【正文】 Propagation Model Up target 16 移動結點基本配置 參數(shù) 如下： $ns nodeconfig –adhocRouting 配置 adhoc 網(wǎng)絡的路由類型 llType 數(shù)據(jù)鏈路層類型 macType MAC 層類型 ifqType 隊列類型 ifqLen 隊列長度 antType 天線類型 propType 無線信號傳輸模型 phyType 物理層類型 channelType 信道類型 topoInstance 拓撲對象 agentTrace 是否打開應用層 Trace routerTrace 是否打開路由的 Trace macTrace 是否打開應 MAC 層的 Trace movementTrace 是 否打開節(jié)點位置和移動信息的 Trace （ 2）移動節(jié)點的創(chuàng)建：調用模擬器對象 ns 的內部過程 node{}創(chuàng)建移動節(jié)點： for {set i 0} {$i $opt(nn)} {incr i} { set node($i) [$ns node] } 移動節(jié)點的運動 在實際的無線自組網(wǎng)絡中，站點的位置可能是不確定的，也就是說站點是 移動的，所以 NS2 中的移動節(jié)點也應該具有移動性。 圖 移動節(jié)點的結構示意圖 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。移動節(jié)點通過網(wǎng)絡接口連接到無線信道上。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成，它能夠在給定的拓撲范圍內移動，可以通過無線信道接收和傳送無線信號。 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)絡層的上層統(tǒng)計的，是指節(jié)點單位時間內收到的數(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?。該統(tǒng)計量反應了網(wǎng)絡的擁塞狀況，計算公式見式（ ）。丟包率的計算公式 見式（ ）。 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)絡質量等諸多因素影響下，可能產生數(shù)據(jù)分組丟失。在路由的建立和路由維護過程中，節(jié)點應用“高度” Metric 來建立一個以目的節(jié)點為根的有向非循環(huán)圖。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。此外，中間節(jié)點也可以使用路由緩存技術（ Routing Cache）來對協(xié)議作進一步優(yōu)化。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)點轉發(fā) RREQ，并附上自己的節(jié)點標識。 DSR 主要包括兩個過程：路由發(fā)現(xiàn)和路由維護?；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]。 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。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。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。 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 為反應式路由協(xié)議。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。標有更大序列號的路由信息總是被接收。 使用 DSDV 時，網(wǎng)絡中的每一個移動節(jié)點都需要維護一個路由表。 DSDV 以路由信息協(xié)議為基礎。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測 [6]。第二類是按需驅動（ 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。 一類是基于路由表驅動（ Table Driven）的路由協(xié)議。 因此，無線自組網(wǎng)與傳統(tǒng)移動通信網(wǎng)絡在路 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。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。 （ 3）模擬結果分析：結果分析是真正體現(xiàn)模擬工作成效的重要一環(huán)，模擬結果分析主要是對 trace 文件進 行分析。 （ 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。 NS2 模擬基本流程 圖 NS2 進行網(wǎng)絡模擬的基本流程 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 分析結果 結果滿意 ？ 分析問題 重新編譯 NS 編譯通過 ？ 調試 結束 開始 11 使用 NS2 進行網(wǎng)絡模擬的基本操作流程如圖 所示。 （ 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 類的關鍵字，匹配 器 類返回相應的新建對象。 （ 6） NS 對象 (NsObject)： NsObject 是所有網(wǎng)絡實體的基類，包括節(jié)點 、鏈路、代理，業(yè)務記錄 (Trace)和數(shù)據(jù)源等。 （ 5）代理 (Agent)：代理是實際產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/tcp 10 端口 )，代理知道與它相連的節(jié)點，以便把分組轉發(fā)給節(jié)點，它也知道分組大小，業(yè)務類型，目的地址。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)。 （ 3）節(jié)點（ Node）：節(jié)點是對實際網(wǎng)絡中分布在不同地理位置的主機、交換機、路由器等網(wǎng)絡設備的統(tǒng)一抽象，是構成網(wǎng)絡拓撲結構的一個重要組成部分。 目前 NS2 支持四種事件調度器，分別為鏈表式（ linkedlist）、堆式（ heap）、時間隊列式（ calendar）和實時（ realtime）調度器，其中時間隊列式為默認的事件調度器。 NS2 組成部分 （ 1）離散事件調度器（ Scheduler）：調度器是仿真器的心臟，它記錄當前時間，調度網(wǎng)絡事件鏈表中的事件。 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。 可選用 from all the pieces 或 allinone方式安裝，較為簡單。 Pc+Linux 優(yōu)點：源代碼開放，界面友好，網(wǎng)絡功能豐富，較穩(wěn)定。 支持 NS2 的必選軟件模塊，但對可選模塊的支持性差。 未安裝 Cygwin 時只可用 from all the pieces 方式安裝，較為復雜。 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，人性化設計，網(wǎng)絡及硬件支持良好，應用程序豐富。表 和表 是不同平臺對 NS 的支持情況。 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。網(wǎng)絡組件模擬網(wǎng)絡設備或節(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，獲取模擬結果。 NS2 可以說是 OTcl 的腳本解 釋器，它包含模擬事件高度器、網(wǎng)絡組件對象庫等?？紤]效果和操作便利等因素， NS 將數(shù)據(jù)通道和控制通道的實現(xiàn)相分離。采用 C++和 OTcl兩種開發(fā)語言進行開發(fā)。 NS2 使用一整套 C++類庫實現(xiàn)了絕大多數(shù)常見的網(wǎng)絡協(xié)議以及鏈路層的模型，利用這些類的實例就可以搭建起整個網(wǎng)絡的模型。 NS2 一直以來都在吸收全世 8 界各地研究者的成果 [4]。它也是目前網(wǎng)絡研究領域應用最廣泛的網(wǎng)絡模擬軟件之一。 NS2 是一個開放源代碼軟件，任何人可以獲得、使用和修改其源代碼。它最初的開發(fā)目的是為了研究大規(guī)模網(wǎng)絡以及當前和未來網(wǎng)絡協(xié)議的交互行為。在實際實施的時候，可以采用各種各樣的應用層協(xié)議和標準，比如 WAP(無線應用協(xié)議 )協(xié)議等。然 而，由于無線鏈路的不穩(wěn)定，傳統(tǒng)的有線網(wǎng)傳輸層協(xié)議，在無線環(huán)境下性能下降明顯，所以必須改進。 無線自組網(wǎng)在網(wǎng)絡層的一個重要問題是路由協(xié)議。 （ 3）網(wǎng)絡層： 網(wǎng) 絡層負責分組的路由，建立網(wǎng)絡服務類型以及在傳輸與鏈路層之間傳輸分組。其分為邏輯鏈路控制子層 (LLC)和媒介訪問子層 (MAC)。、藍牙 (Bluetooth)和超寬帶 (LJwB:ultrawideband)等規(guī)范都是具體的物理層協(xié)議。 無線自組網(wǎng)體系結構 參照 OSI/RM，無線自組網(wǎng)體系結構如圖 所示 [3]。 （ 5）其他應用：可應用于緊急和突發(fā)場合，如在發(fā)生了地震、水災、火災或遭受其它災難后，固定的通信網(wǎng)絡設施無法正常工作的情況下組建無 線自組網(wǎng)。 （ 4）移動會議：在室外臨時環(huán)境中，工作團體的所有成員可以通過 無線自組網(wǎng) 方式組成一個臨時網(wǎng)絡來協(xié)同完成一項大的任務，或協(xié)同完成某個計算任務。分散的傳感器通過 無線自組網(wǎng) 技術組成一個網(wǎng)絡，可以實現(xiàn)傳感器之間和與控制中心之間的通信。采用傳感器網(wǎng)絡 能夠跟蹤從天氣到企業(yè)商品庫存等各種動態(tài)事物，極大的擴充互聯(lián)網(wǎng)的功能。因其特有的無需架設網(wǎng)絡設施、可快速展開、 抗毀性強等特點， 無線自組 網(wǎng)是數(shù)字化戰(zhàn)場通信的首選技術。 無線自組網(wǎng)應用領域 由于 無線自組網(wǎng) 的特殊性，它適合用于無法或不便預先鋪設網(wǎng)絡設施的場合，以及其他需要快速自動組網(wǎng)的場合等。 （ 4） 無中心且所有節(jié)點地位平等：節(jié)點可以隨時加入 或 離開網(wǎng)絡，任意節(jié)點故障不會影響整個網(wǎng)絡運行，是一個無中心結構 的 對等式網(wǎng)絡，抗毀性強。 （ 3） 多跳路由：由于節(jié)點發(fā)射功率的限制，節(jié)點的覆蓋范圍是有限的。 （ 2） 動態(tài)拓撲：即網(wǎng)絡中的節(jié)點可以任意移動，并且可以隨時關閉電臺 。 無線自組網(wǎng)的特征 無線自組網(wǎng)由一組帶有無線通信收發(fā)裝置的移動終端節(jié)點組成，網(wǎng)絡中每個終端可以自由移動且 地位相等，是一個多跳、臨時、無中心網(wǎng)絡，因此它具有以下主要特征： （ 1） 自組織：即網(wǎng)絡的布設無需依賴于任 何預先架設的網(wǎng)絡設施。 1991 年成立的 IEEE 標準委員會采用了 “ Ad Hoc” 一詞來描述這種特殊的自組織對等式多跳移動網(wǎng)絡， 無線自組網(wǎng) 就此誕生。早在 1972 年，美國的 DARPA 就啟動了分組無線 網(wǎng)項目 PRNET，研究戰(zhàn)場環(huán)境下利用分組無線網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信。由于組網(wǎng)快速、靈活、使用方便，目前 無線自組網(wǎng) 已經得到了國際學術界和工業(yè)界的廣泛關注， 其應用也越來越廣泛 ，已經成為移動通信技術向前發(fā)展的一個重要方向，將在未 來的通信技術中占據(jù)重要地位。 2 無線自組網(wǎng) 無線自組網(wǎng)的產生和發(fā)展 “ Ad Hoc” 一詞來源于拉丁語，意思是 “ 專用的、特定的 ” 。 （ 4） 在已構建的仿真平臺上實現(xiàn) 路由協(xié)議 DSDV、 DSR、 AODV 基于 TCP連接 的仿真。 （ 2） 對無線自組網(wǎng)路由協(xié)議特別是幾種典型的路由協(xié)議進行學習和 研究 。目前對各路由協(xié)議基于 UDP 連接的仿真比較成熟，而基于 TCP連接的仿真相對較少，因此本課題的路由仿真的數(shù)據(jù)流為 tcp 流，然后根據(jù)仿真的結果分析和 比較 各 協(xié)議 在隨節(jié)點不斷增加和節(jié)點移動速度不斷增加 兩種 情況下 的性能。 本課題研的研究 內容 和方法 作為一種特殊無線移動網(wǎng)絡，路由協(xié)議是其重要的組成部分，也是研究的熱點問題。 4 自 20 世紀 90 年代以來 ，國內的一些大學和研究所也開始關注無線自組網(wǎng)技術，并對它進行了一些研究，如解放軍理工大學、清華大學等。 許多國家的無線通信技術研究人員在這方面展開了大量的研究工作。對該領域進行深入而廣泛的 研究將為無線自組 網(wǎng) 的應用提供重要科學依據(jù)。隨著無線自組網(wǎng)絡研究的發(fā)展和相關產品的成熟，無線自組網(wǎng)必將越來越受到人們的重視，應用領域也越來越廣泛，因而具有廣泛的研究價值與發(fā)展前景，給民用產品