胡萝卜愈伤组织的诱导培养(实验报告)

305 2008 年第 12 期，第 41 卷 通 信 技 术 Vol.41，No.12,2008 总第 204 期 Communications Technology No.204,Totally 移动 Ad hoc 网络仿真工具比较 韩 勇①，陈 强②，王建新② （①国防科学技术大学 电子科学与工程学院，湖南 长沙 410073；②中国电子设备系统工程公司研究所，北京 100039） 【摘 要】仿真是移动 Ad hoc 网络研究的重要方法，仿真工具常用于新协议的设计和性能评估，以及大型复杂网络的构 建和优化。文中详细介绍了 OPNET、NS-2、GloMoSim/QualNet、OMNeT++的内部体系结构和对 Ad hoc 网络的支持，最后 了四种仿真工具的特点和性能。 【关键词】移动 Ad hoc 网络；网络仿真; 仿真工具 【中图分类号】TP393.09 【文献标识码】A 【文章编号】1002-0802(2008)12-0305-03 Comparison of The MANET’s Simulation Tools HAN Yong①, CHEN Qiang②, WANG Jian-xin② (① Department of Electronic Science and Engineering, NUDT, Changsha Hunan 410073, China； ② Institute of China Electronic System Engineering Corporation, Beijing 100039,China) 【Abstract】Simulation is an important way for Ad hoc network research. The simulation tools are often used to design a new protocol and carry out performance evaluation, or to build and optimize a large complicated network. This article describes the internal architecture of OPNET, NS-2, GloMoSim/QualNet, OMNeT++ and the support to Ad hoc network. Finally, it sums up the feature and performance of the four simulation tools. 【Key words】Mobile Ad hoc network; network simulation; simulation tool 0 引言 移动 Ad hoc 网络是一种由无线节点组成的，能够迅速 部署的无中心多跳自组织网络[1]。Ad hoc 网络研究主要是通 过仿真进行协议 的设计和验证。OPNET[2-3]、NS-2[4]、 GloMoSim[6]/ QualNet[8]、OMNeT++[9]是目前使用最多的四种仿 真工具，接下来分别从内部体系结构和对 Ad hoc 网络的支 持来比较这四种仿真工具。 1 OPNET OPNET[2-3]（Optimized Network Engineering Tools）已 经发展了 20 多年，被认为代表了网络仿真软件的发展，在 美国大型企业和国防领域广泛使用，并免费提供给北美的大 学使用。OPNET 主要用于通信网络、设备和协议的建模和仿 真，能够仿真所有的有线网络和部分无线网络。虽然 OPNET 更适合用于网络诊断和优化，但也可以设计新的协议进行仿 真验证。 1.1 内部体系结构 OPNET 采用了离散事件驱动的调度仿真内核，通过一个 分层的图形界面来完成网络的部署和面向目标的建模，集成 的图形化分析工具能够提供丰富的统计报表输出，可以动画 演示仿真的进行过程，实现上百个节点的仿真规模。 OPNET Modeler 是 OPNET 的主要部分[3]，提供三层建模 机制，如图 1 所示。最上层为网络模型，反映网络的拓扑结 构；其次为节点（Node）模型，完全符合 OSI 七层协议模型； 最底层为进程（Process）模型，以状态机来描述。OPNET Modeler 使用图形化的网络编辑器，可以选择不同类型的节 点和链路搭建网络。节点模型可以通过图形化的节点编辑 器，采用内置模块（源和目的模块、业务发生器、队列、无 线）组成节点的数据图。最底层的进程模型以有限状态 机的转移过程来描述，使用类似 C的 Proto-C 语言进行编程。 OPNET 提供了详尽的的模型库，设备模型包括路由器、交换 收稿日期：2008-05-05。 基金项目：国防预研 060811001050101。 作者简介：韩 勇（1975-），男，博士生，主要研究方向为机载网络、动态 TDMA 协议；陈 强（1972-），男，博士生，高级工程师，要研 究方向为数据链；王建新（1955-），男，研究员，北京计算机学会副理事长，主要研究方向为军事自动化信息系统。 306 机等有线网络设备, 还包括厂商提供的设备原型；链路模型 包括点对点链路和总线，排队服务规则包括 FIFO、LIFO 和 优先级非抢先排队、最短优先任务、循环排队等。 图 1 OPNET 仿真层次结构 1.2 对 Ad hoc 网络的支持 由于 OPNET 最初是为有线网络的设计和规划开发的仿真 软件，通过增加无线模块为 WLAN、GSM、卫星和 Ad hoc 网络 仿真提供必须的组件，包括IEEE802.11 的 MAC 协议和主要的 Ad hoc 路由协议。OPNET 提供移动和无线传播模型，还提供 地形建模，模拟不同大气环境或者拓扑场景下对无线信号传 播的联合影响，同时引入并行仿真加快了无线仿真的速度。 2 NS-2 NS 网络仿真工具是一款免费使用的离散事件仿真工具[4]。 由于 NS-2 免费和开放的特性，在网络研究领域广泛使用，其 源代码库得到众多研究机构的贡献。 2.1 内部体系结构 NS-2 非常适合报文交换网络和无线网络仿真，并能接入 到真实的网络中，或者将仿真器的业务注入到真实网络中。 NS-2 遵守 OSI 七层模型，源程序分成 C++核心代码和 OTcl 代码，分别用于模型的构造和设置仿真脚本，以实现性能和 易用性上的折中。新协议首先用 C++根据功能编程，然后更 新 OTcl 配置文件。为了让 NS-2 接受新的协议和参数，需用 C++代码来描述可供 OTcl 脚本使用的参数和方法。 NS-2 的每个节点分别由分类器对象组成，每个分类器在 节点中执行一个特别的函数，负责检查报文的特定部分，并 将报文送到下一个分类器。代理是另一种重要类型的节点对 象，模仿网络端点来产生、处理或销毁报文，支持 TCP、UDP 和其它的通用协议。NS-2 通过一序列的连接器对象建立单向 或双向的链路，支持点对点、广播、无线链路，并支持 FIFO、 RED、CBQ 和 WFQ 等队列类型。提供一种指数 on/off 分布的 业务产生模型，支持使用 TCP 的 FTP、Telnet 和 HTTP 业务， 和使用 UDP 的 CBR 恒定速率业务。NS-2 可以跟踪、监视和记 录每个报文的到达、离开或被丢弃，以进行后期处理和分析。 2.2 对 Ad hoc 网络的支持 NS-2 最初并不支持移动 Ad hoc 网络环境，美国 CMU 大 学 Monarch 工作组对 NS-2 作了相应的扩展。现在，NS-2 已 经成为 Ad hoc 网络研究中使用最多的仿真工具，支持 AODV、 DSDV 等静态和动态路由，提供了多种协议算法和模型。但是， 它的软件体系结构使得增加和修改组件十分复杂，支持的节 点数目也受到性能的限制，从而造成仿真的速度比较慢。 NS-2 通过 Mobile Node 对象来扩展节点的功能[5]，移动 节点的协议栈包括：（1）链路层；（2）地址解析协议模块 ARP， 连接到链路层；（3）带优先级的接口队列，支持路由协议的 优先级和运行时队列报文的过滤；（4）符合 IEEE802.11 规 范的 MAC 协议实现；（5）踪迹分析代理，可在进行 IP 地址 过滤之前接受来自 MAC 层的报文；（6）用于接入无线信道的 网络硬件接口，发送网络接口在报文的头部插入标记，然后 依次被传播模型使用，在接收网络接口决定报文是否被接收 节点接收、捕获、检测。 3 GloMoSim/QualNet GloMoSim[6]是由 UCLA 计算实验室设计，使用并行离散仿 真语言 PARSEC 库的多线程并发和强大的消息接收机制，从 而具有超大规模的无线网络仿真能力[7]。 3.1 内部体系结构 GloMoSim 中的每个节点都有自己的协议栈参数和统计 信息。消息能在节点和各层之间以任何粒度进行交换，事件 的同步通过定时器消息来保证。GloMoSim采用OSI七层模型， 相邻层之间使用的 API 函数实现协议栈之间的通信，如 图 2所示。修改协议栈中的某个特定层不会影响其它层，从 而可以实现多个协议之间以及特定层不同细节的一致性比 较。在 GloMoSim 中开发新协议相对比较容易，并不需要对 PARSEC 有深入的了解，现有的网络协议代码能够直接集成到 GloMoSim 中使用。 图 2 GloMoSim 报文生命周期 3.2 对 Ad hoc 网络的支持 GloMoSim 实现了许多 Ad hoc 网络协议，这些协议的模 型可以根据不同的粒度和细节进行配置。GloMoSim 支持的应 用有Telnet、ftp、CBR、HTTP等，在传输层支持TCP（FreeBSD）、 UDP、TCP（Tahoe）。支持 AODV、DSR 等几乎所有的 Ad hoc 网络路由协议。MAC 层可用的模型有 CSMA、IEEE802.11、TDMA 等。无线传播可以根据 Rayleigh、Ricean 建模，并支持基 本的随机路点和组移动模型。 3.3 QualNet Qualnet 是 GloMoSim 的商业版本[8]，针对 GloMoSim 的诸 多不足加以改进，并增加了许多新特性，同时为有线和无线 307 网络提供了一套广泛的模型和协议集，包括 Ad hoc、卫星和 蜂窝网络，提供了丰富的文档和技术支持。Qualnet 中的标准 库提供有线和无线网络研究和商业开发需要的大多数模型和 协议；MANET 库提供了真正对 Ad hoc 网络支持，而不是标准 库中已有的模型和协议；QoS 库则提供专门的QoS 协议。到目 前为止，QualNet 是对 Ad hoc 网络支持最全面的仿真软件， 除了仿真核心程序外所有的协议程序都可以进行修改。 4 OMNet++ OMNet++[9]是一款基于组件的开源程序包，主要用于通信 网业务和协议建模、仿真排队、多处理器和其它分布式系统、 验证硬件结构、评估复杂软件系统的性能。通常来讲，系统 只要能映射成消息传递进行通信的组件，OMNeT++就可以对 系统进行仿真。因此 OMNeT++更具通用性，不仅仅专门用于 网络仿真。 4.1 内部体系结构 OMNeT++模型由分级嵌套的模块组成，模块嵌套的深度 是没有限制的，可以真实反映系统的逻辑结构。模块之间的 通信经消息传递，消息可以包含任意复杂的数据结构。模块 能直接发送消息到规定的目的地或者沿着一个预先定义的 路径传递，可以设置相应的连接属性，如带宽、延时、和误 码率。OMNeT++使用 C++来编写最底层的简单模块，使用继承 多态等面向对象编程的概念来扩展仿真器的功能。OMNeT++ 从软件工程的角度进行设计，所以有更好的组织和灵活性， 图形化界面更易于使用。并且通过 MPI 或 PVM3 库支持并行 仿真，与 PARSEC 相比而言是一个更灵活的通用仿真平台。 4.2 对 Ad hoc 网络的支持 OMNeT++由于推出时间较短，目前包括一个用于 GSM 网 络的底层仿真模块，和一些初级的用于节点移动性、无线传 播、路由算法（AODV）的通用无线通信模块。不过随着对 Ad hoc 网络的协议和模型支持的日益完善，将逐渐发挥其性能 的优越性和灵活性。 5 结语 可见，四种仿真工具各有优点和不足，具有不同的适用 范围。OPNET 提供了对 Ad hoc 网络的基本支持，适合无线有 线网络联合以及网络业务流量仿真。NS-2 是最流行的 Ad hoc 网络仿真工具，并且是免费的。但是，NS-2 扩展性差，仿真 效率较低，缺乏有效的帮助文档。GloMoSim 的使用范围仅次 于NS-2，QualNet作为GloMoSim的商业版本，是目前对Ad hoc 网络仿真支持最好的仿真工具。开源的 OMNeT++完全基于面 向目标设计理念开发，适合不同级别和仿真粒度的研究，但 是由于推出的时间较短，对 Ad hoc 网络的支持还不够完善。 所以，在进行 Ad hoc 网络协议研究时，应该根据具体的情 况来选择合适的仿真工具。 参考文献 [1] 陈林星,曾曦,曹毅.移动 Ad hoc 网络——自组织分组无线网络技术 [M].北京:电子工业出版社, 2006. 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