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第 14卷第 8期 系 统 仿 真 学 报 Vol. 14 No. 8 2002年 8月 JOURNAL OF SYSTEM SIMULATIONAug. 2002 文章编号:1004-731X (2002 08-1100-04
移动 Ad Hoc网络的仿真框架 汪李峰 1, 2,于 全 2,戴 浩 2,孙小东 1, 2
(1解放军理工大学通信工程学院,南京 210016; 2中国电子设备系统工程公司研究所,北京 100039
摘 要:利用 OPNET ,提出一个通用的仿真框架用来测试不同的 MAC 层、网络层和节点移动性 的移动 Ad Hoc网络路由效率。在该层次型整体框架下,可以设计不同的节点移动模式、媒体接入 方法和路由方案,比较端到端统计量(端到端时延、吞吐量和效率 ,以筛选最有效、最合适的解 决方案。
关键词:移动 Ad Hoc网络(MANET ; OPNET ;仿真框架 中图分类号:TP391.9文献标识码:A
Simulation Framework for Mobile Ad Hoc Network
WANG Li-feng1,2, YU Quan2, DAI Hao2, SUN Xiao-dong1,2
(1Institute of Communication Engineering, Science and Technology University of P.L.A., Nanjing 210016, China;
2Institute of China Electronic System Engineering Corporation, Beijing 100039, China
Abstract :Using OPNET a general framework is developed to test Mobile Ad Hoc Network (MANET routing efficiency for different Medium Access Control (MAC layers,
network layers, and nodal mobilities. With this hierarchical integrated framework, it is possible to design different nodal mobility models, media access methods, and routing schemes, to compare end-to-end statistics (end-to-end delay, throughput and efficiency, and to select the most efficient and suitable solution.
Keywords :Mobile Ad Hoc Network (MANET; OPNET ; simulation framework 1引言
移动 Ad Hoc网络 (Mobile Ad Hoc Network, 简 称 MANET [1] 是由一组无线用户(节点组成的自治集合 [3]。 它不需要固定基站支持,无中心管理,可临时组织,并且具 有高度移动性,可广泛应用于军事战术通信、应急通信、临 时通信、传感器网络,以及其他需要快速布署、动态组网的 通信场合。
开发 MANET 路由协议是当前 MANET 领域的研究热 点 。 在 MANET 路由协议的研究与开发过程中, 建模与仿真 是评估不同方案对系统性能影响的一个非常重要的手段。 国 外已有很多研究机构对提交的路由协议草案进行建模与仿 真,以比较它们的性能。但这些仿真都是针对特定路由协议 模型进行的,还没有一个包括 MANET 环境下的网络层、 MAC 层、无线信道模型以及节点移动性模型的整体框架。 本文利用 OPNET 仿真平台,提出一种在不同节点移动 性和 MAC 协议条件下 MANET 执行路由的通用仿真框架。 对 MANET 路由性能的评价有多种不同的度量指标, 框架给
收稿日期:2002-04-08修回日期:2002-05-14
作者简介 :汪 李 峰 (1976-, 男 , 安徽桐城人 , 博士 , 研究方向为移动 ad hoc网络、路由技术和网络仿真技术; 于 全 (1965-, 博导 , 研究方向为通 信系统与网络仿真技术; 戴 浩 (1945-, 博导 , 研究方向为计算机网络 路由协议、宽带网等。 出了从多种度量角度评估不同路由方案的机制。
本文组织如下,第二节描述 MANET 主要的路由方法; 第三节描述包括网络模型、 节点模型和进程模型在内的层次 型仿真框架;第四节以 AODV 路由算法为例,
采用基于 IEEE802.11无线局域网标准的 MANET , 描述基于通用框架 的一个仿真实现示例,并给出相应的仿真结果和性能分析; 最后给出结论。
2路由方法
目前 IETF 的 MANET 工作组已经提出许多协议草案, 这些协议都为适应 MANET 网络典型的局限性而提出的, 包 括高功耗、低带宽和高误码率。根据路由发现的策略,这些 路由协议一般可以分为两大类 [4]:表驱动路由和源按需路由。 (1表驱动路由:也称为主动路由,每个节点需要维 护一个或多个路由表来保存全网一致的路由信息, 节点通过 周期性广播路由信息分组,交换路由信息,主动发现路由, 在给定链路费用度量的前提下选用最短路由。 目前提交的协 议草案主要有 DSDV , WRP , CGSR 等。
(2源按需路由:节点不必维护去往其它节点的路由,
仅在需要时由源节点启动路由发现进程来创建路由。 一旦路 由建立,就由某种形式的路由维护过程维护,直到沿源节点 发出的每条路径上的任一节点不可达,或不再需要该路由。 提交的草案主要有 AODV , DSR , TORA , ABR 等。
第 14卷第 8期 汪李峰 , 等:移动 Ad Hoc网络的仿真框架 ? 1101?
表驱动路由是一种先应式路由方案, 而源按需路由是一 种反应式路由方案,两种方法在路由效率、系统开销等方面 各有优缺点,因此又有将两者相结合的混合型路由方法,如 ZRP 协议。 ZRP 协议在区域内采用主动路由,以提高效率; 在区域间采用
按需路由,以减少开销。它综合了源按需路由 和表驱动路由两者的优点。在实际工程应用上,往往更多的 是采用混合型的路由方法。
在我们的整体仿真框架中, 可以研究在不同网络环境下 上述路由方法的应用,通过多种度量来比较它们的性能。本 框架易于定义和测试不同方法下多种链路费用。
3 仿真框架
本节提出仿真 MANET 环境的一般性框架。由于对 MANET 的不同层次还没有最终的标准,本框架提供了一种 便利的方法,可在不同层次上测试和比较各种不同的方案。 OPNET 是 OPNET 公司开发的商用仿真平台,支持各 类通信网络和分发系统的模拟与仿真, 通过离散事件仿真来 分析模型化系统的行为和性能 [2]。
利用 OPNET ,我们将 MANET 建模分为 3级。第一级 为网络级,主要是网络拓扑的描述;第二级是组成该网络拓 扑的各类节点模型的描述。 一个节点模型类似一个多进程的 堆栈。第三级即最后一级是组成节点模型的各个进程的描 述。这些进程模型被设计成用 C 代码实现的有限状态机。 3.1 网络模型
网络由 N 个移动节点组成,依次为 0, 1, 2, … , N -1, 随机地分布在 X ×Y 的矩形区域中,通过无线链路通信。图 1所示为网络模型。