網(wǎng)絡模擬和協(xié)議仿真課程設計--基于ns-2的sdrad路由協(xié)議的實現(xiàn)

1、<p>　網(wǎng)絡模擬和協(xié)議仿真課程設計</p><p>　課程題目：基于NS-2的SDRAD路由協(xié)議的實現(xiàn) 人 員：*****</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　在網(wǎng)絡路由技術的研究中，實際網(wǎng)絡系統(tǒng)的實現(xiàn)往往是代價很高或不現(xiàn)實的。利用網(wǎng)絡仿真器NS2 對相關網(wǎng)絡路由協(xié)議進行仿真是一種既有效又經(jīng)濟

2、的研究方法，但目前的NS2 還不能支持所有網(wǎng)絡路由協(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)議進行了研究，添加了SDRAD 路由協(xié)議。</p><p>　　關鍵詞：NS2；拓展仿真；路由協(xié)議；SDRAD</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　在真實的網(wǎng)絡中，設計和調試網(wǎng)絡協(xié)議是一件困難且復雜的事情

3、，仿真成了最佳可供選擇的測試、評估和驗證手段之一。網(wǎng)絡仿真是用計算機程序對通信網(wǎng)絡進行模型化，通過程序的運行模仿通信網(wǎng)絡的運行過程。這是一種進行網(wǎng)絡技術研究的基本手段，不僅適用于網(wǎng)絡模型的構造和設計、協(xié)議性能的評價與分析，還適用于網(wǎng)絡協(xié)議的開發(fā)與研究以及真實網(wǎng)絡的故障診斷。網(wǎng)絡模擬器NS2（Network Simulator v2）是一種免費、源代碼公開的模擬軟件平臺，其協(xié)議代碼與真實網(wǎng)絡應用代碼很相似，仿真結果具有可靠性。NS2 是一

4、個面向對象的離散事件驅動網(wǎng)絡模擬器，支持多種流行的網(wǎng)絡協(xié)議如TCP、UDP 和路由調度、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，實際網(wǎng)絡協(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)絡系統(tǒng)模型，在NS2 中添加了一個SDRAD[1]路由協(xié)議進行網(wǎng)絡仿真。</p><p>　　由于無線傳感器網(wǎng)絡的眾

5、多優(yōu)勢，如可迅速大規(guī)模部署、可進行各種環(huán)境下的長期監(jiān)測、可減少人為干涉等，使得它逐步應用到各種軍事和民用領域，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)絡路由中的一種特殊情況，主要任務是通過單跳或多跳的方式將網(wǎng)絡中傳感器節(jié)點收集的數(shù)據(jù)傳送給基站。在環(huán)境監(jiān)測應用中?？刹捎脭?shù)據(jù)收集的方式將數(shù)據(jù)匯集到匯聚節(jié)點．再進行進一步分析。用無線傳感器網(wǎng)絡進行環(huán)境數(shù)據(jù)收集時。不同于其他對實時性要求比較高的應用，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)絡能耗、延長網(wǎng)絡生命周期成了環(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，對它進行了簡化，形成了SDRAD協(xié)議。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 協(xié)議介紹1</p><p>　　第二章 協(xié)議設計2

7、</p><p>　　2.1 網(wǎng)絡拓撲形成階段2</p><p>　　2.2 數(shù)據(jù)收集階段3</p><p>　　第三章 協(xié)議實現(xiàn)4</p><p>　　3.1 SDRAD協(xié)議類4</p><p>　　3.2 數(shù)據(jù)包頭5</p><p><b>　　3.3 鄰居表6<

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

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

10、gt;<p>　　第五章 實驗結果分析16</p><p>　　5.1 拓撲形成階段16</p><p>　　5.2 據(jù)收集階段17</p><p><b>　　第六章 總結20</b></p><p><b>　　參考文獻21</b></p><p>

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

12、b></p><p>　　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度、用于環(huán)境監(jiān)監(jiān)測應用的數(shù)據(jù)收集協(xié)議。節(jié)點定期收集環(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)絡描述成樹狀結構。節(jié)

13、點將自身感知到的數(shù)據(jù)或者需要轉發(fā)的數(shù)據(jù)通過下一跳節(jié)點向基站方向發(fā)送。但是，節(jié)點不是僅僅維護其下一跳節(jié)點的信息，而是維護所有鄰居的信息。當節(jié)點的下一跳節(jié)點失效時可以采用迂回策略，使數(shù)據(jù)包最終到達基站。</p><p>　　網(wǎng)絡中的節(jié)點按照一定的規(guī)律進行休眠調度，節(jié)點維護的鄰居相關信息除了最小跳步數(shù)、剩余能量、鏈路質量等常用選路困素外，還包括計算其醒來的時間差。網(wǎng)絡不需要全局或局部的時間同步，也不要求節(jié)點修改內部時鐘

14、。而是通過記錄的與鄰居節(jié)點的時間差，決定發(fā)送數(shù)據(jù)包的時刻。此外，可以通過發(fā)送的數(shù)據(jù)包和接收節(jié)點回饋的ACK進行時間差修補。對下一跳節(jié)點進行選擇時，加入對鄰居節(jié)點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)絡空洞的處理。休眠調度也是利用簡單的調度策略，實現(xiàn)定義節(jié)點的睡眠和活躍周期。</p><p>　　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 主要實現(xiàn)了建立網(wǎng)絡結構，收集數(shù)據(jù)信息的功能[3]。</p><p><b>　　第二章 協(xié)議設計</b></p><p>　　SDRAD 協(xié)議分兩個階段：網(wǎng)絡拓撲形成階段和數(shù)據(jù)收集階段。接下來將對</p><p>　　這兩個階段進行詳細說明。</p><p>　　2.1 網(wǎng)絡拓撲形成階段</p&g

16、t;<p>　　當節(jié)點部署到網(wǎng)絡并開啟電源后，并不是立即進入數(shù)據(jù)收集。而是首先由基站發(fā)送Hello 包，節(jié)點接受到Hello 包后，更新自己的鄰居節(jié)點信息，從而建立樹狀的網(wǎng)絡結構。協(xié)議剛啟時，所有節(jié)點的跳步數(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。節(jié)點接收到Hello 包后，更新本節(jié)點跳步數(shù)和鄰居列表，廣播自身。</p><p>　　Hello包的

17、分組頭</p><p>　　節(jié)點的分布及形成的拓撲關系：</p><p><b>　　圖1 結點分布</b></p><p>　　如圖1，網(wǎng)絡中共有0~7 個節(jié)點，其中節(jié)點0 為基站，其跳步數(shù)為0。節(jié)點1，2 的跳步數(shù)為1，節(jié)點3，4，5 的跳步數(shù)為2，節(jié)點6 的跳步數(shù)為3。在網(wǎng)絡形成階段由基站發(fā)送Hello 包，節(jié)點1，2 接收到Hello

18、 包，將節(jié)點0加入到它們的鄰居表中，同時節(jié)點1，2 重新向外發(fā)送Hello 包，被節(jié)點3，4，5接收，依次建立鄰居表，形成SDRAD 的拓撲關系。</p><p>　　2.2 數(shù)據(jù)收集階段</p><p>　　進入數(shù)據(jù)收集階段后，當網(wǎng)絡中某一節(jié)點接受到數(shù)據(jù)包后，該節(jié)點就會向鄰居表中的某一節(jié)點發(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，傳給應用程序進行處理。選擇哪

19、一個鄰居節(jié)點呢？協(xié)議將隨機選擇鄰居表的一個節(jié)點進行轉發(fā)。</p><p>　　圖2 數(shù)據(jù)轉發(fā)路徑圖</p><p>　　如圖2，節(jié)點6 接收到數(shù)據(jù)信息，節(jié)點6將該數(shù)據(jù)封裝成Collect 包，依次傳送給節(jié)點5、節(jié)點1、在到基站(節(jié)點0)。路徑中結點5與結點1都是隨機選擇的。</p><p><b>　　第三章 協(xié)議實現(xiàn)</b></p&g

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

21、而來的，實現(xiàn)協(xié)議時主要關心的是節(jié)點對包的接收和發(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：</p><p>　　class SDRAD: public Agent {</p><p>　　friend class SDRAD_Neighbor; //SDRAD_Neighbor 類是鄰

22、居表類</p><p>　　friend class SDRAD_HelloTimer; //Hello 定時器類</p><p><b>　　public:</b></p><p>　　SDRAD(nsaddr_t id); //含一個參數(shù)的構造函數(shù)</p><p>　　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</p><p>　　protected:</p><p>　　//命令處理函數(shù)，實現(xiàn)Tcl 和C++之間的信息交換</p><p>　　int command(int ,const char* const*);</p><p>　　inline int initialized() { ret

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

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

26、協(xié)議所建立的拓撲是否符合要求</p><p>　　void forward(u_int32_t seqno,Packet *p, double delay); //轉發(fā)函數(shù)</p><p>　　void sendHello(bool isbase); //發(fā)送Hello 包</p><p>　　//Packet RX Routines</p><

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

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

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

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

31、arget_;</p><p>　　NsObject *port_dmux_;</p><p><b>　　};</b></p><p><b>　　其構造函數(shù)的實現(xiàn)：</b></p><p>　　voidSDRAD::SDRAD(nsaddr_t id):Agent(PT_SDRAD),port_

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

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

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

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

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

37、nt; //跳步數(shù)</p><p>　　u_int32_t hh_src_seq; //源節(jié)點序列號</p><p><b>　　//計算包頭大小</b></p><p>　　inline int size() {</p><p>　　int sz = 0;</p><p>　　sz = size

38、of(u_int8_t)</p><p>　　+ sizeof(u_int8_t)</p><p>　　+ sizeof(u_int32_t);</p><p>　　return sz;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　};</b><

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

40、t32_t hc_src_seq; //源節(jié)點序列號</p><p>　　u_int32_t hc_dst_seq; //目的節(jié)點序列號</p><p>　　inline int size() {//計算包頭大小</p><p>　　int sz = 0;</p><p>　　sz = sizeof(u_int8_t)</p>

41、<p>　　+ sizeof(u_int8_t)</p><p>　　+ sizeof(u_int32_t)</p><p>　　+ sizeof(u_int32_t);</p><p>　　return sz;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>

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

43、ct hc;</p><p><b>　　};</b></p><p><b>　　3.3 鄰居表</b></p><p>　　在ns2 中內置了一個鏈表結構list(源碼在~ns/lib/bsd-list.h 中)，在此使用這個list 結構實現(xiàn)鄰居類(sdrad_nbtable.h)：</p><p

44、>　　#include <lib/bsd-list.h> //包含頭文件</p><p>　　class SDRAD_Neighbor {</p><p>　　friend class SDRAD; //設置SDRAD 為友元</p><p><b>　　public:</b></p><p>　　SD

45、RAD_Neighbor(u_int32_t s, u_int8_t hop) { //構造函數(shù)</p><p>　　seqno_ = s;</p><p>　　hop_count_ = hop;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　protected:</p><p>&

46、lt;b>　　//鏈表結構</b></p><p>　　LIST_ENTRY(SDRAD_Neighbor) nb_link; </p><p>　　//鄰居結點中的字段</p><p>　　u_int32_t seqno_; //序列號</p><p>　　u_int8_t hop_count_; //跳步數(shù)</p&

47、gt;<p><b>　　};</b></p><p><b>　　//定義鏈表結構</b></p><p>　　LIST_HEAD(SDRAD_nbtable, SDRAD_Neighbor); </p><p>　　解釋類的定義和編譯類的聯(lián)接</p><p>　　解釋類和編譯類的連

48、接方法比較固定，對于只關心協(xié)議內容的人，可參考ns2 中同層協(xié)議的實現(xiàn)方法。Tcl Hooks</p><p>　　到目前為止，我們的SDRAD 協(xié)議還不能被ns 所認可，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典型模式實現(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。</p><p>　　//sdr

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

59、gt;　　新協(xié)議類重載recv 函數(shù)，判別分組包類型，并對其進行轉發(fā)、更新、丟棄、重發(fā)等處理，來實現(xiàn)具體協(xié)議所要求的內容。</p><p>　　3> sendHello函數(shù)</p><p>　　void SDRAD::sendHello(bool isbase){</p><p>　　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)點根據(jù)自身

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

61、居Hello 包和非鄰居包。</p><p>　　HelloTimer定時器</p><p>　　運行一段時間的網(wǎng)絡會不穩(wěn)定(包括網(wǎng)絡中有新結點加入，節(jié)點壽命結束，能量用盡等)，用HelloTimer 定時器定時發(fā)送Hello 包，更新鄰居信息，建立新的樹狀網(wǎng)絡結構。</p><p>　　sdrad.h 中HelloTimer 的定義：</p><

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

63、p><b>　　private:</b></p><p>　　SDRAD *agent;</p><p>　　Event intr;</p><p><b>　　};</b></p><p>　　重寫handle 函數(shù)，使基站發(fā)送Hello 包，建立新的網(wǎng)絡結構：</p><

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

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

66、>　　節(jié)點通過第一節(jié)點建立好網(wǎng)絡結構后，就進入數(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)絡之間傳送。在recv函數(shù)中節(jié)點在接收到有用數(shù)據(jù)后，通過resolve 函數(shù)將其處理成collect 包后轉發(fā)給鄰居節(jié)點。</p><p><b>　　下一跳函數(shù)</b></p><p>　　u_int32_t SDRAD::nexthop_random(

67、) </p><p>　　隨機選擇鄰居表中節(jié)點編號</p><p>　　轉發(fā)函數(shù)forward</p><p>　　void SDRAD::forward(u_int32_t seqno,Packet *p, double delay) </p><p>　　發(fā)送collect包函數(shù)</p><p>　　void SD

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

69、lect 包。 基站處理數(shù)據(jù)，丟棄廢包。</p><p>　　3.5 將SDRAD整合到NS-2.35中</p><p>　　3.5.1 建立協(xié)議文件</p><p>　　本協(xié)議程序共五個文件，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 個文件放進去。</p><p>　　3.5.2 修改NS-2.35源碼</p><p>　　需要改五個文件：ns-2.35/common/packet.h</p><p>　　ns-2.35/tcl/lib/ns-lib.tcl</p><p>　　ns-2.35/tcl/lib/ns-packet.tcl</p>

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

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

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

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

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

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

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

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

79、c networks</p><p>　　# AOMDV patch</p><p><b>　　AOMDV</b></p><p><b>　　Protoname</b></p><p><b>　　SDRAD#</b></p><p>　　在ns-2

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

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

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

83、e</b></p><p><b>　　第四章 仿真驗證</b></p><p>　　4.1 編寫仿真tcl腳本sdrad.tcl</p><p>　　#Agent/UDP set packetSize_ 6000</p><p>　　#Define options </p><p&g

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

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

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

87、==================</p><p>　　# Main Program</p><p>　　#============================================</p><p>　　#ns_ random 0</p><p>　　#Initialize Global Variables</p>

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

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

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

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

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

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

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

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

96、 0.0</p><p>　　$node_(1) set X_ 250.0</p><p>　　$node_(1) set Y_ 250.0</p><p>　　$node_(1) set Z_ 0.0</p><p>　　$node_(2) set X_ 250.0</p><p>　　$node_(2) set Y

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

108、　huger@huger-PC ~/ns-allinone-2.35/ns-2.35/sdrad</p><p>　　$ ns sdrad.tcl</p><p>　　第五章 實驗結果分析</p><p>　　5.1 拓撲形成階段</p><p>　　圖3 nam模擬拓撲形成階段截圖（圖中圓圈的大小代表先后順序）</p>&l

109、t;p>　　圖4 trace文件</p><p>　　結合圖3和圖4可以看出，拓撲形成階段基站（節(jié)點0）發(fā)送hello數(shù)據(jù)包之后，節(jié)點1、節(jié)點2接收hello數(shù)據(jù)包，接著節(jié)點1、節(jié)點2發(fā)送hello數(shù)據(jù)包，節(jié)點3、4、5收到hello數(shù)據(jù)包，最后節(jié)點6收到數(shù)據(jù)包，拓撲形成。</p><p><b>　　5.2 據(jù)收集階段</b></p><

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

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

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

113、2，最后發(fā)送給基站（節(jié)點0），節(jié)點0收到數(shù)據(jù)包。</p><p><b>　　第六章 總結</b></p><p>　　由于SDRAD協(xié)議是DRAD的簡化版，網(wǎng)絡中的節(jié)點不能按照一定的規(guī)律進行休眠調度，節(jié)點維護的鄰居相關信息沒有剩余能量、鏈路質量、計算其醒來的時間差等選路困素， 但是模擬的節(jié)點已經(jīng)能夠進行簡單通信，建立樹形拓撲路由，收集數(shù)據(jù)傳送到基站。實現(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)議的基礎上添加更多的內容。</p><p>　　通過這次課程設計，對NS模擬器有了進一步的認識，學會了在其上開發(fā)新協(xié)議的流程。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] NS-2學習筆記.</p><p>　　[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度的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)收集協(xié)議[J]. 計算機工程與科學，2010,32 (11):40-51.</p><p>　　[3] 宋玲，劉勃蘭. NS2 中添加路由協(xié)議的研究與實現(xiàn)[J]. 通訊和計算機，2006,3(10):33-37</p><p><b>　　附錄</b></p><p><

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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