2.2 NS-3仿真流程

　　以下簡(jiǎn)單介紹NS-3代碼編寫的特點(diǎn)及如何在NS-3中搭建一個(gè)完整仿真場(chǎng)景的過程。NS-3運(yùn)行在Linux環(huán)境下，對(duì)Linux系統(tǒng)版本有要求且依賴較多系統(tǒng)組件，安裝過程較復(fù)雜。NS-3仿真器代碼核心部分全部使用C++語(yǔ)言編寫，外部配置。編譯。執(zhí)行使用了基于Python的waf系統(tǒng)，方便使用者配置仿真場(chǎng)景。NS-3完全模擬了TCP/IP的協(xié)議棧，并且把每一層的功能模塊化，在NS-3安裝完成后，默認(rèn)只是生成各個(gè)功能模塊，自帶的仿真例子沒有生成，需要把這些例子復(fù)制到scrach文件夾下才能運(yùn)行，并且NS-3中編寫好的代碼也都需要放到該文件夾下才能運(yùn)行。在NS-3中搭建仿真場(chǎng)景遵循固定的流程，在編寫C++代碼時(shí)一般可以分為以下幾個(gè)步驟：

　?。?）設(shè)置仿真場(chǎng)景的全局參數(shù)。比如采用Seed-Manager：：SetSeed（7）設(shè)置隨機(jī)數(shù)種子，以保證產(chǎn)生相同的隨機(jī)序列，設(shè)置隨機(jī)平面移動(dòng)模型（Random-Walk2dMobilityModel）的參數(shù)Config：：SetDefault（“NS-3：：RandomWalk-2dMobilityModel：：Mode”，StringValue（“Tim-e”））等，以上的全局設(shè)定使得仿真場(chǎng)景可以重現(xiàn)。

　?。?）定義仿真中使用的參數(shù)，比如數(shù)據(jù)包的大小，需要?jiǎng)?chuàng)建的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，物理層使用的傳輸速率等，這些參數(shù)可以使用CommandLine類來(lái)實(shí)現(xiàn)并解析，方便在仿真過程中使用外部腳本動(dòng)態(tài)改變這些參數(shù)。

　?。?）創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，然后按照TCP/IP協(xié)議，從下而上給網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)安裝協(xié)議棧。NS-3在實(shí)現(xiàn)中考慮到為了方便使用者，協(xié)議棧的每一層都實(shí)現(xiàn)了幫助類（XXX-Helper），使用者可以方便地使用這些幫助類設(shè)定每一層參數(shù)。比如使用YansWifiPhyHelper設(shè)定物理層協(xié)議，使用YansWifiChannelHelper來(lái)設(shè)置傳輸信道類型，使用NqosWifiMacHelper來(lái)設(shè)置數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議等。最后通過幫助類給節(jié)點(diǎn)安裝路由協(xié)議，分配IP地址，至此便搭建了TCP/IP的物理層。數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的通信功能。

　?。?）通信網(wǎng)絡(luò)搭建好后，需要編寫實(shí)驗(yàn)程序，即在節(jié)點(diǎn)之間的收發(fā)數(shù)據(jù)包的代碼，以達(dá)到測(cè)試底層協(xié)議的目的。NS-3中為了減少使用者的編程工作量，同樣提供了豐富易用的函數(shù)，一般都是先創(chuàng)建使用UDP協(xié)議套（Socket），同時(shí)把接收節(jié)點(diǎn)號(hào)。發(fā)送節(jié)點(diǎn)號(hào)作為參數(shù)傳入，再給套接字指定IP地址，端口號(hào)，最后讓發(fā)送節(jié)點(diǎn)連接到接收節(jié)點(diǎn)。為接收節(jié)點(diǎn)指定回調(diào)函數(shù)。

　?。?）完成節(jié)點(diǎn)之間如何發(fā)送數(shù)據(jù)包的代碼后，需要編寫接收節(jié)點(diǎn)的回調(diào)函數(shù)，即在接收節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)包后調(diào)用的函數(shù)。可以在回調(diào)函數(shù)中對(duì)數(shù)據(jù)包的時(shí)延，投遞率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

　?。?）使用Simulator：：Schedule函數(shù)設(shè)定調(diào)度事件即設(shè)定源節(jié)點(diǎn)的發(fā)送數(shù)據(jù)的開始時(shí)間，發(fā)送間隔，發(fā)送數(shù)據(jù)包總數(shù)等。至此，整個(gè)場(chǎng)景部署完成。

　　3路由協(xié)議的仿真及性能比較

　　在Ubuntu 10.04環(huán)境下使用NS-3.16對(duì)AODV.DS-DV和OLSR這三種路由協(xié)議進(jìn)行仿真，并在相同的仿真場(chǎng)景下比較其性能指標(biāo)。分別在靜態(tài)場(chǎng)景和動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下，考察網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓瘜?duì)協(xié)議性能的影響。

　　3.1靜態(tài)場(chǎng)景

　　仿真場(chǎng)景設(shè)置：模擬器的隨機(jī)數(shù)種子設(shè)定為常數(shù)7，節(jié)點(diǎn)按網(wǎng)格分布，網(wǎng)格邊長(zhǎng)500 m，節(jié)點(diǎn)的規(guī)模從2×2，3×3逐漸增大到18×18；設(shè)定節(jié)點(diǎn)的通信半徑為656 m，選取網(wǎng)格中對(duì)角線的一個(gè)節(jié)點(diǎn)向另一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送UDP數(shù)據(jù)包，共發(fā)送500個(gè)數(shù)據(jù)包，包的大小為1 000 B，發(fā)送時(shí)間間隔為1 s.這里節(jié)點(diǎn)的物理層傳輸延遲模型采用Con-stantSpeedPropagationDelayModel，衰落模型選用Friis-PropagationLossModel，數(shù)據(jù)傳輸速率設(shè)置為1 Mb/s.增加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)，考察3種協(xié)議的端到端平均時(shí)延和包投遞率情況，如圖2和圖3所示。

　　由圖2可以看出，3種路由協(xié)議的平均時(shí)延隨節(jié)點(diǎn)規(guī)模的增大而增大，其中AODV和OLSR協(xié)議受到的影響較小，而DSDV的平均時(shí)延隨著節(jié)點(diǎn)規(guī)模的增大而急劇增大。圖3中AODV，OLSR的數(shù)據(jù)包投遞率隨節(jié)點(diǎn)數(shù)增大而不變，能保證百分百交付；而DSDV協(xié)議的投遞率在節(jié)點(diǎn)數(shù)增大到一定的規(guī)模后開始下降。以上特性說明在節(jié)點(diǎn)規(guī)模增大時(shí)，AODV和OLSR協(xié)議的性能要優(yōu)于DSDV.

　　3.2動(dòng)態(tài)場(chǎng)景

　　仿真場(chǎng)景設(shè)置：在靜態(tài)場(chǎng)景的基礎(chǔ)上，為節(jié)點(diǎn)添加RandomWalk2dMobilityModel運(yùn)動(dòng)模型，該模型為每個(gè)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選擇一個(gè)方向，以設(shè)定的速度移動(dòng)一段時(shí)間后再隨機(jī)選擇另一個(gè)方向繼續(xù)移動(dòng)，直接到仿真結(jié)束。設(shè)定相同的隨機(jī)數(shù)種子以保證每次仿真中節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行軌跡一致。設(shè)定網(wǎng)格的邊長(zhǎng)為300 m，節(jié)點(diǎn)的規(guī)模固定為7×7，即節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的區(qū)域限制在2 100 m×2 100 m的矩形內(nèi)。仍考察對(duì)角線的一個(gè)節(jié)點(diǎn)向另一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送UDP數(shù)據(jù)包，每次仿真發(fā)送3 000個(gè)數(shù)據(jù)包。增加節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度，考察三種協(xié)議的端到端平均時(shí)延和包投遞率情況，如圖4和圖5所示。

　　從圖4和圖5可以看出，3種路由協(xié)議的平均時(shí)延與節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)速度相關(guān)性不大，在速度較小時(shí)，3種路由協(xié)議的平均時(shí)延較穩(wěn)定，但在速度較大時(shí)，由于節(jié)點(diǎn)在矩形區(qū)域內(nèi)做無(wú)規(guī)則的快速運(yùn)動(dòng)，數(shù)據(jù)包從源節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)侥繕?biāo)節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)不確定，所以平均時(shí)延變化具有一定隨機(jī)性。

　　而由圖5可以看出，隨著節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度的增大，數(shù)據(jù)包的投遞率逐漸下降，AODV協(xié)議因其屬于按需路由而不需要頻繁地維護(hù)路由信息，所以在速度較大時(shí)較其他2種協(xié)議表現(xiàn)更好。

　　4結(jié)語(yǔ)

　　論文通過NS-3搭建了MANET路由仿真平臺(tái)，從端到端平均時(shí)延和投遞率角度分析比較了MANET三種路由協(xié)議。靜態(tài)場(chǎng)景中，節(jié)點(diǎn)數(shù)增加時(shí)，3種協(xié)議端到端平均時(shí)延均隨之增加，但AODV和OLSR增加不明顯，并且兩者的投遞率也幾乎不受網(wǎng)絡(luò)規(guī)模影響，相比之下，DSDV端到端時(shí)延和投遞率受網(wǎng)絡(luò)規(guī)模影響較明顯。動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中，節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度增加，3種協(xié)議的投遞率都降低，而且總體上平均時(shí)延較小者，表現(xiàn)出更好的投遞率。