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1、扬州市职业高校毕业设计 论文）32 / 28设计论文） 题目： 基于 NS2 的泛洪路由协议的实现与仿真的设计系别： 电子工程系专业： 通 信 技 术 班级： 09 通信3 ）班学号： 0906020306姓名： 丁威指导老师：丁晨 阳完成时间： 2021-04-29目录1 绪论52NS-2 结构与功能72.1 NS-2 的原理概述72.1.1离散大事模拟器72.2.2丰富的构件库82.1.3分裂对象模型 82.1.4开放的源代码 82.2 NS进行网络模拟的方法和一般过程92.3 分裂对象模型和 Tc1CL 92.4 NS基础102.5与 NS-2 相关几个常用工具122.6 Otcl实现模
2、拟的一般过程143.1Ad Hoc 网络的概念 153Aod Hoc 网络的简洁介绍 153.2 Ad Hoc 网络的主要特点 153.3 Ad Hoc网络的结构 164 泛洪路由协议的设计实现174.1 泛洪路由协议174.2 添加路由协议类174.3 定义包头类型184.4添加/ 修改源文件 184.5 编译代码195 泛洪路由协议的仿真测试195.1初步测试195.2 场景测试246 总结26致谢 27参考文献28摘要网络模拟是进行网络技术争论的一种基本手段；争论过程中， 由于各种缘由，实际网络系统的实现往往是现代较高或是不现实的；在这种情形下，模拟就成了正确可供挑选的测试,评估和验证手
3、段之一；网络模拟有着周期小，成本低等特点，而且可以是争论者更简洁理应他人的争论成果，可以是争论者更专心于自己所争论的部分而不必为系统的其他部分耗费过多精力；关键词NS ；网络模拟；Ad Hoc；无线自组网；路由协议；仿真；性能分析第一章绪论1.1 背 景网络模拟是进行网络技术争论的一种基本手段；在新技术的争论过程中，由于各种缘由，实际网络系统的实现往往是代价较高或是不现实的；在这种情形下，模拟就成了正确可供挑选的测试、评估和验证手段之一；网络模拟有着周期小、成本低等特点，而且可以使争论者更简洁利用他人的争论成果；NS2 正是这样一种针对网络技术的源代码公开的、免费的软件模拟平台；它是美国 DA
4、RPA支持的工程 VINTVirtual InterNet Testbed）开发的通用的多协议网络模拟软件，其中集成了大量典型的有线、无线甚至卫星网络下各个层的协议，同时 NS 广泛的用户又在不断地对这个系统进行完善和修改；正是由于NS2的这种开放性，使争论者更好的进行各种算法的实现和协议的改进；Ad Hoc 网络是一组具有无线收发装置的移动节点组成的一个多跳的暂时性的自组织系统，具有以下一些主要特点：动态拓扑，即网络中的节点可以任意移动，因此，网络的拓扑结构也可能会变化；链路带宽受限、容量时变，由于拓扑动态变化导致每个节点转发的非自身作为目的地的业务量随时间而变化，因此与有线网络不同，它的链
5、路容量表现出时变特点；动力受限，能量受限，由于网络节点的移动特点，其中大多数节点以电池作为动力，在进行系统设计时节能就成为一个特别重要的指标；物理上安全有限，移动网络比固定网络 开头编写 Otc1 脚本；第一配置模拟网络拓扑结构，此时可以确定链路的基本特性，如推迟、带宽和丢失策略等2 建立协议代理，包括端设备的协议绑定和通信业务量模型的建盆3 配置业务量模型的参数，从而确定网络上的业务量分布；4 设置 Trace 对象； Trace 对象能够把模拟过程中发生的特定类型的大事记录在 trace文件中； NS通过 trace文件来储存整个模拟过程；仿真完成后，用户可以对 trace 文件进行分析争
6、论；5 编写其他的帮助过程，设定模拟终止时间，至此Owl脚本编写完成；6 用 NS说明执行刚才编写的Ote1 脚本7 对 trace文件进行分析，得出有用的数据；也可以用N-等工具观看网络模拟运行过程8 调整配置拓扑结构和业务量模型，重新进行上述模拟过程；2.3 分裂对象模型和 Tc1CLTc1 和 OIL Ta 是一种说明执行的简洁的脚本语言；其说明器是用c+编写的，具有很强的可扩展性；只要用户增加相应的说明执行模块的程序，就可扩展出新的命令；为了进一步增强编程的敏捷性，提高程序的效率，我们需要把Owl 和 C+结合起来；为了能充分发挥Otc1 和 C+这两种面对对象语言的强大才能，我们需要
7、一种机制，使得在C+中能直接调用 Owl 说明器的功能， Owl 和C+能够相互直接操作对方定义的数据，并且C+中的类可以和 Owl 中的类对应起来；这种机制就是 Tc1CL；NS正是利用了 TOCL建立起分裂对象模型，形成了其丰富的构件库；通过这种机制，NS 达到了模拟配置敏捷性和运行效率的统一；2.4 NS 基础NS 与网络模拟NS是一个大事 event 驱动的模拟器，日前NS支持 2 种类型的大事调度器 :非实时的none real-nine和实时的 real-time.非实时的调度器又分为3 种:linked- list, heap, calendar；NS 只支持单线程，故在某一时刻
8、只能有一个大事在执行，假如有多于一个大事被支配在同一时刻，那么会依据大事代码插入的先后次序执行；list scheduler Scheduler/List类是川一个简洁的链表结构实现的； 大事依据时间次序排列，因此大事的插入和删除都需要搜寻整个链表；_heap scheduler Scheduler/Heap类是用一个堆结构实现的，在大事很多时，这种 结构比链表结构有优势；对于n 个大事， heap scheduler插入和删除操作的时间是 Olog n,calendar scheduler Scheduler/Calendar类是用一种类似于年历的数据结构来实现，年份不同但日月相同的时间可以
9、记录在同一天中: 相对于 heap scheduler来说，它的执行效率更高 . 因此是目前 Ns 中缺省的非实时大事调度器 . ；节点一个单播节点的基本结构如下列图，它主要包括两个对象 : 地址分类器address classifier 和端口分类器 port classifier ，它们分别用来判定分组的目标地址以及分组的目标 Agents.配置节点单播节点的结构配置节点就是在创建节点之前定义它的各种属性，函数Simulator node- comfit用来配置节点的属性；节点的属性包括节点的地址类型、移动节点的各个网络构件的类型、 ad-b.网络中移动节点的路由协议类型、是否打开各层Ag
10、ent. Router. MAC的trace功能等等；分类器 classifier收到一个分组后，节点需要检查分组的某些区域 大多数情形下是检查目的地址，某些时候会检查源地址，然后查找与这个区域的值相匹配的接收者；在NS中，这个下作由 Classifier对象完成， NS 中有各种不同的 Classifier对象，分别负责检查分组的不同部分，来完成不同的匹配、挑选工作 .定时器定时器 timer 既可以在 C-中实现也可以在 Owl 中实现；在 c+中，各种定时器都是基于抽象基类的 定义于 ns/common/timer-handler,h ，它们常常用于 agent 对象中，但也可以被其他对
11、象使用 .分组头治理在 NS的网络模拟中，分组是对象间交互的基本单元；分组由一系列分组头和一个可选的数据空间组成 如图 5.8 所示；分组头的结构在 Simulator对象创建时就被初始化了，同时每个分组头相对于分组的起始地址的偏移量也被记录下来；在缺省情形卜，大多数NS内建的分组头都是始能的 包括 common头、IP 头、TCP头、RTP头、trace头等这意味着在缺省情形下无论某个分组头是 否会被使用，它都会被初始化；当然用户也可以挑选只激活全部分组头中的一部分，以节省模拟过程中的内存开销；在通常情形下，分组只含有系列分组头，而指向数据空间的指针为 null ；虽然分组可以通过安排数据空
12、间来携带真实的数据，但很少有上层应用和 agent 支持这一特性，由于一般来说在非实时的模拟中携带真实数据是没有意义的 .应用层在 NS 中，应用层程序构建在运输层代理 transport agent之上，它分为两 大 类 : 流 量 发 生 器 trafficgenerator和 应 用 模 拟 器 simulated application图 5.13说明白这 两类应用层程序与 运输 层代理 transport agent 之间的关系 : 流量发生器一股用在UDP 代理之上，应用模拟器一般用在TCP代理之上 .Traffic generatorSimulated applicationAp
13、plication TrafficExponentiaApplication/FTPAPIAPIAgent/UDPAgent/TCP/pull应用程序与运输层之间的关系2.5 与 NS-2 相关几个常用工具1）gawkgawk 是一种程序语言，对于资料的处理具有很强的功能，可以使用很短的代码轻易地完成对文本档案做修改、分析、提取和比较等处理；假如使用C 或Pascal 等语言编写程序完成 L 述的功能，可能需要花费较多的时间编写很长的代码；2）gnu plotGnu plot是一个命令驱动的交互式画图软件， gnu plot的功能就是把数据资料和数学函数转换成简洁观看的平面或立体的图形，帮忙争
14、论者进行数据分析因此 gnu plot并不是一般常见的美工绘图软件，它最适合的是在科学争论的过程中，帮忙争论人员完成数据资料绘制与理论模型比较等机械化的工作，来加速争论；，可以产生TCP流或者 CBR流Constant BytesRateStream ； 它 所 在 目 录 为 ns/indep-utils/cmu-scen-gen， 只 有cbrgen.tcl一个文件口 cbrgen.后挑选另一个目的地随机挑选一个速度连续运动.Threshold工具就是用来运算在某种传播模型下，如何设定接收功率阈值来掌握无线传输的范畴；调试技术写程序的人都知道， bug 是在所难免的，通过调试程序排除程序中
15、的 bug 是编程序的一个特别重要的步骤；在整个程序开发周期中，调试所花的时间往往 .断据了极大的比例采纳什么样的调试技术、工具和手段往往打算了整个程序开发周期的长短以及最终程序的质量；所以调试技术是特别位得重视的一个环节 .2.6 Otcl实现模拟的一般过程1 ）建立 network model: 描述模拟网络拓扑结构，确定链路的基本特性， 如推迟、带宽和丢失策略等；2）建立 traffic model: 包括端设备的协议绑定和通信业务量模型的建立, 配置业务量模型的参数，从而确定网络上的业务量分布；3）设置 Trace 对象； Trace 对象能够把模拟过程中发生的特定类型的大事记录在 T
16、race 文件中； NS 通过 Trace 文件来储存整个模拟过程；模拟完成后，用户可以对 Trace 文件进行分析争论；4）编写其他的帮助过程，设定模拟开头 / 终止时间，运行 Otcl 脚本仿真；Ad Hoc 网络是一种分布式网络；Ad Hoc 网络又称为多跳网络 multi-hop network、无固定网络设施的网络infrastructure less network、自组 Ad Hoc 网络是移动通信和运算机网络的交叉；在 Ad Hoc 网络中，使用运算机网络的分组交换机制，而不是电路交换机制；通信的主机一般是便携式运算机、个人数字助理PDA ）等移动终端设备；Ad Hoc 网络不
17、同于目前因特网环境中的移动IP 网络；在移动 IP 网络中， 移动主机可以通过固定有线网络、无线链路和拨号线路等方式接入网络，而在Ad Hoc 网络中只存在无线链路一种连接方式；在移动IP 网络中，移动主机通过相邻的基站等有线设施的支持才能通信，在基站和基站无中心： Ad Hoc 网络没有严格的掌握中心；全部结点的位置公平，即是一个对等式网络；结点可以随时加入和离开网络；任何结点的故障不会影响 整个网络的运行，具有很强的抗毁性；2自组织：网络的布设或绽开无需依靠于任何预设的网络设施；结点通过分层协议和分布式算法和谐各自的行为，结点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络；3多跳路由：当结点要
18、与其掩盖范畴之外的结点进行通信时，需要中间结 点的多跳转发；与固定网络的多跳不同，Ad Hoc 网络中的多跳路由是由一般的网络结点完成的，而不是由专用的路由设备动态拓扑： Ad Hoc 网络是一个动态的网络；网络结点可以随处移动， 也可以随时开机和关机，这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化；5独立性： Ad Hoc 网络相对常规通信网络而言，最大的区分就是可以在任何时刻、任何地点不需要硬件基础网络设施的支持，快速构建起一个移动通 信网络；它的建立不依靠于现有的网络通信设施，具有肯定的独立性；6有限的无线通信带宽：在Ad Hoc 网络中没有有线基础设施的支持，因此，主机之间的通信均通过无线传输来
19、完成；由于无线信道本身的物理特性，它供应的网络带宽相对有线信道要低得多；除此以外，考虑到竞争共享无线信道产生的碰撞、信号衰减、噪音干扰等多种因素，移动终端可得到的实际带宽远远小于理论中的最大带宽值；7 有限的主机能源：在Ad Hoc 网络中，主机均是一些移动设备，如PDA 、便携运算机或掌上电脑；由于主机可能处在不停的移动状态下，主机的能源主要由电池供应，因此 Ad Hoc 网络有能源有限的特点；8有限的物理安全：移动网络通常比固定网络更简洁受到物理安全攻击， 易于遭受窃听、欺诈和拒绝服务等攻击；现有的链路安全技术有些已应用于无 线网络中来减小安全攻击；不过Ad Hoc 网络的分布式特性相对于
20、集中式的网络具有肯定的抗毁性；3.3 Ad Hoc网络的结构1结点结构： Ad Hoc 网络中的结点不仅具备一般移动终端的功能，而且具有报文转发才能，即具备路由器的功能；因此，就功能而言可以将结点分为 主机、路由器和电台三部分；其中主机部分完成一般移动终端的功能，包括人 机接口、数据处理等应用软件；而路由器部分主要负责保护网络的拓扑结构和 路由信息，完成报文的转发功能；电台部分为信息传输供应无线信道支持；从 物理结构上分，结构可以被分为以下几类：单主机单电台、单主机多电台、多 主机单电台和多主机多电台；手持机一般采纳的单主机单电台的简洁结构；作 为复杂的车载台，一个结点可能包括通信车内的多个主
21、机；多电台不仅可以用 来构建叠加的网络，仍可用作网关结点来互联多个Ad Hoc 网络；2 网络结构： Ad Hoc 网络的网络结构有平面结构和分级结构两种；当网络的规模较小时，可以采纳简洁的平面式结构；而当网络的规模增大时，应用 分级结构；.平面结构：在平面结构中，全部结点的位置公平，所以又可以称为对等式结构；平面结构的网络比较简洁，网络中全部结点是完全对等的，原就上不存在瓶颈，所以比较健壮；它的缺点是可扩充性差：每一个结点都需要知道到达其他全部结点的路由；保护这些动态变化的路由信息需要大量的掌握消息；.分级结构：分级结构中，网络被划分为簇；每个簇由一个簇头和多个簇成员组成；这些簇头形成了高一
22、级的网络；在高一级网络中，又可以分簇，再次形成更高一级的网络，直至最高级；在分级结构中，簇头结点负责簇间数据的转发；簇头可以预先指定，也可以由结点使用算法自动选举产生；分级结构的网络又可以被分为单频分级和多频分级两种；单频率分级网络中，全部结点使用同一个频率通信；为了实现簇头之间的通信，要有网关结点同时属于两个簇的结点）的支持；而在多频率分组网络中，不同级采纳不同的通信频率；低级结点的通信范畴较小，而高级结点要掩盖较大的范畴；高级的结点同时处于多个级中，有多个频率，用不同的频率实现不同级的通信；在两级网络中，簇头结点有两个频率；频率1 用于簇头与簇成员的通信；而频率2 用于簇头之间的通信；分级
23、网络的每个结点都可以成为簇头，所以需要适当的簇头选举算法，算法要能依据网络拓扑的变化重新分簇；在分级结构的网络中，簇成员的功能比较简洁，不需要保护复杂的路由信息；这大大削减了网络中路由掌握信息的数量，因此具有很好的可扩充性；由于簇头结点可以随时选举产生，分级结构也具有很强的抗毁性；分级结构的缺点是，保护分级结构需要结点执行簇头选举算法，簇头结点可能会成为网络的瓶颈；第四章泛洪路由协议的设计实现当用户需要一个全新的算法或协议时，就需要对NS2 进行类型的扩展这种扩展的典型特点就是需要一个分组头来实现算法或协议，本章的重点是算法或协议的添加，并不是算法或协议的本身的争论；4.1 泛洪路由协议泛洪法
24、是一种简洁的路由挑选技术；这种技术不需要任何网络信息, 一个分组由源结点发送到与其相邻的每一个结点，在各个结点上，收到的分组再次被传输到与其相邻的各个结点；泛洪法具有三个属性： A：在源结点与信宿结点之间全部可能的路由都被尝试过； B：分组中至少有一个副本使用的是最小跳数路由到达信宿； C：全部直接或间接与源结点相连的结点全部被拜访到.4.2 添加路由协议类路由协议类为MFlood，路由表类为MFlood_Rtalbe, 由一条条路由表项MFlood_RTEntry 类）组成，其中每一条路由表项针对每个数据源记录了为它转发过的数据包情形； MFlood 协议为每个节点保护一个序列号SEQ，数据
25、源每发送一个数据包将 SEQ增加，并把该序列号添加到数据包的包头信息中，其他节点收到一个数据包后依靠序列号来判定自己是否转发过该包；在 NS2中, 全部路由协议都是从 Agent 类继承而来的 , 和 UPD及 TCP等传输层协议以及 CBR等应用层协议一样 . 虽然如此 ,NS2 很好地实现了层的概念 , 应用层和传输层的数据回交到路由协议进行处理, 接收也是先由路由协议处理后, 再由一层层送交各上层协议 .MFlood 路由协议需要被 NS2接纳并可以在 tcl代码中使用，仍需要其它定 义；其中 AGENT/Mflood指定了 C+中的 Mflood 类和 TcL 部分的 AGENT/Mf
26、lood 绑 定 在 一 起 ， 在 编 写 TcL 测 试 代 码 时 指 定 路 由 协 议 时 就 应 该 使 用AGENT/Mflood；AGENT/Mflood表示了一个继承关系，即Mflood 继承于 AGEN；T4.3 定义包头类型泛洪协议中并没有定义自己的掌握包，但是为了进行重复包检测，同样需 要定义自己的包头，将序列号存在这个包头中；虽然Mflood 的包头特别简洁， 仅仅需要储存一个序列号，可以同样需要实现NS2规定的功能；在 hdr-mflood 结构的定义中， offset和 access 都是系统所要求的，只需要作相应的修改；HDR-MFLOO宏D 的定义是为了便利以
27、后的使用，只需要使用这个宏就可以读取到hdr-mflood结构的包头；4.4 4 添加/ 修改源文件将 mflood 文件夹拷到 ns-2.33目录下， aodv 也在这个目录下 ；mflood 文件夹包含以下 5 个文件： mflood.h, mflood.cc, mflood_packet.h, mflood- seqtable.h, mflood-seqtable.cc1. 修改ns/common/packet.h 这个文件2. 修改ns/tcl/lib/ns-packet.tcl中，在要激活的分组头的名字中加入MFLood3. 修改文件 ns/tcl/lib/ns-lib.tcl,在
28、Simulator类的 create- wireless-node成员函数中加入代码4. 在 makefile文件中；无线节点的配置较有线网络中的节点配置复杂的多, 测试的 Tcl代码如下：=# Define options=set valifqlen50；# max packet in ifq set valnn3；# 移动节点的数目set valrpMFlood；# routing protocolset valchanChannel/WirelessChannel set valpropPropagation/TwoRayGround set valnetifPhy/WirelessPh
29、yset valmacMac/802_11set valifqQueue/DropTail/PriQueue set valllLLset valantAntenna/OmniAntennaset valstop200=# Main Program=#ns-random 0# Initialize Global Variables set ns_ new Simulatorset tracefd open mflood.tr w$ns_ trace-all $tracefdset namtraceopen mflood.nam w$ns_ namtrace-all-wireless $namt
30、race 1000 500# set up topographyset topo new Topography$topo load_flatgrid 1000 500 # Create Godcreate-god $valnn# Create the specified number of mobilenodes $valnn and attach them # to the channel.# configure nodeset channel new Channel/WirelessChannel$channel set errorProbability_ 0.0$ns_ node-config -adhocRouting $valrp -llType $valll -macType $valmac -ifqType $valifq -ifqLen $valifqlen -antType $valant -propType $valprop -phyType $valnetif -channel $channel -topoInstance $topo -agentTrace ON -routerTrace ON-macTrace O