NS2網(wǎng)絡模擬簡介以及MTE、LEACH、LEACH-C協(xié)議仿真課件

1、無線傳感器網(wǎng)絡仿真平臺NS2 計算機應用技術 張道遠內容NS2介紹OTcl語言簡介NS2的實現(xiàn)機制和體系結構利用NS2模擬流程和注意事項NS2協(xié)議仿真NS2介紹NS2是面向對象的，離散事件驅動的網(wǎng)絡環(huán)境模擬器，開發(fā)于UC Berkeley，它可以模擬各種IP網(wǎng)絡環(huán)境。NS2實現(xiàn)了對許多網(wǎng)絡協(xié)議的模擬，如TCP，UDP，和數(shù)據(jù)源發(fā)生器（traffic source)如FTP，WWW，Telnet，Web，CBR和VBR等。NS2模擬了路由隊列的管理機制，如Drop Tail，RED和VBR，實現(xiàn)了Dijkstra和其他的路由算法。NS2也實現(xiàn)了Multicasting和一些應用于局域網(wǎng)模擬的在M

2、AC層的協(xié)議。NS2采用分裂對象模型的開發(fā)機制，由C+和Otcl（加上面向對象特性的TCL腳本程序設計語言，開發(fā)于MIT）兩種程序設計語言實現(xiàn)。Otcl是Tcl的面向對象（Object Oriented）的擴展，在Otcl中加入了類的概念。對象是類的實例，它有自己的屬性（成員變量，InstVar）和自己的內部操作（成員函數(shù)，InstProc）。對象具有繼承、封裝、多態(tài)性和動態(tài)綁定等性質。面向對象機制的加入使得原始的Tcl變得更加強大，更加方便使用。實際上，Tcl和OTcl的關系就像C和C+ 。因此，所有的Tcl命令都可以在OTcl中使用。C+程序模塊的運行速度非?？?，是強制類型的程序設計語言（

3、變量嚴格定義整型，浮點型和字符、字符串類型），容易實現(xiàn)精確的、復雜的算法，但是修改和發(fā)現(xiàn)、修正bug所花費的時間要長一些。適合對具體協(xié)議的模擬和實現(xiàn)，因為它需要很有效率的處理字節(jié)（Byte），報頭（Packet Header）等信息，需要應用合適的算法在大量的數(shù)據(jù)集合上進行操作。Otcl是腳本程序編寫語言，是無強制類型的，比較簡單，容易實現(xiàn)和修改，容易發(fā)現(xiàn)和修正bug，雖然它的運行速度和C+的模塊相比要慢很多。許多網(wǎng)絡中的研究工作都圍繞著網(wǎng)絡組件和環(huán)境的具體參數(shù)的設置和改變而進行的，需要在短時間內快速的開發(fā)和模擬出所需要的網(wǎng)絡環(huán)境（scenarios），并且方便修改和發(fā)現(xiàn)、修復程序中的Bug。

4、這種環(huán)境的配置只需要一次。NS2的實現(xiàn)機制和體系結構NS是一種面向對象Tcl(OTcl)語言腳本解釋器，它有一個事件調度器、一個網(wǎng)絡組件庫。換句話說，使用NS時需要使用OTcl語言編寫腳本文件。事件調度器:事件在NS中是一個具有唯一ID號的數(shù)據(jù)包、數(shù)據(jù)包被處理的時間及處理它的主對象的總稱。事件調度器跟蹤仿真的時間并且根據(jù)預定時間安排隊列中的事件，激活當前時間對應的處理該事件的網(wǎng)絡對象。事件調度器維護一個排序的數(shù)據(jù)結構（缺省情況下ns使用鏈表），對事件有序地執(zhí)行、釋放，并激活事件處理對象。NS仿真試圖NS由C+和OTcl寫成：其中C+語言實現(xiàn)各種網(wǎng)絡組件，這是為了提高效率；OTcl語言編寫腳本文

5、件來建立網(wǎng)絡和運行仿真，這樣是為了簡單而快速地進行網(wǎng)絡環(huán)境的建立。 編譯過的C+對象只要通過鏈接，創(chuàng)建一個與之匹配的OTcl對象就可在OTcl解釋器中使用。 OTcl與C+的類對應示意圖NS2的總體系結構NS2的部分類結構連接器Connector是NS2基本網(wǎng)絡組件中的另一個大類。它的基本派生類對象包括緩沖隊列（Queue）、延遲（Delay）、各種產生和處理數(shù)據(jù)包的代理（Agent）和對象的跟蹤器（Trace）。基于連接器的基本網(wǎng)絡組件只有一個可能數(shù)據(jù)輸出的路徑，和分類器有1個或多個可能的數(shù)據(jù)輸出路徑（Switch）是不同的。拓撲結點連接類（Link）是NS2中另一個主要的復合組件對象。一個

6、結點和另一個結點之間的簡單連接（simplex-link）是單向的。一個最基本的簡單連接由一個連接入口、包緩沖隊列、延遲處理對象、廢棄處理對象和時間處理對象（TTL）組成。如何從OTcl來操縱NS2的C+對象, 這包括: 動態(tài)創(chuàng)建一個新的C+對象, 訪問這個C+對象的屬性, 調用該C+對象的方法. 利用NS2模擬流程和注意事項1. 流程整個模擬流程主要有三部分工作量：一是修改源代碼，二是 編寫Tcl模擬腳本，三是分析結果。源代碼在需要修改的時候才修改，注意修改C+代碼時候，要修改相應的OTcl代碼需要用awk語言對結果進行分析，用gnuplot作圖或者用nam生 成動畫tcl 腳本ns-2Tr

7、ace文件Nam文件namGawkgnuplot2. 注意事項NS2協(xié)議仿真1. MTE(Minimum Transmission Energy)協(xié)議：在MTE協(xié)議中，節(jié)點選擇離自己平面距離 最近的節(jié)點進行路由中轉當且僅當如下公式滿足時，節(jié)點A將會選擇 B轉發(fā)自己的數(shù)據(jù)到節(jié)點C3.LEACH-C協(xié)議：LEACH-C引入中心控制機制，保證簇頭較優(yōu)地分布于網(wǎng)絡中，從而優(yōu)化網(wǎng)絡性能。LEACH-C 協(xié)議也分為簇的建立和數(shù)據(jù)傳輸階段。在簇的建立階段，所有節(jié)點都將自己的位置與能量信息傳送給基站?；居嬎愠鏊泄?jié)點能量的平均值，只有能量大于平均值的節(jié)點才有資格成為簇頭。然后基站利用模擬退火算法劃分簇，選出簇頭節(jié)點。然后向所有節(jié)點廣播簇頭節(jié)點的ID 信息，各個節(jié)點根據(jù)接收的消息判斷自己的身份。如果ID 與自己的ID 信息相同，則成為簇頭；否則，則根據(jù)自己所在的簇決定自己的數(shù)據(jù)傳輸TDMA 時隙，并進入“睡眠”狀態(tài)，直到傳輸數(shù)據(jù)的時隙到來。數(shù)據(jù)傳輸階段，LEACH-C 與LEACH 機制相同。LEACH模型仿真后生成 x.data,