2.2 NS-3仿真流程

　　以下簡單介紹NS-3代碼編寫的特點及如何在NS-3中搭建一個完整仿真場景的過程。NS-3運行在Linux環境下，對Linux系統版本有要求且依賴較多系統組件，安裝過程較復雜。NS-3仿真器代碼核心部分全部使用C++語言編寫，外部配置。編譯。執行使用了基于Python的waf系統，方便使用者配置仿真場景。NS-3完全模擬了TCP/IP的協議棧，并且把每一層的功能模塊化，在NS-3安裝完成后，默認只是生成各個功能模塊，自帶的仿真例子沒有生成，需要把這些例子復制到scrach文件夾下才能運行，并且NS-3中編寫好的代碼也都需要放到該文件夾下才能運行。在NS-3中搭建仿真場景遵循固定的流程，在編寫C++代碼時一般可以分為以下幾個步驟：

　　（1）設置仿真場景的全局參數。比如采用Seed-Manager：：SetSeed（7）設置隨機數種子，以保證產生相同的隨機序列，設置隨機平面移動模型（Random-Walk2dMobilityModel）的參數Config：：SetDefault（“NS-3：：RandomWalk-2dMobilityModel：：Mode”，StringValue（“Tim-e”））等，以上的全局設定使得仿真場景可以重現。

　　（2）定義仿真中使用的參數，比如數據包的大小，需要創建的節點個數，物理層使用的傳輸速率等，這些參數可以使用CommandLine類來實現并解析，方便在仿真過程中使用外部腳本動態改變這些參數。

　　（3）創建網絡節點，然后按照TCP/IP協議，從下而上給網絡節點安裝協議棧。NS-3在實現中考慮到為了方便使用者，協議棧的每一層都實現了幫助類（XXX-Helper），使用者可以方便地使用這些幫助類設定每一層參數。比如使用YansWifiPhyHelper設定物理層協議，使用YansWifiChannelHelper來設置傳輸信道類型，使用NqosWifiMacHelper來設置數據鏈路層協議等。最后通過幫助類給節點安裝路由協議，分配IP地址，至此便搭建了TCP/IP的物理層。數據鏈路層和網絡層，實現網絡的通信功能。

　　（4）通信網絡搭建好后，需要編寫實驗程序，即在節點之間的收發數據包的代碼，以達到測試底層協議的目的。NS-3中為了減少使用者的編程工作量，同樣提供了豐富易用的函數，一般都是先創建使用UDP協議套（Socket），同時把接收節點號。發送節點號作為參數傳入，再給套接字指定IP地址，端口號，最后讓發送節點連接到接收節點。為接收節點指定回調函數。

　　（5）完成節點之間如何發送數據包的代碼后，需要編寫接收節點的回調函數，即在接收節點收到數據包后調用的函數。可以在回調函數中對數據包的時延，投遞率進行統計。

　　（6）使用Simulator：：Schedule函數設定調度事件即設定源節點的發送數據的開始時間，發送間隔，發送數據包總數等。至此，整個場景部署完成。

　　3路由協議的仿真及性能比較

　　在Ubuntu 10.04環境下使用NS-3.16對AODV.DS-DV和OLSR這三種路由協議進行仿真，并在相同的仿真場景下比較其性能指標。分別在靜態場景和動態場景下，考察網絡規模。網絡拓撲變化對協議性能的影響。

　　3.1靜態場景

　　仿真場景設置：模擬器的隨機數種子設定為常數7，節點按網格分布，網格邊長500 m，節點的規模從2×2，3×3逐漸增大到18×18；設定節點的通信半徑為656 m，選取網格中對角線的一個節點向另一個節點發送UDP數據包，共發送500個數據包，包的大小為1 000 B，發送時間間隔為1 s.這里節點的物理層傳輸延遲模型采用Con-stantSpeedPropagationDelayModel，衰落模型選用Friis-PropagationLossModel，數據傳輸速率設置為1 Mb/s.增加網絡節點數，考察3種協議的端到端平均時延和包投遞率情況，如圖2和圖3所示。

　　由圖2可以看出，3種路由協議的平均時延隨節點規模的增大而增大，其中AODV和OLSR協議受到的影響較小，而DSDV的平均時延隨著節點規模的增大而急劇增大。圖3中AODV，OLSR的數據包投遞率隨節點數增大而不變，能保證百分百交付；而DSDV協議的投遞率在節點數增大到一定的規模后開始下降。以上特性說明在節點規模增大時，AODV和OLSR協議的性能要優于DSDV.

　　3.2動態場景

　　仿真場景設置：在靜態場景的基礎上，為節點添加RandomWalk2dMobilityModel運動模型，該模型為每個節點隨機選擇一個方向，以設定的速度移動一段時間后再隨機選擇另一個方向繼續移動，直接到仿真結束。設定相同的隨機數種子以保證每次仿真中節點的運行軌跡一致。設定網格的邊長為300 m，節點的規模固定為7×7，即節點運動的區域限制在2 100 m×2 100 m的矩形內。仍考察對角線的一個節點向另一個節點發送UDP數據包，每次仿真發送3 000個數據包。增加節點移動速度，考察三種協議的端到端平均時延和包投遞率情況，如圖4和圖5所示。

　　從圖4和圖5可以看出，3種路由協議的平均時延與節點的移動速度相關性不大，在速度較小時，3種路由協議的平均時延較穩定，但在速度較大時，由于節點在矩形區域內做無規則的快速運動，數據包從源節點傳輸到目標節點的跳數不確定，所以平均時延變化具有一定隨機性。

　　而由圖5可以看出，隨著節點移動速度的增大，數據包的投遞率逐漸下降，AODV協議因其屬于按需路由而不需要頻繁地維護路由信息，所以在速度較大時較其他2種協議表現更好。

　　4結語

　　論文通過NS-3搭建了MANET路由仿真平臺，從端到端平均時延和投遞率角度分析比較了MANET三種路由協議。靜態場景中，節點數增加時，3種協議端到端平均時延均隨之增加，但AODV和OLSR增加不明顯，并且兩者的投遞率也幾乎不受網絡規模影響，相比之下，DSDV端到端時延和投遞率受網絡規模影響較明顯。動態場景中，節點移動速度增加，3種協議的投遞率都降低，而且總體上平均時延較小者，表現出更好的投遞率。