基于移动通信网络的计算机ns仿真

基于移动通信网络的计算机

魏勇

a匕京怀柔装备指挥技术学院研究生院研四队，北京市100000)

c}裔鞫移动通信网络，国内又称为自组网，是由一组带有无线收发装置的移动节点组成的一个多跳的、临时l生的自治系统。网络中的各个

NS仿真

节点可以任意移动，因而网络的拓扑结构是随时变化的，所以在任一时刻，节点间通过无线俪差连接形成一个任意的网状拓扑结构。

【关键词】移动通信网络；自治系统；节点；拓扑结构’

移动通信网络是一种特殊、新型而且应用前景广阔的移动无线网络，具有组网速度快、抗毁自愈能力强等优点。NS是针对网络研究的

源代码公开的离散事件仿真器，网络仿真是网络研究的重要方法和手

段，网络仿真软件在网络仿真领域中占有十分重要的位置。

1移动通信网络的计算机NS仿真体系结构

在移动通信网络中，节点兼备主机和路由器两种角色。一方面，

节点作为主机运行相关的协设和应用程序：另一方面，节点作为路由器

需要运行相关的路由协议，进行路由发现、路由维护等常见的路由操作，转发目的地不是自己的分组。

移动通信网络和常见的有线固定网络以及无线局域网相比，具有

独特的网络特性，如自组性、节点的随机移动而产生的动态网络拓扑、多跳性、无线宽带资源受限、分布式控制网络、安全性差等。参照OSI

的七层网络参考模型。

在这个体系结构中，物理层完成无线信号的编码译码、发送和接

收等工作。数据链路层控制对共享无线信道的访问。网络层是自组网的

重点，也是它与其他现有网络的主要区别所在，其中，IPV4协议、IPV6协议或其它网络层协议提供网络层数据服务：路由协议完成数据包的正确转发和收发，确保节点之间的通信：网际互联支持通信网络与其他现有网络的互联：QoS．提供可保证的QoS服务：路由安全提供对路由协议的安全保障。上层应用协议提供面向用户的协同应用服务。

NS软件包主要由TcI／Tk，OTcl，NS和TclCL组成。其中Tel是

一种开放式的脚本语言，用于对NS编程，实现网络模拟。这种脚本语言最明显的特点就是其解释器能够很容易地嵌入到应用程序中。Tk是

Td的图形开发工具包，OTcl则是Tel语言面向对象的扩展。NS由模

拟引擎和大量的仿真组件构成，是面向对象的模拟器，也是软件包的核心。其本身由C++写成，并带有—个前端的OTd解释器，能够同时满足C++和OT—cI的编程需要。在TclCL中定义了许多类，用于提供

OTcI和C++的编程接口，使网络对象和变量能够同时出现在两种语言

中。与其它的仿真彰件类f以。

2移动通信网络的计算机NS仿真的工作原理2．1模拟引擎

模拟引擎是NS模拟器的核心，包括线程调度、处理器分配、事件队列、时钟同步设置等，它采用事件驱动的方式，根据设定的事件队列

控制整个模拟过程的运行。其线程调度和处理器的分配形式目前采用的是单线程的方式，并发事件按先调度先分配(FSFD)的方式处理，不支持抢占式的处理器分配。事件队列的调度方式按数据结构和算法的不

同分为三种：表调度、堆调度和日历队列调度。事件调度的时间单位是

秒。

22仿真模型

网络建模是实现网络仿真的基础，NS采取对真实网络元素进行抽

象、保留其基本特征，并运用等效描述的方法来建立网络仿真模型。NS的仿真模型包括拓卦模型、协议模型和流量模型三个部分，它们由大量的仿真组件(由C++和OTd编写)所构成，用于实现对真实网

络的抽象私摸拟。

23跟踪与监{《模型

模拟跟踪与监视的主要功能是跟踪、显示和监视网络模拟的整个

238石丽雨而

过程，采集虚拟网络的性能状态参数和输出数据，最后形成统{叶结果。

NS模拟器主要通过在链路七增加一些跟踪对象来跟踪虚拟网络的行为。

跟踪对象能够对链路上每个数据包的到达、离开或丢弃行为进行跟踪，

并实时地写入跟踪文件，从而用来动态地显示模拟运行的过程或作为后

续分析的数据。监视则是通过在队列中插入一些监视对象来动态地计算队列长度的变化以及到达、离开或丢弃的数据包数量，并把结果动态地记录到监视文件中，便于后续的分析和处理。

2．4可裙纪c具

可视化工具有动态和静态之分。动态工具Nam可利用跟踪文件动态地显示模拟运行的全过程，并可按不同的时间粒度显示不同的采集数

据。静态工具XGmph可对输出的数据进行分析统计，以图形和图表显

示出结果。

3基于移动通信网络的计算机NS仿真3．1计算机NS仿真过程

网络仿真一般要经过建立模型、模拟实现和结果分析三个过程。NS的仿真分为两个层次：一是用户层次，用户直接利用NS已有的仿真组件和模型进行网络的模拟和分析，而无需对NS本身作任何修改和扩展，即通常所言的NS仿真：二是系统层次，用户使用OTcI和C++语言对NS本身进行开发和扩展，实现新的协议和算法。

32基于移动通信网络的计算机Ns仿真的方案设计

仿真时，NS将-5-,点运动模式文件和传输模式文件传递给事件调度

器，由事件调度器根据定义好的各项参数在相应时间触发诸如节点运

动、数据传输这样的仿真事件，并且将事件的结果传送给通用操作指导

模块。另外，NS还将无线仿真场景的各项参数都告知通用操作指导模

块。各个仿真移动节点间进行通信时，所传输的数据并非直接传送给另—仿真节点，而是传送给通用操作指导模块，通用操作指导模块根据仿真移动场景中的地形、天气、两通信仿真节点的相对位置、辐射功率覆盖范围等各项参数进行判别，然后根据判别结果，或者将此传输数据完

整地传送到目的地，或者将数据丢弃表示两个节点无法建立通信链路，

或者引八某些差错来表示无线传输信道的误码率。最后可以根据跟踪记录trace文件将有用的数据导出整理，生成网络的各项性能指标参数，如路由信息量、包的丢弃率等，进而分析网络性能。

4总结

网络仿真是研究通信网络技术的有效工具。仿真模拟功能提供了实际网络和仿真器交互的能力。目前对网络仿真的研究虽然已经取得了

许多成果，但还有许多问题有月汗进—步解决和完善，还需要进—步地

研究和发展。

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