【正文】 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。 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。它也是目前網(wǎng)絡研究領(lǐng)域應用最廣泛的網(wǎng)絡模擬軟件之一。 NS2 一直以來都在吸收全世7 界各地研究者的成果 [4]。 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 。采用 C++和 OTcl 兩種開發(fā)語言進行開發(fā)。考慮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。 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。網(wǎng)絡組件模擬網(wǎng)絡設(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 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。表 和表 是不同平臺對 NS 的支持情況。 8 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)絡及硬件支持良好，應用程序豐富。 未安裝 Cygwin 時只可用 from all the pieces 方式安裝，較為復雜。 支持 NS2 的必選軟件 模塊，但對可選模塊的支 持性差。 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。 可選用 from all the pieces 或 allinone方式安裝，較為簡單。 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。 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)絡事件鏈表中的事件。 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。 （ 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(shè)備的統(tǒng)一抽象，是構(gòu)成網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的一個重要組成部分。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)。 （ 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)務類型，目的地址。 （ 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。 （ 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，匹配器類返回相應的新建對象。 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(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)絡模擬的基本操作流程如圖 所示。 （ 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。 （ 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。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。 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。一類是基于路由表驅(qū)動（ Table Driven）的路由協(xié)議。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。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]。 DSDV 以路由信息協(xié)議為基礎(chǔ)。 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。標有更大序列號的路由信息總是被接收。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。 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。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。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。 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?；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]。 DSR 主要包括兩個過程：路由發(fā)現(xiàn)和路由維護。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。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。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。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。 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(zhì)量等諸多因素影響下，可能產(chǎn)生數(shù)據(jù)分組丟失。丟包率的計算公式見式（ ）。該統(tǒng)計量反應了網(wǎng)絡的擁塞狀況，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?。移動?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，它能夠在給定的拓撲范圍內(nèi)移動，可以通過無線信道接收和傳送無線信號。移動節(jié)點通過網(wǎng)絡接口連接到無線信道上。 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 。 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： $ns nodeconfig –adhocRouting 配置 adhoc 網(wǎng)絡的路由類型 llType 數(shù)據(jù)鏈路層類型 macType MAC 層類型 ifqType 隊列類型 ifqLen 隊列長度 antType 天線類型 propType 無線信號傳輸模型 phyType 物理層類型 channelType 信道類型 topoInstance 拓撲對象 agentTrace 是否打開應用層 Trace routerTrace 是否打開路由的 Trace macTrace 是否打開應 MAC 層的 Trace movementTrace 是否打開節(jié)點位置和移動信息的 Trace （ 2）移動節(jié)點的創(chuàng)建：調(diào)用模擬器對象 ns 的內(nèi)部過程 node{}創(chuàng)建移動節(jié)點： for {set i 0} {$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。這樣的移動節(jié)點就在一個 Z=0 的二維平面中運動。 NS2 提供了 setdest 工具用來隨機生成無線網(wǎng)16 絡所需要的節(jié)點的運動場景文件。 （ 1）移動范圍： set topo [new Topography] 創(chuàng)建拓撲對象，在節(jié)點設(shè)置時使用它來進行配 置 $topo load_flatgrid 1000 1000 設(shè)定一個 1000x1000 的屏幕 （ 2）創(chuàng)建 God 對象， God（ General operations director） 對象是一個存儲關(guān)于環(huán)境、網(wǎng)絡或者節(jié)點狀態(tài)等全局信息的對象： set god_ [create – god $val(nn)] $val(nn)仿真節(jié)點號 TCP 代理的創(chuàng)建和設(shè)置 （ 1） TCP 代理創(chuàng)建步驟： 步驟一：創(chuàng)建一個 Agent/TCP 對象，作為分組的發(fā)送器； 步驟二：設(shè)置 Agent/TCP 對象的部分內(nèi)部變量； 步驟三：創(chuàng)建一個 Agent/TCPSink 對象，作為分組的接收器； 步驟四：在發(fā)送和接收代理之間創(chuàng)建 connect 連接。 表 仿真參數(shù) 場景 范圍 節(jié) 點數(shù) 節(jié)點移動 最大速度 (m/s) 靜止 時間 (s) 數(shù)據(jù) 連接 業(yè)務 類型 分組 發(fā)送率 (512b/s) 模擬 時間 （ s） 節(jié)點 增加 1000x1000 30 50、 60 70、 80、 90 100 20 10 12 1 24 2 3 36 40 TCP 150 移動 速度 增加 1000x1000 30 8 1 14 1 1 20 10 10 TCP 150 仿真結(jié)果分析 動畫演示工具 nam nam 是基于 Tcl/Tk 的動畫演示工具，用于演示網(wǎng)絡運行動畫，例如網(wǎng)絡拓撲、包傳輸和隊列管理等。后來這項工具漸漸流行開，并且得到其他個人和組織的繼續(xù)改進和完善。當然，任何其它軟件只要按照 nam 要求的數(shù)據(jù)格式輸出，同樣可以 利用 nam 來進行動畫演示。 ② 調(diào)用 nam： nam 調(diào)用一般是在 NS 仿真結(jié)束之后，所以在 stop{}過程之后添加代碼： exec nam amp。 （ 2）事件產(chǎn)生的時間，單位為秒。 （ 4） Trace 名稱：共有三種不同的類型，分別為： RTR：路由器 Trace； AGT：代理 Trace； MAC： MAC 層 Trace。 （ 7）分組的 ID。 （ 9）分組大小，單 位為字節(jié)。 （ 11）接收節(jié)點的 MAC 地址。 （ 13） MAC 層封裝的分組類型。 19 （ 18）發(fā)送分組的源 IP 地址：格式為 “ 節(jié)點號 .端口號 ” 。 （ 21）源節(jié)