【正文】 ............................................................... 21 結(jié)論 .............................................................................................................................. 25 參考文獻 ...................................................................................................................... 27 致謝 .............................................................................................................................. 29 1 基于 NS2 的無線自組網(wǎng)路由協(xié)議的研究與仿真 李聰穎 （湖南城市學(xué)院計算機科學(xué)系 20xx 屆信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)，益陽， 413000） 摘 要 ： 無線自組網(wǎng)是一個多跳、臨時、可自由移動 的 無中心網(wǎng)絡(luò)。 其自身的特殊性決定了路由協(xié)議的特殊性和重要性， 因此，需要為無線自組網(wǎng)設(shè)計專門的路由協(xié)議和各種算法。通過比較，選取常用的表驅(qū)動路由協(xié)議 DSDV（ DestinationSequenced DistanceVector） 和按需驅(qū)動路由協(xié)議AODV(Ad hoc Ondemand Distance Vector Routing)、 DSR(Dynamic Source Routing)作為研究對象，利用網(wǎng)絡(luò)模擬器 NS2 進行仿真， 并 選取時延、丟包率、吞吐量等 參數(shù) 對仿真結(jié)果進行分析和性能評價。 關(guān)鍵詞 ： 無線自組網(wǎng)；路由協(xié)議；仿真； NS2；性能分析 2 Research and Simulation of the Ad Hoc Routing Protocol Based on NS2 LI Congying (20xx Year Student of the Information Management and Information System Dept. Hunan City University, Yiyang, Hunan, 413000, China) Abstract: Ad Hoc is a multihop, temporary, free mobile work with no doesn‘t need existed infrastructure to support and it is constructed rapidly at anytime and particularity of Ad Hoc determines the specificity and importance of Routing Protocol. So we should design professional routing protocols and algorithms for Ad Hoc. This article researches the architecture and stratification of Ad Hoc , and then analyzes the routing protocol. By parison, select the monly used tabledriven routing protocol DSDV and ondemand driven routing protocol AODV and DSR for the study, use the work simulator NS2 to simulate. The delay, loss rate and throughput are selected as parameters to analyze the routing protocols and we evaluate their performance. The results show that when nodes and data trafiics are not large, the overall performance of DSR is the best。 routing protocol。 NS2。近年來，移動通信技 術(shù)得到了飛速發(fā)展和普及。這些技術(shù)的出現(xiàn)，極大 地 方便了人們的生活，同時也推動了無線通信技術(shù)的發(fā)展。其應(yīng)用范圍可以覆蓋工業(yè)、商業(yè)、醫(yī)療、家庭、辦公環(huán)境、軍事等各種場合。 無線自組網(wǎng)的路由協(xié)議作為影響網(wǎng)絡(luò)性能的一個重要因素，是確保無線自組網(wǎng)正確運行的關(guān)鍵。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 由于無線自組網(wǎng)絡(luò)的特殊性，傳統(tǒng)固定網(wǎng)絡(luò)和移動通信網(wǎng)中使用的各種路由協(xié)議（如 RIP、 OSPF 等）無法直接被使用，因此，需要為無線自組網(wǎng)設(shè)計專門的路由協(xié)議和算法，還要對無線自組網(wǎng)的應(yīng)用、組網(wǎng)、管理等進行專門的研究。目前已有很多研究機構(gòu)加入到了無線自組網(wǎng)技術(shù)的研究中，如美國加州大學(xué)克魯茲分校 教授領(lǐng)導(dǎo)的“計算機通信研究小組”；美國國家 標準和技術(shù)研究所“無線通信技術(shù)小組”； IETF 也專門成立了 MANET 工作組，負責無線自組網(wǎng) 的路由協(xié)議標準化工作 [12]。國家將無線自組網(wǎng)技術(shù)明確地列入在 20xx 年制定的《國家中長期科學(xué)的技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》中。 本課題主要是對無線自組網(wǎng)單播路由協(xié)議進行深入的研究與學(xué)習(xí)，然后利 用NS2 構(gòu)建模擬平臺，在此平臺下實現(xiàn) 以下 幾種典型的路由協(xié)議 DSDV、 DSR 和AODV 的仿真。 具體研究過程可分為以下幾個部分： （ 1） 了解無線自組網(wǎng)，包括其產(chǎn)生、發(fā)展以及其特點和應(yīng)用領(lǐng)域。 （ 3） 認識和熟悉 NS2 網(wǎng)絡(luò)模擬器，熟悉 Tcl/OTcl 編程語言。 （ 5） 根據(jù)仿真結(jié)果對這三種協(xié)議在隨節(jié)點增加和移動速率增加的 情況下 的性能進行分析和評價。 無線自組網(wǎng) 通常也可稱為 “ 無固定設(shè)施網(wǎng) ” 或 “ 自組織網(wǎng) ” 。 無線自組網(wǎng) 的前身是分組無線網(wǎng) (Packet Radio Network,PRNET)，對分組無 5 線網(wǎng)的研究源于軍事通信的需要。在此之后，DARPA于 1983年啟動了高殘存性自適應(yīng)網(wǎng) (Survivable Adaptive Network,SURAN)項目，研究如何將 PRNET 的研究成果加以擴展，以支持更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)， 1994年， DARPA 又 啟 動 了 全 球 移 動 信 息 系 統(tǒng) (Global MobileInformation Systems,GloMo) 項目，旨在對能夠滿足軍事應(yīng)用需要的、高抗毀性的移動信息系統(tǒng)進行全面深入的研究。IETF 專門成立了 (Mobile Ad Hoc Network,MANET) 小組來研究無線 自組 網(wǎng)的相關(guān)問題 [2]。節(jié)點開機后就可以快速、自動地組成一個獨立的 網(wǎng)絡(luò)。發(fā)送裝置的天線類型多種多樣，發(fā)送功率的變化，無線信道間的相互干擾，地形和天氣等綜合因素的影響，造成網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)變化難測。當要與其覆蓋范圍之外的節(jié)點進行通信時，需要中間節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)，即要經(jīng)過多跳才能到達目的 節(jié)點。 （ 5） 靈活性好：無線自組網(wǎng)中的工作站可以隨時加入或離開，這對于一些根據(jù)需求而需要隨時組建網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 非 常適合。目前為止，其主要的應(yīng)用領(lǐng)域有： 6 （ 1）軍事應(yīng)用：軍事應(yīng)用是 無線自組網(wǎng) 技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域。 （ 2）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)：傳感器網(wǎng)絡(luò)是 無線自組網(wǎng) 技術(shù)應(yīng)用的另一大領(lǐng)域。對于很多應(yīng)用場合來說傳感器網(wǎng)絡(luò)只能使用無線通信技術(shù)，并且傳感器的發(fā)射功率很小。 （ 3）個人通信：個人局域網(wǎng) (Personal Area Network,PAN)是 無線自組 網(wǎng)技術(shù)的又一應(yīng)用領(lǐng)域，用于實現(xiàn) PDA、手機、掌上電腦 等個人電子通信設(shè)備之間的通信，并可以構(gòu)建虛擬教室和討論組等嶄新的移動對等 (Mobile PeerToPeer)應(yīng)用。在室內(nèi)辦公環(huán)境中，辦公人員攜帶的包含 無線自組網(wǎng) 收藏器的 PDA 可以通過無線方式自動從臺式機上下載電子郵件，更新工作日程表等。還可與蜂窩移動通信系統(tǒng)等現(xiàn)有移動通信系統(tǒng)相結(jié)合，利用移動的多跳轉(zhuǎn)發(fā)能力來擴展現(xiàn)有蜂窩移動通信系統(tǒng)的覆蓋范圍等。 圖 無線自組網(wǎng)體系結(jié)構(gòu) 7 下面介紹各層的基本情況： （ 1 ）物理層：物理層包括射頻 (RF) 電路、調(diào)制和信道編碼系統(tǒng)。 （ 2）數(shù)據(jù)鏈路層 :：數(shù)據(jù)鏈路層負責在不可靠 的無線鏈路上建立可靠和安全的邏輯鏈路。以 為例，其 LLC 子層負責無線鏈路差錯控制、流量控制、將網(wǎng)絡(luò)層的分組組幀以及重傳等，而 MAC 子層負責節(jié)點對無線媒介訪問的控制和幀的加解密操作等?？紤]到無線自網(wǎng)的動態(tài)性，網(wǎng)絡(luò)層需要負責分組的重新路由和移動管理等。 （ 4）傳輸層：傳 輸層 負責提供端到端的可靠數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。 （ 5）應(yīng)用層： 無線自組 網(wǎng)的應(yīng)用層指定的是各種各樣類型的業(yè)務(wù)。 3 網(wǎng)絡(luò)模擬器 NS2 NS2 簡介 NS2（ Network Simulator Version2） 是一款開放源代碼的網(wǎng)絡(luò)模擬軟件，最初由加州大學(xué)伯克分校 （ UC Berkeley） 開發(fā)。它為模擬研 究有線和無線網(wǎng)絡(luò)上的 TCP/IP、路由和多播等協(xié)議提供了強有力的支持。正 因為如此，世界各地的研究人員每天都在擴展和更新它的功能，為其添加了新的協(xié)議和功能。 NS2 來源于 1989 年的 Real NetWork Simulator 項目，經(jīng)過多年的發(fā)展，于1995 年得 到 Xerox 公司的支持，加入 VINT 項目。 NS2 是一款面向?qū)ο蟮?、離散事件驅(qū)動的網(wǎng) 絡(luò)模擬器，可以完整地模擬整個網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。 NS2 使用了被稱為分裂對象模型的開發(fā)機制。它們之間采用 TclCL 進行自動連接和映射。為了減少分組和事件的處理時間，事件調(diào)度器和數(shù)據(jù)通道上的基本網(wǎng)絡(luò)組件對象都使用 C++編寫，這些對象通過 TclCL 映射對 OTcl解釋器可見。事件調(diào)度器控制模擬進程，在適當時間激活事件隊列中的當前事件，并執(zhí)行該事件。 NS2 采用這種分裂模型既提高了模擬效率，加快了模擬速度，又增強了模擬配置的靈活性和操作的簡便性。另外， NS2 也可以在 Windows 平臺上運行。 表 不同平臺對 NS2 的支持情況 TclTK OTcl TclCL Ns Nam xgraph cweb sgb Gtitm and sgb2ns zlib Pc+Windows Y Y Y Y Y N Y N N N Pc+Linux Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y 注： Y——支持， N——不支持。 缺點：代碼冗繁，系統(tǒng)穩(wěn)定性及自身修復(fù)能力差。 安裝 Cygwin 后可用 allinone 方式安裝較為簡單。 容易引發(fā)較多問題，相關(guān)幫助文檔及可咨詢信息較少，解決問題難度較大。 缺點：應(yīng)用軟件及硬件驅(qū)動程序缺乏。 對 NS2 的必選模塊和可選模塊支持性良好。相關(guān)幫助文檔及論壇較多，可獲得的幫助較多，使問題解決較為容易。它有一個靜態(tài)成員變量 instance，供所有的類訪問同一個調(diào)度器，提供函數(shù)產(chǎn)生新事件，指定事件發(fā)生的時間。 （ 2）事件處理器 (Handler)： Handle 是所有處理事件類的基類，它只是一個虛擬函數(shù)，每個繼承類實現(xiàn)自己的功能 。 （ 4）鏈路 (Link)：鏈路用來連接節(jié)點和路由器。另外還有一個獨立的對象來記錄隊列日志。 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。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。匹配器類被定義成靜態(tài)的，只允許一個實例對象 [5]。 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。 （ 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。 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)拓撲結(jié)構(gòu) 的 不斷變化。 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。 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 。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)拓撲改變時交換路由信息，由此減少了獲得路由延時，能夠立即判斷目的節(jié)點的可達性，但是耗費了網(wǎng)絡(luò)資源。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)機制尋找到達目的節(jié)點的