車輛自組網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議分析與仿真畢業(yè)設(shè)計(jì)

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但是x到D的直線距離比w和y還要小，所以假使純貪心的話，他就停在這一步了，x的通信范圍和D構(gòu)成了一個(gè)陰影，這個(gè)陰影里沒有中繼節(jié)點(diǎn)。所以說明必需要再想個(gè)方法了，然后用了個(gè)右手規(guī)則，就是從右邊看，選的w，雖然我們看起來好像是左邊，然后沿著右邊一條條的上去，避過了這個(gè)void區(qū)域，他寫的是x-w-v-d。然后這個(gè)圈是右手規(guī)則。如下圖2-9所示

圖2-9GPSR右手定則在三角形中的應(yīng)用

就這個(gè)三角形，就跟走迷宮一樣，沿著右邊一直走，總能出迷宮，除非迷宮是個(gè)閉環(huán)，就是沒出口。只要有出口的話，確定在某個(gè)時(shí)段看到出口就出去了，不過假使那個(gè)出口也關(guān)了，那確定又繞回起點(diǎn)了，就成環(huán)路了。

2.3.3基于地圖的路由協(xié)議

一直以來，基于地圖的路由協(xié)議可以被認(rèn)為是未來的發(fā)展方向，是各國(guó)政府、學(xué)者、工廠重點(diǎn)研究的課題之一。雖然沒有一個(gè)協(xié)議明確提出是基于地圖的，但是像GPCR、GSR這類協(xié)議都已經(jīng)用上了地圖，可以認(rèn)為是基于地圖路由協(xié)議的雛形。伴隨地理信息系統(tǒng)(GeographicInformationSystem,GIS)[10]技術(shù)的不斷進(jìn)步，車載導(dǎo)航系統(tǒng)能夠傳遞的信息越來越多，諸如城市路徑的詳細(xì)信息，路徑導(dǎo)航功能。

車載自組網(wǎng)地圖的路由協(xié)議將車輛位置、行人信息在地圖中定位，再結(jié)合電子導(dǎo)航地圖提供的豐富實(shí)時(shí)的交通道路信息，再通過節(jié)點(diǎn)集、道路集、十字路口集作為計(jì)算最優(yōu)轉(zhuǎn)發(fā)路徑的依據(jù)。由這些條件計(jì)算出來的路徑將會(huì)更加可靠、更加實(shí)時(shí)、更加有效，更符合車載網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境。目前基于對(duì)地圖的路由協(xié)議大多在理論分析研究階段。劉建航,孫江明,畢經(jīng)平等人在文獻(xiàn)[11]中對(duì)此進(jìn)行了研究。

2.4本章小結(jié)

本章詳細(xì)的介紹了車載網(wǎng)絡(luò)，并簡(jiǎn)要的概括了車載自組網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)、應(yīng)用場(chǎng)景和

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網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的特點(diǎn)，并介紹了車載自組網(wǎng)中現(xiàn)在所使運(yùn)用的一些關(guān)鍵技術(shù)。包括MAC層無線接入的方式、車載自組網(wǎng)路由協(xié)議和GPS定位技術(shù)的應(yīng)用。其次簡(jiǎn)單介紹了幾種經(jīng)典的車載網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議。其中重點(diǎn)介紹了基于拓?fù)涞穆酚蓞f(xié)議AODV，基于地理位置的路由協(xié)議GPSR。

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第三章NS2模擬與仿真工具

3.1車載網(wǎng)算法的NS2仿真平臺(tái)構(gòu)建

研究算法主要有理論研究、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、計(jì)算機(jī)仿真三種方式。理論研究、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、計(jì)算機(jī)仿真三種定義及應(yīng)用場(chǎng)合如下例所示。

理論研究，即用統(tǒng)計(jì)理論或電磁場(chǎng)理論用來分析有關(guān)無線電波傳播的特性，并且用各種類型的理論模型來描繪這個(gè)無線信道。正由于每一個(gè)理論模型的建立尋常需要一些假設(shè)條件，所以模型對(duì)于信道特征的表達(dá)往往是相像的，但這個(gè)模型相對(duì)于無線信道其中的一些研究能夠起到一定的指導(dǎo)作用。

通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，就是在各種不同的無線通信的不同傳播環(huán)境之中，我們對(duì)電波傳播進(jìn)行實(shí)測(cè)試驗(yàn)。包括其中的參數(shù)包括信號(hào)的振幅、延時(shí)等等。我們利用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的方式得到了數(shù)據(jù)后，對(duì)它來進(jìn)行分析，然后我們可以得到一些有益的結(jié)果，來為描述信道的特性提供基礎(chǔ)。正是由于無線信道的多樣性和繁雜性，所以這種方法一直都被大家產(chǎn)作研究無線信道特征的重要手段。

對(duì)于計(jì)算機(jī)仿真，單單是理論上面的研究不足以描述出多變的無線信道，而且無線信道多樣性又會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的時(shí)候既吃力又費(fèi)時(shí)，張建明，趙玉娟，江浩斌，賈雪丹，王良民等人在[12]中對(duì)此進(jìn)行過研究。如今計(jì)算機(jī)擁有了強(qiáng)大的計(jì)算能力，可以模擬各種狀況下通信環(huán)境。所以，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真已成為對(duì)無線信道進(jìn)行研究的重要方法。

目前，可用于網(wǎng)絡(luò)仿真的軟件主要有NS2、GlomoSim、OPNET和Qualnet。其中，GlomoSim與NS2都屬于免費(fèi)的軟件，代碼公開?？梢詫?duì)于有線和無線網(wǎng)絡(luò)上的組播協(xié)議、路由、TCP等都可以提供強(qiáng)大的支持，所以在科學(xué)研究中被廣泛的采用。而Qualnet和OPNET則屬于商用的軟件，更加適合開發(fā)一些切合實(shí)際的相關(guān)工程項(xiàng)目，所以需要付費(fèi)使用。Qualnet內(nèi)的一些模型甚至要求得到(美)軍方提供相關(guān)的許可之后才可以使用。而NS2因自由的可擴(kuò)展性所以很受科研人員的愛好，同時(shí)目前國(guó)外較大部分的研究機(jī)構(gòu)現(xiàn)在都采用NS2進(jìn)行無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議來進(jìn)行仿真。所以本文的仿真工具采用NS2。

NS2采用分裂對(duì)象模型。NS構(gòu)件庫(kù)是用兩種面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言編寫的：C++和Otcl。Otcl是MIT開發(fā)的ObjectTcl，即Tcl的擴(kuò)展是面向?qū)ο蟮模琓cl(Toolkitcommandlanguage)是一種交互式的、靈活的腳本語(yǔ)言，而Otcl則在Tcl之中增加了面向?qū)ο蟮囊恍└拍?。NS2中的構(gòu)件一般都作為一個(gè)C++類來實(shí)現(xiàn)，同一時(shí)間會(huì)有一個(gè)Otcl類與它對(duì)應(yīng)，Otcl類中主要提供C++類中對(duì)象面向用戶的接口，這種方式稱為分裂的對(duì)象模型。這種模型兼顧了靈活性和仿真性能兩個(gè)方面。在一方面，C++是一種高效編譯執(zhí)行的語(yǔ)言，它可以使仿真過程執(zhí)行時(shí)獲得較好性能。在另一方面上，Otcl它是解釋

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執(zhí)行的。在用Otcl進(jìn)行仿真的配置，可以在不用重新編譯的狀況時(shí)修改仿真過程和仿真參數(shù)，從而提高仿真的效率。

3.2網(wǎng)絡(luò)仿真的方法和一般過程

針對(duì)NS2的主要運(yùn)行步驟，可知進(jìn)行一次仿真的大致流程如下：

（1）編寫OTCL腳本語(yǔ)言，配置網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，了解鏈路基本的特性。（2）建立協(xié)議代理服務(wù)，主要包括建立終端設(shè)備的協(xié)議綁定目的及建立網(wǎng)絡(luò)通信業(yè)務(wù)量模型。

（3）配置業(yè)務(wù)量模型參數(shù)，以了解網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)量的分布。（4）設(shè)置Trace對(duì)象，分析保存在Trace中模擬過程的數(shù)據(jù)。（5）編寫OTCL腳本。

（6）借助NS2解釋執(zhí)行OTCL腳本。

（7）整個(gè)過程終止后，分析Trace文件，得到需要的數(shù)據(jù)。（8）重新調(diào)整網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)量模型，重復(fù)以上的7個(gè)步驟。

3.3NS2的節(jié)點(diǎn)模型

NS2節(jié)點(diǎn)的模型是由一系列網(wǎng)絡(luò)組件所構(gòu)成的，這些構(gòu)件包括鏈路層（LinkLayer，LL）、連接到LL上的ARP模塊、接口隊(duì)列（InterfaceQueue，Ifq）、MAC層、網(wǎng)絡(luò)接口（NetworkInterface)。節(jié)點(diǎn)的模型對(duì)于分析數(shù)據(jù)包很重要。節(jié)點(diǎn)的模型如圖3-1所示。

PortdemuxIP225DefaulttargetentryAddrSrc/SinkagentLLIFQMACARRadioPropagationNetIFChannel

圖3-1NS2下的節(jié)點(diǎn)模型

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(1)LinkLayer。對(duì)于所發(fā)出的分組，路由agent會(huì)把分組傳遞給LL。然后LL把分組傳遞給下面的接口隊(duì)列。

(2)ARP。地址解析模塊從LL接收到請(qǐng)求。這時(shí)假使ARP此時(shí)已知道了目標(biāo)節(jié)點(diǎn)物理地址（MAC）地址，它就把該地址分別寫入分組的MAC頭中。不然，它就廣播出一個(gè)ARP的請(qǐng)求并且暫時(shí)緩存當(dāng)前的分組。面對(duì)每個(gè)未知目的標(biāo)物理地址來講，都有一個(gè)可存放的分組的緩沖區(qū)。當(dāng)傳送給更多的一致目標(biāo)節(jié)點(diǎn)分組傳遞到ARP的模塊時(shí)，前面被緩存的分組就會(huì)丟失掉。一旦ARP知道了分組的下一跳節(jié)點(diǎn)的物理地址，此分組被放入接口隊(duì)列中。在本論文中，為了提高吞吐量，減少丟失的數(shù)據(jù)包，對(duì)原來的ARP功能進(jìn)行了擴(kuò)展。當(dāng)有更多的傳送到同一個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的分組時(shí)傳遞到ARP模塊時(shí)，形成的是一個(gè)隊(duì)列；當(dāng)收到ARP應(yīng)答時(shí)，讓緩存的數(shù)據(jù)包離開隊(duì)列。

(3)InterfaceQueue。接口隊(duì)列它是由PriQueue的優(yōu)先隊(duì)列實(shí)現(xiàn)的，PriQueue的優(yōu)先隊(duì)列類是一種優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列，會(huì)優(yōu)先處理路由的協(xié)議分組。

(4)MAC層。MAC層實(shí)現(xiàn)了在IEEE802_11的一種MAC協(xié)議。在本論文中使用的MAC的協(xié)議也為802_11。

(5)NetworkInterface。網(wǎng)絡(luò)的接口是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的訪問信道的接口。(6)Antenna。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)它使用單一增益全向天線。

(7)RadioPropagationModel（無線信號(hào)的傳輸模型）?？窟@個(gè)模型來計(jì)算每個(gè)分組在達(dá)到節(jié)點(diǎn)時(shí)信號(hào)強(qiáng)度(功率)。在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)接口層有一種接收功率閥值，在接收分組的信號(hào)強(qiáng)度(功率)假使小于此設(shè)定的閥值時(shí)，這個(gè)分組會(huì)被標(biāo)記為error而且被MAC層丟掉。

(8)Channel。在無線信道的功能是在將分組復(fù)制到所有連接到此信道上的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)時(shí)（除了分組的源節(jié)點(diǎn)）。所有收到分組的節(jié)點(diǎn)是根據(jù)自己需要的根據(jù)無線信號(hào)傳輸?shù)哪Ｐ蛠砼袛嗍欠裾_的接收到分組。

3.4NS2移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的創(chuàng)立

（1）移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的配置：

在NS2中，要?jiǎng)?chuàng)立一個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，就必需在創(chuàng)