【正文】 定了最大連接數(shù)，這個數(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)值每個數(shù)據(jù)包大小為512B。接下來我們需要介紹兩個NS2中的小工具【1】：第一個是cbrgen。由于DSDV協(xié)議與DSR協(xié)議、AODV協(xié)議采用的接口隊列類型不同，所以這里使用了一個if判斷程序。opt（0）變量是用來存儲運(yùn)行腳本時輸入的命令變量的，這里的命令變量就是指三種路由協(xié)議：DSDV,DSR,AODV。if { $opt(0)==DSR} { set opt(ifq) CMUPriQueue} else { set opt(ifq) Queue/DropTail/PriQueue 。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/TwoRayGroundset opt(netif) Phy/WirelessPhyset opt(mac) Mac/802_11set 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。 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)腳本的語言。第一個數(shù)據(jù)包到達(dá)時間（First packet received time）【1】：此評估標(biāo)準(zhǔn)主要用來評價網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)中的路由表的收斂時間。這個參數(shù)是衡量路由協(xié)議的性能的重要標(biāo)準(zhǔn)。在本試驗(yàn)中，主要采用了4個評價標(biāo)準(zhǔn)：發(fā)送數(shù)據(jù)包數(shù)（Total packet sends）：本實(shí)驗(yàn)采用CBR流，這個參數(shù)記錄了在仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)定的時間內(nèi)，CBR來源端能夠發(fā)送的數(shù)據(jù)包總數(shù)。本課題實(shí)驗(yàn)主要是研究Ad hoc網(wǎng)絡(luò)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(chǔ)的控制變量法。結(jié)點(diǎn)移動速度10米/秒，模擬時間設(shè)定為100秒，移動場景范圍為500米乘以500米。結(jié)點(diǎn)移動速度變量為111120米\秒。在變量為結(jié)點(diǎn)移動速度的實(shí)驗(yàn)中，設(shè)定網(wǎng)絡(luò)模型為50個結(jié)點(diǎn)，最大連接數(shù)為10個，數(shù)據(jù)流速度為10個/秒。結(jié)點(diǎn)停留時間為10秒，結(jié)點(diǎn)移動速度10米/秒，模擬時間設(shè)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。在變量為數(shù)據(jù)流速度的實(shí)驗(yàn)中，設(shè)定網(wǎng)絡(luò)模型為100個結(jié)點(diǎn)，最大連接數(shù)為10個。結(jié)點(diǎn)停留時間為10秒，結(jié)點(diǎn)移動速度10米/秒，模擬時間設(shè)定為100秒，移動場景范圍為500米乘以500米。以下為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的模型設(shè)計細(xì)節(jié)：在變量為最大連接數(shù)的實(shí)驗(yàn)中，設(shè)定網(wǎng)絡(luò)模型為100個結(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)流速度為10個/秒。按照NS2仿真實(shí)驗(yàn)的流程，首先我們要編寫tcl語言模擬網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠_本，并且確定網(wǎng)絡(luò)特性，業(yè)務(wù)量模型還有一些網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，尤其是trace文件的設(shè)立。最后，概述了NS2完成仿真實(shí)驗(yàn)的主要過程：首先編寫tcl模擬網(wǎng)絡(luò)腳本，運(yùn)行后產(chǎn)生trace文件，再使用awk程序?qū)υ撐募M(jìn)行分析，更改網(wǎng)絡(luò)模型后重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，最后得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。NS2是一個由離散事件驅(qū)動面向?qū)ο蟮姆抡孳浖?，主要使用otcl語言和c++進(jìn)行開發(fā)，基本能夠完成目前學(xué)術(shù)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(luò)教學(xué)工作。首先介紹了cygwin軟件，這是一款運(yùn)行在windows上的類unix環(huán)境軟件，并簡單介紹了它的安裝過程。5．不斷調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和其他細(xì)節(jié)配置，重復(fù)上述步驟反復(fù)進(jìn)行模擬過程，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)性能的分析比較。4．使用NS2運(yùn)行已編寫完成的tcl腳本，得到trace文件。NS2軟件會將網(wǎng)絡(luò)中的通信信息均記錄在trace文件中，方便研究者對網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析。2．在腳本中設(shè)定協(xié)議代理，并且對業(yè)務(wù)量模型的參數(shù)進(jìn)行配置，據(jù)此確定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的業(yè)務(wù)分布。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(luò)腳本。圖35 nam程序運(yùn)行界面 NS2的仿真過程N(yùn)S2具備了很多功能模塊【1】，最基本的有結(jié)點(diǎn)（node）、鏈路（link）、代理（agent）、數(shù)據(jù)包（packet）、事件調(diào)度器等等模塊。研究者只需在tcl腳本中寫入相關(guān)的nam命令以及為路徑結(jié)點(diǎn)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(luò)實(shí)驗(yàn)的過程，正如下圖所示。并且利用到了nam組件。運(yùn)行一個簡單的程序檢查是否安裝成功。然后需要修改NS2的信息。打開cygwin，進(jìn)入NS2安裝包所在的目錄，輸入指令解壓縮安裝包： tar zxvf 進(jìn)入安裝包目錄：cd這些都是NS2能夠正常運(yùn)行所必須的。 NS2的安裝因?yàn)镹S2只能安裝在unix環(huán)境當(dāng)中，所以在完成本課題研究時選擇預(yù)先安裝了cygwin環(huán)境。此外NS2軟件也能被簡單地當(dāng)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(luò)拓?fù)浯a【3】，設(shè)定相應(yīng)的結(jié)點(diǎn)、路由算法等等細(xì)節(jié)，就可以使用NS2進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)，NS2軟件在仿真過程中會設(shè)立一個trace文件，該文件中會詳細(xì)記錄網(wǎng)絡(luò)通信中發(fā)生的事件及其細(xì)節(jié)，以便研究者進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研發(fā)。NS2包含了仿真事件調(diào)度器，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模型庫和網(wǎng)絡(luò)組件對象庫等組件?，F(xiàn)在，無論在學(xué)術(shù)界還是教育界【13】,都有很多人在學(xué)習(xí)和使用著NS2仿真軟件。NS2軟件經(jīng)過不斷發(fā)展，幾乎已經(jīng)涉及到了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的方方面面，它所能提供的實(shí)驗(yàn)?zāi)K非常豐富，這讓使用者利用NS2來研究開發(fā)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)時會很方便，NS2軟件已經(jīng)成為了當(dāng)前學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)可和實(shí)際應(yīng)用的一種網(wǎng)絡(luò)模擬軟件。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(luò)技術(shù)的免費(fèi)的、源代碼公開的軟件模擬平臺，一個面對對象的網(wǎng)絡(luò)仿真器。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(shè)置，將軟件安裝路徑添加到PATH變量中之后，安裝過程順利結(jié)束。圖31 工具集和軟件包選擇界面。如果windows操作系統(tǒng)為64位，則選擇“setupx86 ”這個下載文件。Cygwin的安裝比較簡單，比較好的方法是采用網(wǎng)絡(luò)安裝的方式【1】。利用cygwin中的gun工具集來進(jìn)行在windows平臺上的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)，或者需要學(xué)習(xí)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。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是一個類unix模擬環(huán)境，能夠在多個版本的window平臺上運(yùn)行，是一個許多軟件的集合【4】。第三章 實(shí)驗(yàn)平臺搭建 cygwin實(shí)驗(yàn)環(huán)境由于本課題需要研究Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)，因此需要進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。DSR協(xié)議主要包含了路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)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。這一類主要有DSR,AODV協(xié)議。先驗(yàn)式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也稱為表驅(qū)動協(xié)議，每個移動結(jié)點(diǎn)會周期性發(fā)送一些路由信息，其他移動結(jié)點(diǎn)就根據(jù)收到的路由信息去修改本結(jié)點(diǎn)存儲的路由表，這一類主要有DSDV協(xié)議。本章還重點(diǎn)介紹了Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議。本章然后介紹了Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的概念與特點(diǎn)。知道了Ad hoc網(wǎng)絡(luò)是上世紀(jì)70年代由美國開始研究以應(yīng)對軍事需要的產(chǎn)物。 本章小結(jié)本章主要是對Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的概述介紹。在轉(zhuǎn)發(fā)路由請求分組時，該結(jié)點(diǎn)會將上一次請求的ID存儲在路由表中，依靠這些信息構(gòu)建一條由目的結(jié)點(diǎn)到達(dá)源結(jié)點(diǎn)的反向路由。在AODV協(xié)議中，路由請求分組中的序列號被用來防止循環(huán)路由的發(fā)生，此外，每一個請求都會被分配有一個ID，這是用來避免重復(fù)的請求分組信息擁堵在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。如沒有，則向鄰居結(jié)點(diǎn)廣播路由請求。 AODV路由協(xié)議按需距離矢量路由協(xié)議（AODV）是DSDV路由協(xié)議和DSR路由協(xié)議的結(jié)合與改進(jìn)【9】，既有DSDV中的周期廣播、序列號、逐跳路由等，又有DSR按需進(jìn)行路由維護(hù)和路由發(fā)現(xiàn)的功能。由于每一個跳躍（Hop）都會被路徑記錄所存儲，所以在完成路由發(fā)現(xiàn)這個過程之后，目的結(jié)點(diǎn)可能會發(fā)現(xiàn)很多條從源結(jié)點(diǎn)到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)的路徑，目的結(jié)點(diǎn)會根據(jù)其他特性選擇最佳路徑，并將此信息發(fā)送回源結(jié)點(diǎn)。如果未發(fā)現(xiàn)，則向其他結(jié)點(diǎn)廣播該路由請求。網(wǎng)絡(luò)中某個結(jié)點(diǎn)想要傳送數(shù)據(jù)包給另外一個結(jié)點(diǎn)時，首先會檢查自己的路徑緩存中是否有能夠達(dá)到目的結(jié)點(diǎn)的可用路徑。因?yàn)镈SR中的結(jié)點(diǎn)只在需要尋找路徑時，才會嘗試去動態(tài)尋找路徑，所以大大減少了協(xié)議開銷以及路由發(fā)現(xiàn)的耗費(fèi)。如果兩個目的結(jié)點(diǎn)序列號相同，那么將比較其他特性來選擇最優(yōu)的路由（比如系統(tǒng)開銷最少等）【6】。DSDV提供兩種主動式的無線環(huán)境更新信息策略：如果網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓^快，就將完整的路徑表信息傳送給鄰居，稱為全部更新（Full dump）；還有一個方式被稱為部分更新（Incremental update），更新消息只是從上次交換至今所更改的部分信息發(fā)送出去，所以通常被應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化不明顯的情況。網(wǎng)絡(luò)中結(jié)點(diǎn)會不斷地與相鄰結(jié)點(diǎn)交換路由表等信息，當(dāng)路由表發(fā)生改變，例如當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有很大的變化時，相應(yīng)的路由信息也會被廣播并更新。 DSDV路由協(xié)議目的序列距離矢量路由協(xié)議（DSDV）是傳統(tǒng)的距離向量算法的改進(jìn)版本【6】。和先驗(yàn)式路由協(xié)議比較起來，反應(yīng)式路由協(xié)議在每個結(jié)點(diǎn)所需要的數(shù)據(jù)量都比較小【2】，且不需要保存整個網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的路由信息，因此反應(yīng)式協(xié)議的主要優(yōu)點(diǎn)就是占用頻寬較少，但其缺點(diǎn)是未必每一個無線結(jié)點(diǎn)都要發(fā)送數(shù)據(jù)包，所以平均端到端延時會較長。采用這種協(xié)議時，無線結(jié)點(diǎn)只有在需要傳送數(shù)據(jù)包卻發(fā)現(xiàn)不了到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)的可用路徑時，才會開始協(xié)議的運(yùn)作。如果增加廣播之間的間隔時間，以此來減少對頻寬和結(jié)點(diǎn)能源的浪費(fèi)，那又會導(dǎo)致結(jié)點(diǎn)存儲的路由表無法即時回饋網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，目的序列距離矢量路由協(xié)議DestinationSequenced DistanceVector Protocol（DSDV）就屬于這一類路由協(xié)議。采用先驗(yàn)式路由協(xié)議，源結(jié)點(diǎn)在傳送數(shù)據(jù)包時已經(jīng)得知到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)的完整路徑，從而不會有延遲存在。網(wǎng)絡(luò)中的每個無線結(jié)點(diǎn)間隔固定的一段時間就會發(fā)送相關(guān)的路由信息，每個無線結(jié)點(diǎn)會根據(jù)受到的路由信息來修改存儲在本結(jié)點(diǎn)的路由表。在無線自組織網(wǎng)絡(luò)中，路由協(xié)議可以分成以下兩大類：先驗(yàn)式（Proactive Routing Protocl）路由協(xié)議【1】：這一類路由協(xié)議也被稱為基于路由表驅(qū)動（Table Driven）的路由協(xié)議。通過上面章節(jié)的介紹我們了解到，無線自組織網(wǎng)絡(luò)是一個多跳的網(wǎng)絡(luò)，移動結(jié)點(diǎn)一方面承擔(dān)主機(jī)的工作，另一方面承擔(dān)路由器的職責(zé)，比如進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)和路由維護(hù)等工作。 Ad hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議以及分類在無線自組織網(wǎng)絡(luò)中，結(jié)點(diǎn)的隨機(jī)移動會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化甚至是徹底更新。易受攻擊性：一般而言，移動網(wǎng)絡(luò)都會比固定網(wǎng)絡(luò)更易受到物理安全攻擊，同樣的，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)也存在易于遭受竊聽和拒絕服務(wù)等等攻擊的問題【5】。無線通信帶寬限制：由于Ad hoc網(wǎng)絡(luò)并不依靠有線基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行通信，所以，結(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸全部通過無線的形式來實(shí)現(xiàn)【13】，因?yàn)闊o線通信信道自身的物理條件限制，這種信道能夠提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬與有線通信信道相比肯定低得多。結(jié)點(diǎn)能源限制：由于組成Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)大都是一些移動設(shè)備，如筆記本電腦、手機(jī)、pad等。無中心特性：在Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中并沒有任何結(jié)點(diǎn)或者說主機(jī)來作為中心去控制其他結(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)中的所有結(jié)點(diǎn)都是通過分布式的協(xié)議來實(shí)現(xiàn)相互連接【3】。無線自組織網(wǎng)絡(luò)的建立完全不依賴于已預(yù)先建設(shè)好的通信設(shè)備，所以說具有一定的獨(dú)立性。此外，與移動IP網(wǎng)絡(luò)不同，無線自組網(wǎng)絡(luò)中結(jié)點(diǎn)的隨機(jī)移動可能會導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生徹底的改變。網(wǎng)絡(luò)中的移動結(jié)點(diǎn)一般是筆記本電腦、手機(jī)、pad等移動終端設(shè)備，無線自組織網(wǎng)絡(luò)不同于普通的移動IP網(wǎng)絡(luò)：在移動IP網(wǎng)絡(luò)中，主機(jī)需要通過預(yù)先架設(shè)好的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)施才能完成與保持通信正常進(jìn)行，而基站和基站之間采用的均為有線網(wǎng)絡(luò)，整個IP網(wǎng)絡(luò)中使用的路由協(xié)議與一般的互聯(lián)網(wǎng)相同【4】。所以在無線自組織網(wǎng)絡(luò)中，每個結(jié)點(diǎn)作為主機(jī)的同時也是一個路由器，承擔(dān)著路由器所應(yīng)該進(jìn)行的工作。 Ad hoc網(wǎng)絡(luò)概念及特點(diǎn) Ad hoc網(wǎng)絡(luò)概念A(yù)d hoc網(wǎng)絡(luò)中，如果兩個移動結(jié)點(diǎn)在各自的通信能力范圍之內(nèi)，那么這兩個結(jié)點(diǎn)就能夠?qū)崿F(xiàn)直接通信【6】。因?yàn)樽越M網(wǎng)的各種特性與優(yōu)勢，使它可以地應(yīng)用于現(xiàn)代化戰(zhàn)場、緊急情況應(yīng)對與搶險救災(zāi)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、家庭網(wǎng)絡(luò)、個人網(wǎng)絡(luò)等眾多領(lǐng)域，具有很高的應(yīng)用潛力。開始這個項目的目的是研究如何將分組無線網(wǎng)的實(shí)際成果加以擴(kuò)展，以便支持規(guī)模更大的網(wǎng)絡(luò)【5】。然而，此類研究項目在當(dāng)時是嚴(yán)格保密的，所以從上世紀(jì)70年代一直到90年代初這段時間里，很難通過當(dāng)時公開的學(xué)術(shù)資料中得到真正有用的相關(guān)信息。分組無線網(wǎng)絡(luò)的研究項目事實(shí)上也就是開啟了移動自組網(wǎng)（Mobile Ad Hoc Network，簡稱MANET或Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)）【5】的研發(fā)。所以，能自組織、無中心是這種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和其他一般性的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重要區(qū)別之一。現(xiàn)在可以認(rèn)為進(jìn)行這個項目的目的主要就是滿足戰(zhàn)場上的通信的需求。最后對本論文的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，以便讀者更好地閱讀和把握本論文。本章還明確了在本課題的研究過程中所需要采用的實(shí)驗(yàn)環(huán)境cygwin和仿真軟件NS控制變量法的研究方法等等。本章首先介紹了本畢業(yè)設(shè)計的課題研究背景與現(xiàn)狀，明確了無線自組織網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與應(yīng)用背景以及目前國內(nèi)外關(guān)于Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的最新研究進(jìn)展。第五章：介紹了對Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中所使用的各個路由協(xié)議在不同情況下的性能分析與比較，并給出了結(jié)果評價總結(jié)。第三章：介紹了課題研究所需要的實(shí)驗(yàn)環(huán)境與