avg_end_to_end_delay = end_to_end_delay / (receives)。 這段比較容易看懂，是用來計(jì)算有效數(shù)據(jù)包的平均端到端延遲時(shí)間。 unpdfraction = 1(receives/sends)*100。 這段程序 用來計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中的丟包率。本章節(jié)只是簡(jiǎn)單地介紹了一下本實(shí)驗(yàn)中的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠_本 與分析程序 中的關(guān)鍵代碼，至此腳本編撰完成。 仿真 程序運(yùn)行與分析 在編寫完模擬網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠_本之后就要開始進(jìn)入實(shí)驗(yàn)的主體部分，實(shí)驗(yàn)的運(yùn)行與分析。將前文提到的兩個(gè)工具產(chǎn)生的 CBR 流產(chǎn)生文件與 模擬移動(dòng)場(chǎng)景的文件、實(shí)驗(yàn)主體程序、 awk 分析程序放在同一目錄中，然后輸入指令即可。 運(yùn)行 tcl 腳本只需輸入如下命令： ns （程序名稱） AODV（路由協(xié)議） 運(yùn)行 awk 分析程 序需要輸入如下命令： awk – f 這行命令中 是 awk 程序的名字， 是 trace 文件的名字。本實(shí)驗(yàn)程序運(yùn)行結(jié)果如下圖所示： 圖 43 網(wǎng)絡(luò)腳本和分析程序運(yùn)行結(jié)果 可以從運(yùn)行界面看到，本實(shí)驗(yàn)設(shè)定結(jié)點(diǎn)為 100 個(gè)，使用 AODV 協(xié)議，開始仿真后產(chǎn)生了一個(gè) trace 文件，使用 awk 程序分析之后得到結(jié)果發(fā)送數(shù)據(jù)包總數(shù) 5578 個(gè)，收到數(shù)據(jù)包總數(shù) 5552 個(gè)，數(shù)據(jù)包投遞率 %，平均端到端延時(shí)： 秒，第一個(gè) 數(shù)據(jù)包到達(dá)時(shí)間： 秒。網(wǎng)絡(luò)腳本程序和 awk 分析程序運(yùn)行成功。 計(jì)算機(jī)信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 22 本章我們首先介紹了本課程實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與性能分析評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。本實(shí)驗(yàn)采取的主要是控制變量法，分別控制最大連接數(shù)、數(shù)據(jù)流速度、 結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)、結(jié)點(diǎn)停留時(shí)間、結(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度 5 個(gè)變量，研究不同路由協(xié)議在這些不同情況下的性能表現(xiàn)，使用的性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分別為：發(fā)送數(shù)據(jù)包數(shù)、 丟包率、平均端到端延時(shí)、第一個(gè) 數(shù)據(jù)包 到達(dá)時(shí)間 四個(gè)。 接下來本章重點(diǎn)介紹了 tcl 模擬網(wǎng)絡(luò)腳本程序和 awk 分析程序的關(guān)鍵代碼編寫，以此來實(shí)現(xiàn)本課程實(shí)驗(yàn)所需要的功能。并且概述了 trace 文件的內(nèi)容組成和 awk 語(yǔ)言的含義與特點(diǎn)。本章最后簡(jiǎn)單展示了網(wǎng)絡(luò)腳本程序和 awk 分析程序的運(yùn)行，更具體的運(yùn)行與分析過程將在下一章做出介紹。 計(jì)算機(jī)信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 23 第五章 路由協(xié)議性能分析 最大連接數(shù) 所謂連接數(shù)指的就是網(wǎng)絡(luò)中用來傳輸數(shù)據(jù)而建立的虛擬通道，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流會(huì)小于或等于最大連接數(shù)。所以這個(gè) 最大 連接數(shù) 的數(shù)值 和很多其他的網(wǎng)絡(luò)性能 指標(biāo)一樣，應(yīng)當(dāng) 是越大越好，然后也要考慮到網(wǎng)絡(luò) 中 的實(shí)際情況，不能盲目設(shè)置。 本實(shí)驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)模型參 數(shù)設(shè)定如下： 表 51 網(wǎng)絡(luò)模型參數(shù) 結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)（個(gè)） 100 最大連接數(shù)（個(gè)） 50、 60、 70、 80、 90、 100 數(shù)據(jù)流速