2022年毕业设计方案9 .pdf
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1、1 / 28 扬州市职业大学毕业设计 论文)精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 28 页2 / 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: 丁威指导教师:丁晨 阳完成时间: 2018-04-29 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 28 页3 / 28 目录1 绪论5 2NS-2结构与功能7 2.1 NS-2的原理概述7 2.1.1
2、离散事件模拟器7 2.2.2 丰富的构件库8 2.1.3 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9 2.3 分裂对象模型和 Tc1CL 9 2.4 NS 基础10 2.5 与 NS-2 相关几个常用工具12 2.6 Otcl实现模拟的一般过程14 3Aod Hoc 网络的简单介绍15 3.1Ad Hoc网络的概念153.2 Ad Hoc 网络的主要特点15 3.3 Ad Hoc 网络的结构164 泛洪路由协议的设计实现 17 4.1 泛洪路由协议17 4.2 添加路由协议类17 4.3 定义包头类型18 4.4添加/ 修改源文件 184.5 编译代码1
3、9 5 泛洪路由协议的仿真测试19 5.1 初步测试19 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 28 页4 / 28 5.2 场景测试24 6 总结26 致谢 27参考文献28 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 28 页5 / 28 摘要网络模拟是进行网络技术研究的一种基本手段。研究过程中,由于各种原因,实际网络系统的实现往往是现代较高或是不现实的。在这种情况下,模拟就成了最佳可供选择的测试,评估和验证手段之一。网络模拟有着周期小,成本低等特点,而且可以是
4、研究者更容易理应他人的研究成果,可以是研究者更专注于自己所研究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研究的一种基本手段。在新技术的研究过程中,由于各种原因,实际网络系统的实现往往是代价较高或是不现实的。在这种情况精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 28 页6 / 28 下,模拟就成了最佳可供选择的测试、评估和验证手段之一。网络模拟有着周期小、成本低等特点,而且可以使研究者更容易利用他人的研究成果。NS2
5、 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 DARPA 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,使研究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临时性的自组织系统,具有以下一些主要特征: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
6、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,它的链路容量表现出时变特征;动力受限,能量受限,由于网络节点的移动特征,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非常重要的指标;物理上安全有限,移动网络比固定网络开始编写Otc1 脚本。首先配置模拟网络拓扑结构,此时可以确定链路的基本特性,如延迟、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事件记录在 trace文件中。 NS通过 trace 文
7、件来保存整个模拟过程。仿真完成后,用户可以对 trace 文件进行分析研究。(5编写其他的辅助过程,设定模拟结束时间,至此Owl脚本编写完成。(6用 NS解释执行刚才编写的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Tc1CL Tc1 和 OIL Ta 是一种解释执行的简单的脚本语言。其解释器是用c+编写的,具有很强的可扩展性。只要用户增加相应的解释执行模块的程序,就可扩展出新的命令。为了进一步增强编程的灵活性,提高程序的效率,我们需要把Owl 和 C+ 结合起
8、来。为了能充分发挥Otc1 和 C+ 这两种面向对象语言的强大能力,我们需要一种机制,使得在C+ 中能直接调用Owl解释器的功能, Owl和C+ 能够互相直接操作对方定义的数据,并且C+ 中的类可以和Owl 中的类对应精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 28 页10 / 28 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 达到了模拟配置灵活性和运行效率的统一。2.4 NS基础NS 与网络模拟NS是一个事件 (event 驱动的模拟器,日前NS支持 2
9、种类型的事件调度器 :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,故在某一时刻只能有一个事件在执行,如果有多于一个事件被安排在同一时刻,那么会按照事件代码插入的先后次序执行。list scheduler (Scheduler/List类是川一个简单的链表结构实现的。事件按照时间顺序排列,因此事件的插入和删除都需要搜索整个链表。_heap scheduler (Scheduler/Heap类是用一个堆结构实现的,在事件很多时,这种结构比链表结构有优势。对于n 个事件,
10、 heap scheduler插入和删除操作的时间是 O(log 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中缺省的非实时事件调度器 . 。节点一个单播节点的基本结构如图所示,它主要包括两个对象: 地址分类器(address classifier和端口分类器 (port classifier,它们分别用来判断分组的目标地址以及分组的目标Agents. 精选学习资料 - - - - - - - -
11、- 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 28 页11 / 28 单播节点的结构配置节点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(Agent. 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( 大多数情况下是检查目的地址,某些时候会检查源地址,然后寻找与这个区域的值相匹配的接收者。在NS中,这个下作由 Classif
12、ier 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、筛选工作 . 定时器精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 28 页12 / 28 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,它们经常用于 agent 对象中,但也可以被其他对象使用. 分组头管理在 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
13、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。在缺省情况卜,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况下无论某个分组头是否会被使用,它都会被初始化。当然用户也可以选择只激活所有分组头中的一部分,以节约模拟过程中的内存开销。在通常情况下,分组只含有系列分组头,而指向数据空间的指针为null 。虽然分组可以通过分配数据空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,因为一般来说在非实时的模拟中携带真实数据是没有意义的.
14、 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 (traffic generator和 应 用 模 拟 器 (simulated application图 5.13说 明 了这 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 . 应用程序与运输层之间的关系Traffic generator Simulated application ApplicationTraffic ExponentiaApplica
15、tion/FTP API API Agent/UDP Agent/TCP/pull 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 28 页13 / 28 2.5 与 NS-2相关几个常用工具1)gawk gawk 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。如果使用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 plot Gnu 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
16、学函数转换成容易观察的平面或立体的图形,帮助研究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研究的过程中,帮助研究人员完成数据资料绘制与理论模型比较等机械化的工作,来加速研究。,可以产生TCP流或者 CBR流(Constant Bytes Rate Stream 。 它 所 在 目 录 为ns/indep-utils/cmu-scen-gen, 只 有cbrgen.tcl一个文件口 cbrgen. 后选择另一个目的地随机选择一个速度继续运动. .Threshold工具就是用来计算在某种传播模型下,如何设定接收功率阈值来控制无线传输的范围。精选学习资料 -
17、 - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 28 页14 / 28 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的bug 是编程序的一个非常重要的步骤。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用什么样的调试技术、工具和手段往往决定了整个程序开发周期的长短以及最终程序的质量。所以调试技术是非常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,如延迟、带宽和丢失策略等。2)建立traffic model: 包括端
18、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事件记录在Trace 文件中。 NS 通过 Trace 文件来保存整个模拟过程。模拟完成后,用户可以对Trace 文件进行分析研究。4)编写其他的辅助过程,设定模拟开始/ 结束时间,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 网络是移动通信和计算机网络
19、的交叉。在 Ad Hoc 网络中,使用计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计算机、个人数字助理PDA)等移动终端设备。Ad Hoc 网络不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 网络没有严格的控制中心。所有结点的地位平等,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
20、自组织:网络的布设或展开无需依赖于任何预设的网络设施。结点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为,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:当结点要与其覆盖范围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普通的网络结点完成的,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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 28 页16 / 28 (5独立性:
21、 Ad Hoc 网络相对常规通信网络而言,最大的区别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。它的建立不依赖于现有的网络通信设施,具有一定的独立性。(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完成。由于无线信道本身的物理特性,它提供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、便携计算机或掌上电脑。由于主
22、机可能处在不停的移动状态下,主机的能源主要由电池提供,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容易受到物理安全攻击,易于遭受窃听、欺骗和拒绝服务等攻击。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集中式的网络具有一定的抗毁性。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普通移动终端的功能,而且具有报文转发能力,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。其中主机部分完成普通移动终端的功能,包括人机接口、数据处理等应用软件。而路由器
23、部分主要负责维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提供无线信道支持。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。手持机一般采用的单主机单电台的简单结构。作为复杂的车载台,一个结点可能包括通信车内的多个主机。多电台不仅可以用来构建叠加的网络,还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,可以采用简单的平面式结构;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,所有结点的地位平等,所以又可以称为对等式结构。平面结
24、构的网络比较简单,网络中所有结点是完全对等的,原则上不存在瓶颈,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所有结点的路由。维护这些动态变化的路由信息需要大量的控制消息。.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,所有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
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