網(wǎng)絡(luò)模擬和協(xié)議仿真課程設(shè)計(jì)--基于ns-2的sdrad路由協(xié)議的實(shí)現(xiàn)

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文檔簡介

1、　網(wǎng)絡(luò)模擬和協(xié)議仿真課程設(shè)計(jì)　課程題目：基于NS-2的SDRAD路由協(xié)議的實(shí)現(xiàn) 人員：*****　　摘要　　在網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)的研究中，實(shí)際網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)往往是代價(jià)很高或不現(xiàn)實(shí)的。利用網(wǎng)絡(luò)仿真器NS2 對相關(guān)網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議進(jìn)行仿真是一種既有效又經(jīng)濟(jì)

2、的研究方法，但目前的NS2 還不能支持所有網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的仿真。本文根據(jù)拓展仿真的原理和方法，對在NS2 中添加路由協(xié)議進(jìn)行了研究，添加了SDRAD 路由協(xié)議。　　關(guān)鍵詞：NS2；拓展仿真；路由協(xié)議；SDRAD　　引言　　在真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)計(jì)和調(diào)試網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是一件困難且復(fù)雜的事情

3、，仿真成了最佳可供選擇的測試、評估和驗(yàn)證手段之一。網(wǎng)絡(luò)仿真是用計(jì)算機(jī)程序?qū)νㄐ啪W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模型化，通過程序的運(yùn)行模仿通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行過程。這是一種進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究的基本手段，不僅適用于網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)造和設(shè)計(jì)、協(xié)議性能的評價(jià)與分析，還適用于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的開發(fā)與研究以及真實(shí)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷。網(wǎng)絡(luò)模擬器NS2（Network Simulator v2）是一種免費(fèi)、源代碼公開的模擬軟件平臺(tái)，其協(xié)議代碼與真實(shí)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用代碼很相似，仿真結(jié)果具有可靠性。NS2 是一

4、個(gè)面向?qū)ο蟮碾x散事件驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)模擬器，支持多種流行的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議如TCP、UDP 和路由調(diào)度、擁塞控制算法等。相對于一般的離散型模擬器，NS2 的優(yōu)勢在于它有非常豐富的構(gòu)件庫，而且這些對象易于組合，易于拓展，但是對用戶的編程能力，實(shí)際網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的理解能力要求較高。本文利用NS2 已有的對象，組合所要研究的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型，在NS2 中添加了一個(gè)SDRAD[1]路由協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)仿真。　　由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的眾

5、多優(yōu)勢，如可迅速大規(guī)模部署、可進(jìn)行各種環(huán)境下的長期監(jiān)測、可減少人為干涉等，使得它逐步應(yīng)用到各種軍事和民用領(lǐng)域，包括環(huán)境監(jiān)測、智能交通等。數(shù)據(jù)收集是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由中的一種特殊情況，主要任務(wù)是通過單跳或多跳的方式將網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)收集的數(shù)據(jù)傳送給基站。在環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用中。可采用數(shù)據(jù)收集的方式將數(shù)據(jù)匯集到匯聚節(jié)點(diǎn)．再進(jìn)行進(jìn)一步分析。用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行環(huán)境數(shù)據(jù)收集時(shí)。不同于其他對實(shí)時(shí)性要求比較高的應(yīng)用，其對數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t性沒有太大要求，數(shù)據(jù)

6、傳輸速率也較低，對帶寬也無過高要求。如何降低網(wǎng)絡(luò)能耗、延長網(wǎng)絡(luò)生命周期成了環(huán)境監(jiān)測中數(shù)據(jù)收集的首要問題。DRAD[2] 路由協(xié)議可以很好地滿足上面提到的要求。為了模擬DRAD的原理，對它進(jìn)行了簡化，形成了SDRAD協(xié)議。　　目錄　　第一章協(xié)議介紹1　　第二章協(xié)議設(shè)計(jì)2

7、　　2.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫纬呻A段2　　2.2 數(shù)據(jù)收集階段3　　第三章協(xié)議實(shí)現(xiàn)4　　3.1 SDRAD協(xié)議類4　　3.2 數(shù)據(jù)包頭5　　3.3 鄰居表6<

8、/b>　　3.4 SDRAD協(xié)議類的實(shí)現(xiàn)7　　3.4.1 鄰居表管理7　　3.4.2 SDRAD路由協(xié)議中的關(guān)鍵函數(shù)8　　3.5 將SDRAD整合到NS-2.35中10　　3.5.1 建立協(xié)議文件10</p

9、>　　3.5.2 修改NS-2.35源碼10　　3.5.3 編譯NS-2.35源文件11　　第四章仿真驗(yàn)證12　　4.1 編寫仿真tcl腳本sdrad.tcl12　　4.2 在cygwin窗口中運(yùn)行仿真命令15</p&

10、gt;　　第五章實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析16　　5.1 拓?fù)湫纬呻A段16　　5.2 據(jù)收集階段17　　第六章總結(jié)20　　參考文獻(xiàn)21

11、;　　附錄22　　sdrad.h22　　sdrad_packet.h24　　sdrad_nbtable.h25　　sdrad.cc26　　第一章協(xié)議介紹</

12、b>　　先來介紹一下DRAD協(xié)議，DRAD是(a Data collection Routing algorithm based on Asynchronous Duty-cycle in Wireless Sensor Networks)的簡稱，是一種基于異步休眠調(diào)度、用于環(huán)境監(jiān)監(jiān)測應(yīng)用的數(shù)據(jù)收集協(xié)議。節(jié)點(diǎn)定期收集環(huán)境信息匯總到基站。為了將數(shù)據(jù)傳送到基站，DRAD將網(wǎng)絡(luò)描述成樹狀結(jié)構(gòu)。節(jié)

13、點(diǎn)將自身感知到的數(shù)據(jù)或者需要轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)通過下一跳節(jié)點(diǎn)向基站方向發(fā)送。但是，節(jié)點(diǎn)不是僅僅維護(hù)其下一跳節(jié)點(diǎn)的信息，而是維護(hù)所有鄰居的信息。當(dāng)節(jié)點(diǎn)的下一跳節(jié)點(diǎn)失效時(shí)可以采用迂回策略，使數(shù)據(jù)包最終到達(dá)基站。　　網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)按照一定的規(guī)律進(jìn)行休眠調(diào)度，節(jié)點(diǎn)維護(hù)的鄰居相關(guān)信息除了最小跳步數(shù)、剩余能量、鏈路質(zhì)量等常用選路困素外，還包括計(jì)算其醒來的時(shí)間差。網(wǎng)絡(luò)不需要全局或局部的時(shí)間同步，也不要求節(jié)點(diǎn)修改內(nèi)部時(shí)鐘

14、。而是通過記錄的與鄰居節(jié)點(diǎn)的時(shí)間差，決定發(fā)送數(shù)據(jù)包的時(shí)刻。此外，可以通過發(fā)送的數(shù)據(jù)包和接收節(jié)點(diǎn)回饋的ACK進(jìn)行時(shí)間差修補(bǔ)。對下一跳節(jié)點(diǎn)進(jìn)行選擇時(shí)，加入對鄰居節(jié)點(diǎn)醒來先后順序的考慮。為了簡單起見，路由方面借鑒經(jīng)典的基于地理位置路由的選路策略，如貪婪路由、對網(wǎng)絡(luò)空洞的處理。休眠調(diào)度也是利用簡單的調(diào)度策略，實(shí)現(xiàn)定義節(jié)點(diǎn)的睡眠和活躍周期。　　SDRAD 路由協(xié)議是對DRAD協(xié)議的簡寫，簡化了的DRAD

15、協(xié)議。SDRAD 主要實(shí)現(xiàn)了建立網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，收集數(shù)據(jù)信息的功能[3]。　　第二章協(xié)議設(shè)計(jì)　　SDRAD 協(xié)議分兩個(gè)階段：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫纬呻A段和數(shù)據(jù)收集階段。接下來將對　　這兩個(gè)階段進(jìn)行詳細(xì)說明。　　2.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫纬呻A段</p&g

16、t;　　當(dāng)節(jié)點(diǎn)部署到網(wǎng)絡(luò)并開啟電源后，并不是立即進(jìn)入數(shù)據(jù)收集。而是首先由基站發(fā)送Hello 包，節(jié)點(diǎn)接受到Hello 包后，更新自己的鄰居節(jié)點(diǎn)信息，從而建立樹狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。協(xié)議剛啟時(shí)，所有節(jié)點(diǎn)的跳步數(shù)都為無窮大。首先，由基站廣播Hello 包，為了簡單，本例中將基站固定為序列號為0 的節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)接收到Hello 包后，更新本節(jié)點(diǎn)跳步數(shù)和鄰居列表，廣播自身。　　Hello包的

17、分組頭　　節(jié)點(diǎn)的分布及形成的拓?fù)潢P(guān)系：　　圖1 結(jié)點(diǎn)分布　　如圖1，網(wǎng)絡(luò)中共有0~7 個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中節(jié)點(diǎn)0 為基站，其跳步數(shù)為0。節(jié)點(diǎn)1，2 的跳步數(shù)為1，節(jié)點(diǎn)3，4，5 的跳步數(shù)為2，節(jié)點(diǎn)6 的跳步數(shù)為3。在網(wǎng)絡(luò)形成階段由基站發(fā)送Hello 包，節(jié)點(diǎn)1，2 接收到Hello

18、包，將節(jié)點(diǎn)0加入到它們的鄰居表中，同時(shí)節(jié)點(diǎn)1，2 重新向外發(fā)送Hello 包，被節(jié)點(diǎn)3，4，5接收，依次建立鄰居表，形成SDRAD 的拓?fù)潢P(guān)系。　　2.2 數(shù)據(jù)收集階段　　進(jìn)入數(shù)據(jù)收集階段后，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某一節(jié)點(diǎn)接受到數(shù)據(jù)包后，該節(jié)點(diǎn)就會(huì)向鄰居表中的某一節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)收集包(collect 包)，最終將接收到的數(shù)據(jù)信息發(fā)送到基站，傳給應(yīng)用程序進(jìn)行處理。選擇哪

19、一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)呢？協(xié)議將隨機(jī)選擇鄰居表的一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。　　圖2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑圖　　如圖2，節(jié)點(diǎn)6 接收到數(shù)據(jù)信息，節(jié)點(diǎn)6將該數(shù)據(jù)封裝成Collect 包，依次傳送給節(jié)點(diǎn)5、節(jié)點(diǎn)1、在到基站(節(jié)點(diǎn)0)。路徑中結(jié)點(diǎn)5與結(jié)點(diǎn)1都是隨機(jī)選擇的。　　第三章協(xié)議實(shí)現(xiàn)</p&g

20、t;　　3.1 SDRAD協(xié)議類　　為了實(shí)現(xiàn)SDRAD 協(xié)議類，我們編寫了4 個(gè)程序文件，分別是sdrad.h、sdrad.cc(SDRAD 協(xié)議的定義和實(shí)現(xiàn))、sdrad_packet.h(SDRAD 新增包頭的定義)、sdrad_nbtable.h(鄰居表的定義和實(shí)現(xiàn))。　　在ns2 中，所有路由協(xié)議都是從Agent 類繼承

21、而來的，實(shí)現(xiàn)協(xié)議時(shí)主要關(guān)心的是節(jié)點(diǎn)對包的接收和發(fā)送，即recv 函數(shù)和send 函數(shù)。Recv 函數(shù)一般從Agent 類繼承而來，send 函數(shù)根據(jù)需要自己編寫。下面給出SDRAD 協(xié)議類的定義：　　class SDRAD: public Agent {　　friend class SDRAD_Neighbor; //SDRAD_Neighbor 類是鄰

22、居表類　　friend class SDRAD_HelloTimer; //Hello 定時(shí)器類　　public:　　SDRAD(nsaddr_t id); //含一個(gè)參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)　　void recv(Packet *p, Han

23、dler*); //接收上層協(xié)議送下來的數(shù)據(jù)并處理　　protected:　　//命令處理函數(shù)，實(shí)現(xiàn)Tcl 和C++之間的信息交換　　int command(int ,const char* const*);　　inline int initialized() { ret

24、urn 1 && target_; }　　//對上層發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理　　void resolve(Packet *p);　　//鄰居表的信息維護(hù)　　void nb_insert(u_int32_t seqno, u_int8_t hop); //插入&l

25、t;/p>　　SDRAD_Neighbor* nb_lookup(u_int32_t seqno); //查找　　void nb_delete(u_int32_t seqno); //刪除　　void nb_purge(); //清空　　void nb_print(); //打印，檢驗(yàn)

26、協(xié)議所建立的拓?fù)涫欠穹弦?lt;/p>　　void forward(u_int32_t seqno,Packet *p, double delay); //轉(zhuǎn)發(fā)函數(shù)　　void sendHello(bool isbase); //發(fā)送Hello 包　　//Packet RX Routines<

27、p>　　void recvHello(Packet *p); //接收Hello 包　　//接收SDRAD 包(包括Hello 包和Collect 包)　　void recvSDRAD(Packet*p);　　//Packet collect Routines，發(fā)送、接收Collect 包

28、;　　void sendCollect(u_int32_t ipdst);　　void recvCollect(Packet *p);　　//Timers　　SDRAD_HelloTimer htimer; //定義定時(shí)器<

29、p>　　private:　　//本協(xié)議中為了簡化處理，將IP 地址和序列號設(shè)置為同一唯一值　　nsaddr_t index_; //本節(jié)點(diǎn)的IP 地址　　u_int32_t seqno_; //本節(jié)點(diǎn)的序列號　　u_int8_t

30、 hop_count_; //節(jié)點(diǎn)跳步數(shù)　　protected:　　SDRAD_nbtable nbthead_; //定義鄰居表　　//為調(diào)試和跟蹤定義的變量　　Trace *logtarget_;　　NsObject *upt

31、arget_;　　NsObject *port_dmux_;　　};　　其構(gòu)造函數(shù)的實(shí)現(xiàn)：　　voidSDRAD::SDRAD(nsaddr_t id):Agent(PT_SDRAD),port_

32、dmux_(0),htimer(this){　　index_ = id;　　seqno_ = id; //　　hop_count_ = INFINITY; //跳步數(shù)為無窮大　　logtarget_ = 0;　　LIST_INIT

33、(&nbthead_);　　length = 0; //鄰居表長度　　}　　3.2 數(shù)據(jù)包頭　　現(xiàn)在，我們?yōu)镾DRAD 協(xié)議新建包頭,對應(yīng)實(shí)現(xiàn)協(xié)議中的分組頭。下述代碼在sdrad_pack

34、et.h 中：　　//SDRAD包頭:hdr_sdrad　　struct hdr_sdrad {　　u_int8_t dh_type; //分組類型　　static int offset_;　　inline static int&

35、amp; offset() { return offset_; }　　inline static hdr_sdrad* access(const Packet* p) {　　return (hdr_sdrad*) p->access(offset_);　　}</p

36、>　　};　　Hello包頭:hdr_sdrad_hello　　struct hdr_sdrad_hello {　　u_int8_t hh_type; //分組類型　　u_int8_t hh_hop_cou

37、nt; //跳步數(shù)　　u_int32_t hh_src_seq; //源節(jié)點(diǎn)序列號　　//計(jì)算包頭大小　　inline int size() {　　int sz = 0;　　sz = size

38、of(u_int8_t)　　+ sizeof(u_int8_t)　　+ sizeof(u_int32_t);　　return sz;　　}　　};<

39、/p>　　Collect包頭：hdr_sdrad_collect　　struct hdr_sdrad_collect {　　u_int8_t hc_type; //分組類型　　u_int8_t hc_hop_count; //跳步數(shù)　　u_in

40、t32_t hc_src_seq; //源節(jié)點(diǎn)序列號　　u_int32_t hc_dst_seq; //目的節(jié)點(diǎn)序列號　　inline int size() {//計(jì)算包頭大小　　int sz = 0;　　sz = sizeof(u_int8_t)

41、　　+ sizeof(u_int8_t)　　+ sizeof(u_int32_t)　　+ sizeof(u_int32_t);　　return sz;　　}

42、　　};　　//聯(lián)合SDRAD 的分組頭，節(jié)約空間便于使用　　union hdr_all_sdrad {　　hdr_sdrad dh;　　hdr_sdrad_hello hh;　　hdr_sdrad_colle

43、ct hc;　　};　　3.3 鄰居表　　在ns2 中內(nèi)置了一個(gè)鏈表結(jié)構(gòu)list(源碼在~ns/lib/bsd-list.h 中)，在此使用這個(gè)list 結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)鄰居類(sdrad_nbtable.h)：<p

44、>　　#include <lib/bsd-list.h> //包含頭文件　　class SDRAD_Neighbor {　　friend class SDRAD; //設(shè)置SDRAD 為友元　　public:　　SD

45、RAD_Neighbor(u_int32_t s, u_int8_t hop) { //構(gòu)造函數(shù)　　seqno_ = s;　　hop_count_ = hop;　　}　　protected:&

46、lt;b>　　//鏈表結(jié)構(gòu)　　LIST_ENTRY(SDRAD_Neighbor) nb_link; 　　//鄰居結(jié)點(diǎn)中的字段　　u_int32_t seqno_; //序列號　　u_int8_t hop_count_; //跳步數(shù)</p&

47、gt;　　};　　//定義鏈表結(jié)構(gòu)　　LIST_HEAD(SDRAD_nbtable, SDRAD_Neighbor); 　　解釋類的定義和編譯類的聯(lián)接　　解釋類和編譯類的連

48、接方法比較固定，對于只關(guān)心協(xié)議內(nèi)容的人，可參考ns2 中同層協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方法。Tcl Hooks　　到目前為止，我們的SDRAD 協(xié)議還不能被ns 所認(rèn)可，還需要其它定義。下面部分是不可缺少的，而且通常只需要按照這個(gè)典型模式實(shí)現(xiàn)。其中Agent\SDRAD 指定了C++中的SDRAD 類和Tcl 部分中的Agent/SDRAD 綁定在了一起。　　//sdr

49、ad.cc 文件中：　　//TCL Hooks　　static class SDRADclass : public TclClass {　　public:　　SDRADclass():TclClass("Agent/SDRA

50、D") {}　　TclObject* create(int argc,const char* const* argv) {　　assert(argc == 5);　　return(new SDRAD((u_int32_t)atoi(argv[4])));<

51、b>　　}　　}class_rtProtoSDRAD;　　3.4 SDRAD協(xié)議類的實(shí)現(xiàn)　　3.4.1 鄰居表管理　　本部分功能實(shí)現(xiàn)對鄰居表的增刪查改等，方便代理類的使用。　　插入<

52、;/b>　　新建一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)，插入nbtable 中。　　void SDRAD::nb_insert(u_int32_t seqno, u_int8_t hop) 　　查找　　查找序列號為seqno 的節(jié)點(diǎn)

53、　　SDRAD_Neighbor* SDRAD::nb_lookup(u_int32_t seqno)　　刪除　　刪除序列號為seqno 的節(jié)點(diǎn)　　void SDRAD::nb_delete(u_int32_t seqno) <

54、;p>　　清空　　清空鄰居表　　void SDRAD::nb_purge() 　　打印　　輸出鄰居表的跳步數(shù)和序列號<p&

55、gt;　　void SDRAD::nb_print() 　　3.4.2 SDRAD路由協(xié)議中的關(guān)鍵函數(shù)　　1> command 函數(shù)　　int SDRAD::command(int argc,const char*const*argv)　　command 函數(shù)的寫

56、法固定，主要實(shí)現(xiàn)Otcl 和C++的交互，對Otcl 命令　　進(jìn)行解析。用來解析模擬器類create-sdrad-agent 函數(shù)中的命令。　　Simulator instproc create-sdrad-agent { node } {　　#Create SDRAD routing agent</p&g

57、t;　　set ragent [new Agent/SDRAD [$node id]]　　puts "=======[$node id]======== " ;#測試　　$self at 0.0 "$ragent start" ;# 在0.0s 啟動(dòng)協(xié)議

58、;　　$node set ragent_ $ragent　　return $ragent　　}　　2> recv函數(shù)　　void SDRAD::recv(Packet*p,Handler*)<p&

59、gt;　　新協(xié)議類重載recv 函數(shù)，判別分組包類型，并對其進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)、更新、丟棄、重發(fā)等處理，來實(shí)現(xiàn)具體協(xié)議所要求的內(nèi)容。　　3> sendHello函數(shù)　　void SDRAD::sendHello(bool isbase){　　發(fā)送hello數(shù)據(jù)包?；局惶幚戆l(fā)送一次Hello 包，非基站節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身

60、信息新建Hello 包，廣播。　　4> recvHello函數(shù)　　void SDRAD::recvHello(Packet*p)　　基站接收到Hello 包，丟棄；節(jié)點(diǎn)接收到自身廣播的Hello 包，丟棄；節(jié)點(diǎn)接收到有效Hello 包，更新本節(jié)點(diǎn)的跳步數(shù)，將上一跳節(jié)點(diǎn)信息加入鄰居表，并廣播自身；丟棄重復(fù)鄰

61、居Hello 包和非鄰居包。　　HelloTimer定時(shí)器　　運(yùn)行一段時(shí)間的網(wǎng)絡(luò)會(huì)不穩(wěn)定(包括網(wǎng)絡(luò)中有新結(jié)點(diǎn)加入，節(jié)點(diǎn)壽命結(jié)束，能量用盡等)，用HelloTimer 定時(shí)器定時(shí)發(fā)送Hello 包，更新鄰居信息，建立新的樹狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。　　sdrad.h 中HelloTimer 的定義：<

62、;p>　　class SDRAD_HelloTimer : public Handler {　　public:　　SDRAD_HelloTimer(SDRAD* a) : agent(a) {}　　void handle(Event*);<

63、p>　　private:　　SDRAD *agent;　　Event intr;　　};　　重寫handle 函數(shù)，使基站發(fā)送Hello 包，建立新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：<

64、;p>　　void SDRAD_HelloTimer::handle(Event*) {　　agent->nb_purge(); //清楚鄰居表　　agent->sendHello(true); //基站發(fā)送Hello 包　　//該定時(shí)器每個(gè)50s 調(diào)度一次<p&g

65、t;　　Scheduler::instance().schedule(this, &intr, 50);　　}　　Resolve函數(shù)　　void SDRAD:resolve(Packet *p) <p

66、>　　節(jié)點(diǎn)通過第一節(jié)點(diǎn)建立好網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)后，就進(jìn)入數(shù)據(jù)收集階段，此協(xié)議通過將有用數(shù)據(jù)處理成Collect 包在網(wǎng)絡(luò)之間傳送。在recv函數(shù)中節(jié)點(diǎn)在接收到有用數(shù)據(jù)后，通過resolve 函數(shù)將其處理成collect 包后轉(zhuǎn)發(fā)給鄰居節(jié)點(diǎn)。　　下一跳函數(shù)　　u_int32_t SDRAD::nexthop_random(

67、) 　　隨機(jī)選擇鄰居表中節(jié)點(diǎn)編號　　轉(zhuǎn)發(fā)函數(shù)forward　　void SDRAD::forward(u_int32_t seqno,Packet *p, double delay) 　　發(fā)送collect包函數(shù)　　void SD

68、RAD::sendCollect(u_int32_t ipdst) 　　節(jié)點(diǎn)根據(jù)參數(shù)ipdst 確定下一跳目的地，發(fā)送collect包。　　接收collect包函數(shù)　　void SDRAD::recvCollect(Packet *p) 　　節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選擇下一跳，發(fā)送col

69、lect 包。基站處理數(shù)據(jù)，丟棄廢包。　　3.5 將SDRAD整合到NS-2.35中　　3.5.1 建立協(xié)議文件　　本協(xié)議程序共五個(gè)文件，分別是： sdrad_packet.h、sdrad_nbtable.h、sdrad.h 和sdrad.cc。在<ns-2.35>目錄下建立sdrad 文件夾，將

70、上述這5 個(gè)文件放進(jìn)去。　　3.5.2 修改NS-2.35源碼　　需要改五個(gè)文件：ns-2.35/common/packet.h　　ns-2.35/tcl/lib/ns-lib.tcl　　ns-2.35/tcl/lib/ns-packet.tcl

71、　　ns-2.35/Makefile　　ns-2.35/common/packet.h文件中找到如下位置，添加紅色標(biāo)記的一行。　　static const packet_t PT_PROTONAME = 73;　　// insert new packet types here

72、　　static packet_t PT_NTYPE = 75; // This MUST be the LAST one　　找到如下位置，添加紅色標(biāo)記的一行。　　name_[PT_DCCP_RESET]="DCCP_Reset";　　name_[PT_P

73、ROTONAME]= "protoname";　　name_[PT_SDRAD]="SDRAD";　　name_[PT_NTYPE]= "undefined";　　在ns-2.35/tcl/lib/ns-lib.tcl文件中找到如下位置，添加紅色標(biāo)記的一

74、段代碼。　　AODV {　　set ragent [$self create-aodv-agent $node]　　}　　SDRAD {

75、　　set ragent [$self create-sdrad-agent $node]　　}　　AOMDV {　　set ragent [$self create-aomdv-agent $node]</p&

76、gt;　　}　　在合適的位置加入如下代碼：　　Simulator instproc create-sdrad-agent { node } {　　#Create SDRAD routing agent　　set

77、ragent [new Agent/SDRAD [$node id]]　　puts "=======[$node id]======== " ;#測試　　$self at 0.0 "$ragent start" ;# 在0.0s 啟動(dòng)協(xié)議　　$node set ragent

78、_ $ragent　　return $ragent　　}　　在ns-2.35/tcl/lib/ns-packet.tcl 文件中找到如下位置，添加紅色標(biāo)記部分。　　MDART # routing protocol for ad-ho

79、c networks　　# AOMDV patch　　AOMDV　　Protoname　　SDRAD#　　在ns-2

80、.35/Makefile文件中找到如下位置，添加紅色標(biāo)記部分　　wpan/p802_15_4trace.o wpan/p802_15_4transac.o \　　apps/pbc.o \　　protoname/protoname.o protoname/protoname_rtable.o \

81、　　sdrad/sdrad.o \　　$(OBJ_STL)　　3.5.3 編譯NS-2.35源文件　　在cygwin中運(yùn)行如下命令完成源文件的編譯。　　huger@huger-PC ~/ns-allinone-2.35<

82、;p>　　$ cd ns-2.35　　huger@huger-PC ~/ns-allinone-2.35/ns-2.35　　$ make clean　　huger@huger-PC ~/ns-allinone-2.35/ns-2.35　　$ mak

83、e　　第四章仿真驗(yàn)證　　4.1 編寫仿真tcl腳本sdrad.tcl　　#Agent/UDP set packetSize_ 6000　　#Define options <p&g

84、t;　　set val(ifqlen) 50 ;#max packet in ifq　　set val(nn) 7 ;#number of mobilenodes　　set val(rp) SDRAD　　set val(chan) Channel/

85、WirelessChannel　　set val(prop) Propagation/TwoRayGround　　set val(netif) Phy/WirelessPhy　　set val(mac) Mac/802_11　　set val(ifq)

86、 Queue/DropTail/PriQueue　　set val(ll) LL　　set val(ant) Antenna/OmniAntenna　　set val(stop) 20　　#==========================

87、==================　　# Main Program　　#============================================　　#ns_ random 0　　#Initialize Global Variables

88、　　set ns_ [new Simulator]　　set tracefd [open sdrad.tr w]　　$ns_ trace-all $tracefd　　set namtrace [open sdrad.nam w]　　$ns_

89、 namtrace-all-wireless $namtrace 1000 500　　#set up topography　　set topo [new Topography]　　$topo load_flatgrid 1000 500　　#Create God<

90、/p>　　create-god $val(nn)　　#Create the specified nunber of mobilenodes[$val(nn)] and "attach" them　　#to the channel.　　#configure node&

91、lt;/p>　　set channel [new Channel/WirelessChannel]　　$channel set errorProbability_ 0.0　　$ns_ node-config -adhocRouting $val(rp)\　　-llType $val(l

92、l)\　　-macType $val(mac)\　　-ifqType $val(ifq)\　　-ifqLen $val(ifqlen)\　　-antType $val(ant)\　　-propType $val(prop)\<

93、;/p>　　-phyType $val(netif)\　　-channel $channel\　　-topoInstance $topo\　　-agentTrace ON\　　-routerTrace ON\<p&

94、gt;　　-macTrace OFF　　for {set i 0} {$i < $val(nn) } {incr i} {　　set node_($i) [$ns_ node]　　$node_($i) random-motion 0;　　}<

95、/b>　　#Provide initial(X,Y,for now Z=0) co-ordinates for mobilenodes　　$node_(0) set X_ 100.0　　$node_(0) set Y_ 200.0　　$node_(0) set Z_

96、 0.0　　$node_(1) set X_ 250.0　　$node_(1) set Y_ 250.0　　$node_(1) set Z_ 0.0　　$node_(2) set X_ 250.0　　$node_(2) set Y

97、_ 150.0　　$node_(2) set Z_ 0.0　　$node_(3) set X_ 400.0　　$node_(3) set Y_ 300.0　　$node_(3) set Z_ 0.0　　$node_(4) set

98、X_ 400.0　　$node_(4) set Y_ 200.0　　$node_(4) set Z_ 0.0　　$node_(5) set X_ 400.0　　$node_(5) set Y_ 100.0　　$node_(5) s

99、et Z_ 0.0　　$node_(6) set X_ 550.0　　$node_(6) set Y_ 250.0　　$node_(6) set Z_ 0.0　　# Define node initial position in nam<p&

100、gt;　　for {set i 0} {$i < $val(nn)} {incr i} {　　$ns_ initial_node_pos $node_($i) 50　　}　　set udp_(0) [new Agent/UDP]

101、　　$ns_ attach-agent $node_(6) $udp_(0)　　set null_(0) [new Agent/Null]　　$ns_ attach-agent $node_(0) $null_(0)　　$ns_ connect $udp_(0) $null_(0)<

102、p>　　set cbr_(0) [new Application/Traffic/CBR]　　$cbr_(0) set packetSize_ 512　　$cbr_(0) set interval_ 0.05　　$cbr_(0) set random_ 1　　$cb

103、r_(0) set maxpkts_ 1000　　$cbr_(0) attach-agent $udp_(0)　　$ns_ at 5.0 "$cbr_(0) start"　　# Tell nodes when the simulation ends

104、for {set i 0} {$i < $val(nn) } {incr i} {　　$ns_ at $val(stop).0 "$node_($i) reset";　　}　　$ns_ at $val(stop).0 "stop"

105、　　$ns_ at $val(stop).01 "puts \"NS EXITING...\";$ns_ halt"　　proc stop {} {　　global ns_ tracefd 　　$ns_ flush-trace<

106、;/p>　　close $tracefd　　exec nam sdrad.nam &　　exit 0　　}　　puts "Starting Simul

107、ation..."　　$ns_ run 　　4.2 在cygwin窗口中運(yùn)行仿真命令　　huger@huger-PC ~/ns-allinone-2.35/ns-2.35/sdrad　　$ startxwin

108、　huger@huger-PC ~/ns-allinone-2.35/ns-2.35/sdrad　　$ ns sdrad.tcl　　第五章實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析　　5.1 拓?fù)湫纬呻A段　　圖3 nam模擬拓?fù)湫纬呻A段截圖（圖中圓圈的大小代表先后順序）&l

109、t;p>　　圖4 trace文件　　結(jié)合圖3和圖4可以看出，拓?fù)湫纬呻A段基站（節(jié)點(diǎn)0）發(fā)送hello數(shù)據(jù)包之后，節(jié)點(diǎn)1、節(jié)點(diǎn)2接收hello數(shù)據(jù)包，接著節(jié)點(diǎn)1、節(jié)點(diǎn)2發(fā)送hello數(shù)據(jù)包，節(jié)點(diǎn)3、4、5收到hello數(shù)據(jù)包，最后節(jié)點(diǎn)6收到數(shù)據(jù)包，拓?fù)湫纬伞?lt;/p>　　5.2 據(jù)收集階段<

110、p>　　由于數(shù)據(jù)收集過程中，數(shù)據(jù)包是隨機(jī)選路的原因，不同時(shí)刻數(shù)據(jù)包所走的路徑是隨機(jī)的。下面隨機(jī)截取三個(gè)時(shí)刻的nam模擬的截圖如下：　　路徑：6 —> 4 —> 1 —> 0　　圖5 nam模擬的截圖　　圖6 trace文件　　從上面兩個(gè)圖分析，

111、節(jié)點(diǎn)6發(fā)送collect數(shù)據(jù)包給節(jié)點(diǎn)4，之后節(jié)點(diǎn)4轉(zhuǎn)發(fā)給節(jié)點(diǎn)1，最后發(fā)送給基站（節(jié)點(diǎn)0），節(jié)點(diǎn)0收到數(shù)據(jù)包。　　路徑：6 —> 3 —> 1 —> 0　　圖7 nam模擬截圖　　圖8 trace文件　　從上面兩個(gè)圖分析，節(jié)點(diǎn)6發(fā)送collect數(shù)據(jù)包

112、給節(jié)點(diǎn)3，之后節(jié)點(diǎn)3轉(zhuǎn)發(fā)給節(jié)點(diǎn)1，最后發(fā)送給基站（節(jié)點(diǎn)0），節(jié)點(diǎn)0收到數(shù)據(jù)包。　　路徑：6 —> 4 —> 2 —> 0　　圖9 nam模擬截圖　　圖10 trace文件　　從上面兩個(gè)圖分析，節(jié)點(diǎn)6發(fā)送collect數(shù)據(jù)包給節(jié)點(diǎn)3，之后節(jié)點(diǎn)3轉(zhuǎn)發(fā)給節(jié)點(diǎn)

113、2，最后發(fā)送給基站（節(jié)點(diǎn)0），節(jié)點(diǎn)0收到數(shù)據(jù)包。　　第六章總結(jié)　　由于SDRAD協(xié)議是DRAD的簡化版，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)不能按照一定的規(guī)律進(jìn)行休眠調(diào)度，節(jié)點(diǎn)維護(hù)的鄰居相關(guān)信息沒有剩余能量、鏈路質(zhì)量、計(jì)算其醒來的時(shí)間差等選路困素，但是模擬的節(jié)點(diǎn)已經(jīng)能夠進(jìn)行簡單通信，建立樹形拓?fù)渎酚桑占瘮?shù)據(jù)傳送到基站。實(shí)現(xiàn)協(xié)議的流程

114、已經(jīng)成功，使得協(xié)議有更多的功能，需要在簡單協(xié)議的基礎(chǔ)上添加更多的內(nèi)容。　　通過這次課程設(shè)計(jì)，對NS模擬器有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，學(xué)會(huì)了在其上開發(fā)新協(xié)議的流程。　　參考文獻(xiàn)　　[1] NS-2學(xué)習(xí)筆記.　　[2] 劉微姍，陳曉江，段任，陳文娟

115、，劉晨，房鼎益. DRAD：一種基于異步休眠調(diào)度的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集協(xié)議[J]. 計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2010,32 (11):40-51.　　[3] 宋玲，劉勃蘭. NS2 中添加路由協(xié)議的研究與實(shí)現(xiàn)[J]. 通訊和計(jì)算機(jī)，2006,3(10):33-37　　附錄<

116、b>　　sdrad.h　　#ifndef __SDRAD_H__　　#define __SDRAD_H__　　#include <sys/types.h>　　#include <cmu-trace.h>

117、　　#include <priqueue.h>　　#include <packet.h>　　#include <agent.h>　　#include "ip.h"　　#include "

118、;sdrad_nbtable.h"　　#include "sdrad_packet.h"　　#include <classifier-port.h>　　#ifdef DEBUG　　FILE *fp=fopen("out

119、.txt","w+"); //just for test　　#endif　　//current time　　#define CURRENT_TIME Scheduler::instance().clock()&l

120、t;p>　　#define INFINITY 0xFF　　//hello time　　#define SDRAD_HELLO_DELAY 0.001//S　　#define SDRAD_HELLO_INTERVAL 1//1000ms　　#define SDRAD_

121、HELLO_END 20//S　　class SDRAD;　　class SDRAD_HelloTimer:public Handler{　　public:　　SDRAD_HelloTimer(SDRAD*a):agent(a){}&

122、lt;/p>　　void handle(Event*);　　private:　　SDRAD *agent;　　Event intr;　　};&l

123、t;p>　　class SDRAD:public Agent{　　friend class SDRAD_Neighbor;　　friend class SDRAD_HelloTimer;　　public:　　SDRAD(nsad

124、dr_t id);　　void recv(Packet*p,Handler*);　　protected:　　int command(int,const char* const*);　　inline int initialized(){return 1&&t

125、arget_;}　　//Route Table Management　　void resolve(Packet *p);　　//Neighbor Table Management　　void nb_insert(u_int32_t seqno,u_int8_t hop);

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網(wǎng)絡(luò)模擬和協(xié)議仿真課程設(shè)計(jì)--基于ns-2的sdrad路由協(xié)議的實(shí)現(xiàn)

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