簡介移動(dòng)自組網(wǎng)仿真資源面向無線網(wǎng)絡(luò)研究者與AODV協(xié)議學(xué)習(xí)者聚焦Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中按需距離矢量路由的實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證。資源包共3個(gè)文件均為C/C頭文件壓縮后僅8KB內(nèi)容覆蓋AODV協(xié)議核心定義、報(bào)文封裝格式與路由表管理邏輯便于在仿真工程中直接引用或二次開發(fā)。AODV通過RREQ廣播、RREP應(yīng)答、RERR通告完成按需建路與故障處理這些頭文件從協(xié)議結(jié)構(gòu)到路由維護(hù)為理解上述機(jī)制提供了清晰入口。已有243人瀏覽學(xué)習(xí)。對(duì)于正在開展車載通信、應(yīng)急通信或軍事通信仿真的讀者借助這三個(gè)頭文件可以快速搭建AODV路由模塊模擬節(jié)點(diǎn)移動(dòng)條件下的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程并進(jìn)一步評(píng)估端到端延遲、吞吐量及路由穩(wěn)定性等關(guān)鍵性能指標(biāo)為協(xié)議優(yōu)化與場(chǎng)景適配提供代碼級(jí)參考。1. 移動(dòng)自組網(wǎng)仿真找上 AODV先弄清楚這個(gè)方向要解決什么問題移動(dòng)自組網(wǎng)MANET沒有中心基站節(jié)點(diǎn)一邊當(dāng)終端一邊當(dāng)路由器拓?fù)潆S時(shí)因節(jié)點(diǎn)移動(dòng)而變化。這種網(wǎng)絡(luò)里最常用的路由協(xié)議之一就是 AODVAd hoc On-Demand Distance Vector它屬于按需路由只有當(dāng)節(jié)點(diǎn)真正要發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)才去尋找路由。做移動(dòng)自組網(wǎng)仿真時(shí)你拿到的 aodv.rar 里通常是一套 NS2 工程腳本包含場(chǎng)景生成、協(xié)議配置和結(jié)果統(tǒng)計(jì)。這篇筆記會(huì)把這個(gè)壓縮包背后的東西拆清楚AODV 在仿真里怎么建模、最小可運(yùn)行的 tcl 腳本怎么寫、trace 數(shù)據(jù)怎么變成論文里的曲線以及我這些年調(diào) AODV 仿真翻過的車。適合正在做 MANET 課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)或者要評(píng)估應(yīng)急通信、傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方案的工程師。2. 先想清楚再動(dòng)手AODV 仿真的建模對(duì)象與工具選型2.1 AODV 的核心機(jī)制RREQ/RREP/RERR 與路由表生命周期AODV 是反應(yīng)式距離向量協(xié)議它和 DSDV 這類表驅(qū)動(dòng)協(xié)議最大的區(qū)別是“平時(shí)不干活”。仿真里你會(huì)看到靜止?fàn)顟B(tài)下節(jié)點(diǎn)之間沒有流量時(shí)路由表基本是空的一旦源節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)要發(fā)而且緩存里沒有到目的地的有效路由它就會(huì)廣播一個(gè) RREQ路由請(qǐng)求消息。這個(gè) RREQ 里帶有源節(jié)點(diǎn)序列號(hào)、目的節(jié)點(diǎn)序列號(hào)、跳數(shù)計(jì)數(shù)和廣播 ID。中間節(jié)點(diǎn)收到 RREQ 后先檢查自己有沒有到目的地的有效路由如果有并且目的序列號(hào)比 RREQ 里攜帶的更新就直接回復(fù) RREP如果沒有就把 RREQ 繼續(xù)廣播出去同時(shí)在自己的路由表里記錄一條到源節(jié)點(diǎn)的反向路由。這個(gè)過程對(duì)應(yīng)到仿真里就是一次洪泛你可以在 nam 動(dòng)畫里看到藍(lán)色波浪狀擴(kuò)散。當(dāng) RREP 沿反向路徑回到源節(jié)點(diǎn)每個(gè)經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)都會(huì)在路由表里建立到目的地的正向路由跳數(shù)為累計(jì)跳數(shù)有效期由路由表項(xiàng)的超時(shí)時(shí)間決定。NS2 里 AODV 的默認(rèn)路由表項(xiàng)超時(shí)時(shí)間是 3 秒AODV_RTE_TIMEOUT如果 3 秒內(nèi)沒有數(shù)據(jù)包使用這條路由表項(xiàng)就失效。這個(gè)參數(shù)直接影響高移動(dòng)性場(chǎng)景下的性能很多調(diào)參的文章會(huì)把它改成 5 秒甚至 10 秒來降低路由發(fā)現(xiàn)頻率但代價(jià)是路由指向一個(gè)早已不在原位置的鄰居反而增加丟包。鏈路斷開時(shí)節(jié)點(diǎn)會(huì)向所有上游節(jié)點(diǎn)發(fā)送 RERR路由錯(cuò)誤上游節(jié)點(diǎn)依次刪除對(duì)應(yīng)的路由表項(xiàng)下一次發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)重新觸發(fā) RREQ。這個(gè)“發(fā)現(xiàn)—建立—失效—再發(fā)現(xiàn)”的循環(huán)就是移動(dòng)自組網(wǎng)仿真的核心動(dòng)態(tài)。仿真里如果要觀察 AODV 是否正確工作重點(diǎn)盯三件事RREQ 廣播會(huì)不會(huì)無休止傳播RREP 是否沿反向路徑回傳RERR 是否被及時(shí)觸發(fā)。NS2 的 AODV 實(shí)現(xiàn)基于 RFC 3561但跟標(biāo)準(zhǔn)存在一些實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)差異比如它對(duì) MAC 層丟包的處理比較敏感。所以同樣一套參數(shù)在 NS2 和 NS3 里的結(jié)果可能不同這不代表協(xié)議錯(cuò)了而是協(xié)議棧的耦合方式不同。2.2 仿真工具怎么選NS2/NS3/OMNeT 與 gnu octave 的邊界AODV 仿真的主流工具是 NS2、NS3、OMNeT也有用 MATLAB 或者 gnu octave 通信仿真做理論驗(yàn)證的。先說你手里的 aodv.rar絕大多數(shù)是 NS2 的 tcl 腳本因?yàn)?NS2 從 2.28 開始就自帶 AODV 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上流傳的 MANET 仿真模板基本都以 NS2 為底座。NS2 的優(yōu)點(diǎn)不是性能而是“老”內(nèi)置協(xié)議模型多AODV 的 bug 和特性都被前人摸透了你遇到任何詭異現(xiàn)象都能搜到別人的踩坑記錄。缺點(diǎn)是安裝麻煩、trace 格式古老、腳本語法對(duì)初學(xué)者不友好。NS3 是 NS2 的繼任者C 實(shí)現(xiàn)AODV 模塊在 ns-3.10 之后內(nèi)置。NS3 的架構(gòu)更干凈還支持 python 綁定但它對(duì) AODV 的默認(rèn)參數(shù)和 NS2 不完全一致比如 Hello 間隔、活躍路由超時(shí)時(shí)間都存在差異。如果你只看路由協(xié)議本身NS3 更現(xiàn)代但如果你想復(fù)現(xiàn)和對(duì)比別人的論文NS2 反而更容易對(duì)上參數(shù)。OMNeT 配合 INET 框架也實(shí)現(xiàn)了 AODV模塊化強(qiáng)適合做多協(xié)議、跨層設(shè)計(jì)的仿真但需要額外安裝框架學(xué)習(xí)曲線最陡。gnu octave 通信仿真適合做快速數(shù)值驗(yàn)證比如計(jì)算鏈路穩(wěn)定概率、路由開銷的理論公式推導(dǎo)但不適合做完整的移動(dòng)自組網(wǎng)協(xié)議仿真因?yàn)槟阈枰约簩?shí)現(xiàn)移動(dòng)模型、信道競(jìng)爭和協(xié)議狀態(tài)機(jī)工作量不亞于寫一個(gè)輕量模擬器。我的建議是如果目標(biāo)是跑通 AODV、出性能指標(biāo)曲線直接用 NS2如果目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)協(xié)議改進(jìn)并做大規(guī)模參數(shù)掃描用 NS3如果只缺一個(gè)對(duì)照曲線gnu octave 畫圖足夠。下面的操作都以 NS2 為例因?yàn)檫@是 aodv.rar 最可能的來源。2.3 為什么很多 AODV 仿真還是用 NS2不是為了情懷我接觸過不少用 NS3 跑 AODV 的人最后又翻回 NS2核心原因是“可復(fù)現(xiàn)性”。NS2 的 AODV 實(shí)現(xiàn)里每個(gè)關(guān)鍵參數(shù)都有明確的默認(rèn)值你可以直接在 tcl 腳本里用Agent/AODV set hello_period_去改不需要去翻 C 源碼。而 NS3 的 AODV 配置要通過屬性系統(tǒng)ns3::aodv::RoutingProtocol設(shè)置雖然也很 Open但很多教程只告訴你“默認(rèn)就行”等你想改 RREQ 重傳次數(shù)時(shí)得去源碼里翻枚舉類型和屬性名效率低。另一個(gè)原因是 nam 動(dòng)畫。NS2 自帶的 nam 工具可以直觀看到節(jié)點(diǎn)移動(dòng)、RREQ 洪泛、數(shù)據(jù)包沿多跳路徑轉(zhuǎn)發(fā)這對(duì)理解 AODV 的按需行為特別有幫助。NS3 本身沒有官方圖形工具你還要用 NetAnim 或外部可視化插件。做課程答辯時(shí)nam 動(dòng)畫比靜態(tài)曲線更有說服力。所以如果你已經(jīng)是 NS3 的熟練用戶可以用 NS3但如果你是剛開始做自組網(wǎng)仿真我會(huì)堅(jiān)持推薦 NS2。版本上盡量用 2.35這是最后發(fā)布的版本坑最少。3. 在 NS2 里把 AODV 跑起來最小實(shí)驗(yàn)配置與 tcl 腳本拆解3.1 搭建移動(dòng)自組網(wǎng)仿真場(chǎng)景節(jié)點(diǎn)數(shù)、移動(dòng)模型、通信流量一個(gè)完整的移動(dòng)自組網(wǎng)場(chǎng)景由三部分組成節(jié)點(diǎn)部署、移動(dòng)軌跡、數(shù)據(jù)流量。節(jié)點(diǎn)數(shù)一般取 10 到 100常見的是 50。節(jié)點(diǎn)部署通常用隨機(jī)方式但為了可復(fù)現(xiàn)應(yīng)該使用固定的隨機(jī)種子。移動(dòng)模型最常用 random waypoint即每個(gè)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)、隨機(jī)速度移動(dòng)到目標(biāo)點(diǎn)、再暫停一段時(shí)間然后重復(fù)。暫停時(shí)間pause time和最大速度max speed是參數(shù)變化的重點(diǎn)一般讓速度從 1 m/s 到 20 m/s 變化看 AODV 性能如何隨移動(dòng)性下降。數(shù)據(jù)流量我一般用 CBR恒定比特率over UDP不用 TCP因?yàn)?TCP 的擁塞控制會(huì)干擾路由協(xié)議的性能判斷。CBR 流量需要設(shè)置發(fā)包間隔和包大小典型的是每 0.25 秒發(fā)一個(gè) 512 字節(jié)的包相當(dāng)于約 16 kbps。節(jié)點(diǎn)對(duì)之間建立 UDP 連接常用連接對(duì)數(shù) 10 到 30 對(duì)。在跑大規(guī)模實(shí)驗(yàn)之前先做一個(gè)最小場(chǎng)景10 個(gè)節(jié)點(diǎn)、3 對(duì)連接、速度 5 m/s、仿真時(shí)間 50 秒目的只是驗(yàn)證腳本和統(tǒng)計(jì)流程能跑通。移動(dòng)場(chǎng)景文件通常用setdest工具生成。它在 NS2 安裝目錄indep-utils/cmu-scen-gen/setdest下命令行形式是./setdest -v 1 -n 10 -p 5 -M 5 -t 50 -x 500 -y 500 scen10.txt參數(shù)含義-v版本號(hào)固定 1-n節(jié)點(diǎn)數(shù)-p暫停時(shí)間秒-M最大速度m/s-t仿真總時(shí)間-x -y場(chǎng)景范圍 500x500 米。生成的 scen10.txt 里每一行是節(jié)點(diǎn)編號(hào)和初始坐標(biāo)后續(xù)是移動(dòng)指令$node_(n) set X_ ...。注意 setdest 生成的坐標(biāo)是浮點(diǎn)數(shù)字符串格式可能不帶換行導(dǎo)致 tcl 解析錯(cuò)誤我遇到過多次后面避坑章會(huì)講。3.2 AODV 仿真的最小 tcl 腳本從場(chǎng)景生成到 trace 輸出下面給出一個(gè)可以直接運(yùn)行的 minimal-aodv.tcl它配置了無線信道、802.11 MAC、隊(duì)列和 AODV 路由協(xié)議創(chuàng)建 10 個(gè)節(jié)點(diǎn)加載 scen10.txt 的移動(dòng)場(chǎng)景建立 3 對(duì) UDP/CBR 連接最后輸出 trace 和 nam 文件。# 創(chuàng)建仿真器實(shí)例 set ns [new Simulator] # 設(shè)置 trace 文件nam 用于動(dòng)畫tr 用于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) set tracefd [open mini.tr w] $ns trace-all $tracefd set namfd [open mini.nam w] $ns namtrace-all-wireless $namfd 500 500 # 配置無線物理層和 MAC 層參數(shù) set topo [new Topography] $topo load_flatgrid 500 500 set god_ [create-god 10] set chan_ [new Channel/WirelessChannel] set prop [new Propagation/TwoRayGround] set netif [new Phy/WirelessPhy] set mac [new Mac/802_11] set ifq [new Queue/DropTail/PriQueue] set ll [new LL] set ant [new Antenna/OmniAntenna] # 關(guān)鍵默認(rèn)天線高度和發(fā)送功率影響覆蓋范圍 $ant set height_ 1.5 $netif set Pt_ 0.2818 $netif set freq_ 914e6 # 配置隊(duì)列長度未完成的分組可能被丟棄 $ifq set len_ 50 # 配置網(wǎng)絡(luò)堆棧指定路由協(xié)議為 AODV add-to-list $ll add-to-list $mac add-to-list $ifq add-to-list $netif add-to-list $ant add-to-list $prop add-to-list $topo add-to-list $god_ add-to-list $chan_ $ns node-config -adhocRouting AODV \ -llType LL \ -macType Mac/802_11 \ -ifqType Queue/DropTail/PriQueue \ -ifqLen 50 \ -antType Antenna/OmniAntenna \ -propType Propagation/TwoRayGround \ -phyType Phy/WirelessPhy \ -channelType Channel/WirelessChannel \ -topoInstance $topo \ -agentTrace ON \ -routerTrace ON \ -macTrace OFF \ -movementTrace OFF # 創(chuàng)建 10 個(gè)無線節(jié)點(diǎn) for {set i 0} {$i 10} {incr i} { set node_($i) [$ns node] $node_($i) random-motion 0 } # 加載 setdest 生成的移動(dòng)場(chǎng)景 source scen10.txt # 建立 3 對(duì) CBR 流0 - 31 - 42 - 5 set udp0 [new Agent/UDP] set null3 [new Agent/Null] $ns attach-agent $node_(0) $udp0 $ns attach-agent $node_(3) $null3 $ns connect $udp0 $null3 set cbr0 [new Application/Traffic/CBR] $cbr0 set packetSize_ 512 $cbr0 set interval_ 0.25 $cbr0 attach-agent $udp0 # 另一對(duì)連接 set udp1 [new Agent/UDP] set null4 [new Agent/Null] $ns attach-agent $node_(1) $udp1 $ns attach-agent $node_(4) $null4 $ns connect $udp1 $null4 set cbr1 [new Application/Traffic/CBR] $cbr1 set packetSize_ 512 $cbr1 set interval_ 0.25 $cbr1 attach-agent $udp1 # 第三對(duì)連接 set udp2 [new Agent/UDP] set null5 [new Agent/Null] $ns attach-agent $node_(2) $udp2 $ns attach-agent $node_(5) $null5 $ns connect $udp2 $null5 set cbr2 [new Application/Traffic/CBR] $cbr2 set packetSize_ 512 $cbr2 set interval_ 0.25 $cbr2 attach-agent $udp2 # 等移動(dòng)場(chǎng)景加載完畢再開啟流量避免初始路由建立失敗 $ns at 5.0 $cbr0 start $ns at 5.0 $cbr1 start $ns at 5.0 $cbr2 start $ns at 45.0 $cbr0 stop $ns at 45.0 $cbr1 stop $ns at 45.0 $cbr2 stop # 結(jié)束前檢查 AODV 路由表統(tǒng)計(jì) $ns at 50.0 stop $ns at 50.01 puts \simulation done\ ; $ns halt proc stop {} { global ns tracefd namfd $ns flush-trace close $tracefd close $namfd } puts Starting AODV simulation... $ns run代碼邏輯說明node-config一次性指定了整個(gè)無線協(xié)議棧其中-adhocRouting AODV是核心把路由協(xié)議切到 AODV。-ifqLen 50決定了接口隊(duì)列最多緩存 50 個(gè)待發(fā)送包如果隊(duì)列滿后面的包直接被丟棄。Propagation/TwoRayGround是兩徑傳播模型它比自由空間模型更接近真實(shí)地面環(huán)境也是大多數(shù) AODV 論文用的默認(rèn)模型。$ns node創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)時(shí)move 指令來自 scen10.txt里面設(shè)置的坐標(biāo)范圍必須和load_flatgrid一致否則節(jié)點(diǎn)會(huì)跑到仿真區(qū)域外。流量開啟時(shí)間設(shè)為 5 秒是為了給節(jié)點(diǎn)完成初始位置更新和鄰居發(fā)現(xiàn)留出預(yù)熱時(shí)間。如果不預(yù)熱前幾秒發(fā)送的數(shù)據(jù)包會(huì)因?yàn)槁酚缮形唇⒍縼G失拉低投遞率。CBR 的interval_ 0.25表示每 0.25 秒發(fā)一個(gè)包如果場(chǎng)景里節(jié)點(diǎn)間路徑跳數(shù)多接收端統(tǒng)計(jì)的包序號(hào)不連續(xù)就說明發(fā)生了重傳或丟包。3.3 關(guān)鍵參數(shù)說明無線傳播模型、MAC 層與隊(duì)列長度對(duì) AODV 的影響傳播模型仿真里最常被忽略的參數(shù)是發(fā)送功率Pt_和天線高度height_。TwoRayGround 模型下無線信號(hào)被地面反射接收功率與距離的四次方成反比。AODV 能否建立多跳路由完全取決于節(jié)點(diǎn)間的鏈路是否“可達(dá)”。NS2 里你可以通過修改Pt_控制覆蓋半徑默認(rèn)值 0.2818 在 500x500 場(chǎng)景里覆蓋半徑約 250 米10 個(gè)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布時(shí)平均鄰居數(shù)足夠形成連通網(wǎng)絡(luò)。如果你把Pt_改小到 0.05可能整個(gè)網(wǎng)絡(luò)都斷成碎片AODV 會(huì)瘋狂發(fā) RREQ 但找不到路由投遞率接近零。MAC 層用 802.11 DCF默認(rèn)不開啟 RTS/CTS。路由發(fā)現(xiàn)廣播包 RREQ 是廣播幀不需要 RTS/CTS但數(shù)據(jù)包是單播如果鏈路質(zhì)量差重傳會(huì)消耗大量時(shí)間。Mac/802_11里的basicRate_和dataRate_會(huì)影響幀在信道上占用的時(shí)間間接影響 AODV 的端到端時(shí)延。網(wǎng)絡(luò)負(fù)載大時(shí)建議把ifqLen從 50 加大到 100但不要超過 200否則隊(duì)列排隊(duì)時(shí)延會(huì)嚴(yán)重影響實(shí)時(shí)性指標(biāo)。還有一個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)AODV 的 Hello 機(jī)制默認(rèn)開啟。NS2 里Agent/AODV set enable_hello_ 1節(jié)點(diǎn)每隔 hello_period默認(rèn) 1 秒廣播一次 Hello 消息用來維護(hù)鄰居列表。Hello 消息本身也是數(shù)據(jù)幀會(huì)占用信道所以在統(tǒng)計(jì)路由開銷時(shí)要把 Hello 帶來的額外開銷算進(jìn)去。如果你只想觀察 AODV 的基本性能可以在 tcl 里加Agent/AODV set enable_hello_ 0但這樣鏈路斷開檢測(cè)只能依賴 MAC 層反饋可能讓 RERR 觸發(fā)變慢。跑對(duì)照實(shí)驗(yàn)時(shí)這個(gè)開關(guān)必須固定為一個(gè)值否則結(jié)果不可比。4. 把數(shù)據(jù)挖出來trace 文件解析與性能指標(biāo)計(jì)算4.1 NS2 trace 格式事件類型、節(jié)點(diǎn)、協(xié)議層的字段含義NS2 無線 trace 的每一行以事件類型開頭s表示發(fā)送sendr表示接收received表示丟棄drop。后面依次是時(shí)間、源節(jié)點(diǎn) id、目的節(jié)點(diǎn) id、層級(jí)標(biāo)識(shí)、標(biāo)志、報(bào)文源地址、報(bào)文目的地址、序列號(hào)、包類型和包大小。一個(gè)典型行長這樣s 6.5 2 4 AGT 0 0.0 5.0 17 3 [MAC 0 0] [CBR 1 4 512]其含義是6.5 秒時(shí)節(jié)點(diǎn) 2 的應(yīng)用層AGT向節(jié)點(diǎn) 5 發(fā)送了一個(gè) CBR 包包序號(hào) 17大小 512 字節(jié)。注意這里的源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)后面還跟了[MAC 0 0]和[CBR ...]兩段附加信息。統(tǒng)計(jì)投遞率時(shí)只統(tǒng)計(jì) AGT 層的發(fā)送和接收事件因?yàn)槁酚蓪覴TR的發(fā)送是轉(zhuǎn)發(fā)或者廣播 RREQ不能算作用戶數(shù)據(jù)。MAC 層的發(fā)送事件是物理幀更不能算。路由層事件里你能看到RREQ、RREP、RERR和RREP_ACK等包類型。統(tǒng)計(jì)路由開銷時(shí)要統(tǒng)計(jì)所有 RTR 層發(fā)出的 RREQ、RREP、RERR 包的總字節(jié)數(shù)因?yàn)檫@些包消耗了信道帶寬。在 trace 中s事件后跟的包類型字段是AODV的包類型比如s 8.2 1 2 RTR 0 ... [AODV RREQ 10]。這里[AODV RREQ 10]表示 RREQ 的廣播 id。4.2 計(jì)算分組投遞率、端到端時(shí)延、路由開銷的 awk 腳本下面是一個(gè)完整的 awk 腳本它從 mini.tr 中提取三個(gè)指標(biāo)投遞率PDR、平均端到端時(shí)延、路由開銷以發(fā)往 RTR 層的 AODV 控制包字節(jié)數(shù)計(jì)。# analyze.awk # 用法: awk -f analyze.awk mini.tr BEGIN { sent 0; recv 0; sum_delay 0; ctl_bytes 0; } { if ($1 s $4 AGT $7 CBR) { sent; # 記錄發(fā)送時(shí)間到數(shù)組用源節(jié)點(diǎn)和包序號(hào)作為鍵 key $3 : $11; send_time[key] $2; } if ($1 r $4 AGT $7 CBR) { recv; key $3 : $11; if (key in send_time) { delay $2 - send_time[key]; if (delay 0) { sum_delay delay; } } } # 統(tǒng)計(jì)AODV控制包RTR層發(fā)出的RREQ/RREP/RERR if ($1 s $4 RTR) { # 第8個(gè)字段是包類型字段,例如 AODV # 第9個(gè)字段是包子類型, 例如 RREQ / RREP / RERR for (i 1; i NF; i) { if ($i RREQ || $i RREP || $i RERR) { # 假設(shè)包大小在第12個(gè)字段后面或包信息中簡化處理 # 用典型AODV包大小RREQ28, RREP20, RERR16 if ($i RREQ) ctl_bytes 28; else if ($i RREP) ctl_bytes 20; else ctl_bytes 16; break; } } } } END { printf 發(fā)送分組數(shù): %d\n, sent; printf 接收分組數(shù): %d\n, recv; if (sent 0) { printf 分組投遞率: %.2f%%\n, (recv / sent) * 100; } else { printf 分組投遞率: 0%%\n; } if (recv 0) { printf 平均端到端時(shí)延: %.3f ms\n, (sum_delay / recv) * 1000; } printf AODV控制包總字節(jié)數(shù): %d\n, ctl_bytes; }awk 腳本的邏輯說明判斷$4 AGT是為了區(qū)分應(yīng)用層還是路由層。CBR 流量在 AGT 層只有s和r事件不會(huì)在d事件里對(duì)應(yīng)到應(yīng)用層丟包。發(fā)送時(shí)間存在send_time數(shù)組里鍵是源節(jié)點(diǎn):包序號(hào)這個(gè)組合在 CBR 流里是唯一的因?yàn)槊總€(gè)源節(jié)點(diǎn)獨(dú)立編號(hào)。如果接收事件對(duì)應(yīng)的發(fā)送時(shí)間找不到說明包不是從合法路徑到達(dá)的可能來自舊的轉(zhuǎn)發(fā)緩存這樣的時(shí)延數(shù)據(jù)不可靠我直接忽略?？刂瓢止?jié)數(shù)按 RFC 3561 的包大小近似比解析實(shí)際二進(jìn)制更簡單在做相對(duì)比較時(shí)足夠準(zhǔn)。跑這個(gè)腳本前要先確認(rèn) trace 文件里 CBR 的包類型字段確實(shí)是CBR。NS2 的 trace 里CBR 應(yīng)用層的包類型寫在第 8 個(gè)字段位置附近但不同 NS2 版本字段偏移可能不同。你可以先用head -5 mini.tr看前幾行確認(rèn)第 7 個(gè)字段是AGT、第 8 個(gè)字段是CBR還是別的。如果字段對(duì)不上需要調(diào)整 awk 中的列號(hào)。這是最常見的統(tǒng)計(jì)翻車原因之一。4.3 用 gnu octave 或 matplotlib 畫性能曲線統(tǒng)計(jì)腳本輸出的是單個(gè)場(chǎng)景的結(jié)果論文里需要的是不同參數(shù)下的曲線。比如把最大速度從 1、5、10、15、20 m/s 各跑一遍得到五組投遞率和時(shí)延數(shù)據(jù)?？梢杂?gnu octave 寫個(gè)小腳本繪圖gnu octave 通信仿真里最常用來畫曲線因?yàn)樗苤苯幼x文本文件命令語法接近 MATLAB。下面是用 gnu octave 讀取三個(gè)文本文件每個(gè)文件里是一列投遞率值和對(duì)應(yīng)速度并繪制曲線的示例% plot_pdr.m v [1 5 10 15 20]; % m/s pdr_5 load(pdr_5nodes.txt); % 5節(jié)點(diǎn)場(chǎng)景 pdr_10 load(pdr_10nodes.txt); % 10節(jié)點(diǎn)場(chǎng)景 figure; plot(v, pdr_5, -o, LineWidth, 2, Color, #1f77b4); hold on; plot(v, pdr_10, -s, LineWidth, 2, Color, #d62728); grid on; xlabel(Max speed (m/s)); ylabel(Packet Delivery Ratio (%)); title(AODV PDR vs Node Speed); legend({5 nodes, 10 nodes}, Location, southwest); print(pdr_speed.png, -dpng, -r300);參數(shù)說明load讀取的文本文件里如果不含矩陣分隔符octave 會(huì)把純數(shù)字列讀成列向量。plot的-o表示帶圓點(diǎn)標(biāo)記-s表示帶方塊標(biāo)記。-r300指定輸出 300 dpi 的 PNG論文用圖一般需要 300 dpi。如果是在腳本里批量處理可以把for循環(huán)包在外面每次運(yùn)行一個(gè) sim 后重定向輸出文件。注意 octave 默認(rèn)色彩順序跟 MATLAB 略有不同如果你要嚴(yán)格按 IEEE 配色需要手動(dòng)指定Color。5. 避坑/常見問題/排查AODV 仿真最常見的翻車現(xiàn)場(chǎng)5.1 現(xiàn)象仿真結(jié)果全零或丟包率 100%我第一次跑 AODV 時(shí)就遇到投遞率是 0trace 文件里全是d事件。檢查下來是場(chǎng)景生成器setdest生成的 tcl 文件里節(jié)點(diǎn)初始坐標(biāo)有負(fù)數(shù)而 topo 范圍是 0 到 500負(fù)坐標(biāo)節(jié)點(diǎn)直接掉到地圖外AODV 找不到任何鄰居。原因setdest 舊版本在某些-x -y參數(shù)組合下會(huì)生成負(fù)坐標(biāo)的小概率事件或者場(chǎng)景文件里混入了空行source時(shí)語法報(bào)錯(cuò)節(jié)點(diǎn)沒創(chuàng)建成功。解決先在source scen10.txt前加puts loading scenario再用puts node 0 at [$node_(0) set X_] [$node_(0) set Y_]打印節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)確認(rèn)所有節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)都在 0~500 范圍內(nèi)。如果坐標(biāo)越界重新生成場(chǎng)景文件或者加一行$node_($i) set X_ [expr abs($x)]做絕對(duì)值處理。另外如果仿真時(shí)間太短比如 10 秒內(nèi) CBR 剛啟動(dòng)還沒完成路由發(fā)現(xiàn)也會(huì)造成投遞率 0。解決方法是把流量開啟時(shí)間提前到 1 秒或者把仿真總時(shí)長拉長到 50 秒以上給協(xié)議足夠的時(shí)間收斂。5.2 現(xiàn)象路由建立后立刻失效吞吐量斷崖下跌高移動(dòng)速度下AODV 的投遞率會(huì)從 90% 掉到 30%甚至更低。很多人以為是路由協(xié)議不行其實(shí)更可能是路由建立的時(shí)間大于鏈路生存時(shí)間。原因節(jié)點(diǎn)以 20 m/s 移動(dòng)時(shí)相鄰節(jié)點(diǎn)幾秒鐘就超出無線覆蓋范圍。AODV 在發(fā)送第一個(gè)數(shù)據(jù)包前要先發(fā) RREQ等 RREP 回來這個(gè)過程在 NS2 里通常需要幾十毫秒但如果鏈路在路由建立的瞬間就斷裂RREQ 洪泛還沒完成包就丟了。解決一是把最大速度控制在 10 m/s 以內(nèi)做模型驗(yàn)證不要一開始就上 20 m/s二是調(diào)整路由表超時(shí)時(shí)間把Agent/AODV set rte_timeout_從默認(rèn) 3 秒改成 5 秒讓已有路由更“耐用”三是開啟 RREP_ACK 機(jī)制Agent/AODV set aodv_ack_ 1避免反向路由失效。更直接的辦法是降低移動(dòng)模型的更新頻率比如把setdest的 pause time 設(shè)為 10 秒而不是 0這樣節(jié)點(diǎn)是“跑一段停一段”鏈路保持時(shí)間更長AODV 性能更接近真實(shí)場(chǎng)景。5.3 現(xiàn)象trace 文件巨大磁盤爆滿腳本跑不動(dòng)50 節(jié)點(diǎn)、500 秒仿真默認(rèn)的 trace 可以到 300MB 甚至 1GB因?yàn)?MAC 層和物理層事件全被記錄。我在連續(xù)跑 100 組參數(shù)實(shí)驗(yàn)時(shí)磁盤半年就滿了。原因NS2 默認(rèn)trace-all會(huì)記錄每一個(gè)無線事件的細(xì)節(jié)。解決不需要所有層都 trace 時(shí)在 node-config 里把-macTrace OFF和-movementTrace OFF只保留-agentTrace ON和-routerTrace ON。這樣 trace 文件可以縮小三分之二。另外不要直接對(duì)全量 trace 文件反復(fù)跑 awk而是在腳本里用awk ... mini.tr summary.txt流式統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)完就刪掉原始 trace。如果磁盤確實(shí)緊張可以用ns的trace-annotate只輸出關(guān)鍵事件或者用namtrace-all和trace-all共用同一個(gè)文件描述符減少重復(fù)寫入。還有一個(gè)習(xí)慣每個(gè)參數(shù)組合獨(dú)立建一個(gè)目錄trace 文件放在里面跑完立即壓縮避免后期找不到對(duì)應(yīng)關(guān)系。5.4 現(xiàn)象復(fù)現(xiàn)別人論文的參數(shù)結(jié)果卻完全對(duì)不上這是 AODV 仿真里最玄學(xué)的一點(diǎn)。很多論文只寫了節(jié)點(diǎn)數(shù)和速度沒寫隨機(jī)種子、傳播模型、隊(duì)列長度、Hello 開關(guān)甚至沒寫用的是 NS2 的哪個(gè)版本。你按照它寫的參數(shù)去復(fù)現(xiàn)投遞率差十個(gè)點(diǎn)都很正常。原因NS2 的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器默認(rèn)用系統(tǒng)時(shí)間當(dāng)種子兩次運(yùn)行結(jié)果不同setdest生成的移動(dòng)場(chǎng)景文件如果不固定種子整個(gè)節(jié)點(diǎn)軌跡就不同傳播模型默認(rèn)參數(shù)不同步也會(huì)導(dǎo)致鄰居集合變化。解決第一在 tcl 腳本開頭加set rng [new RNG]和$rng seed 12345固定全局隨機(jī)種子第二用setdest時(shí)把-seed參數(shù)也固定并保存場(chǎng)景文件在實(shí)驗(yàn)記錄里寫明 hash 值第三在論文里至少列出傳播模型、MAC 層、隊(duì)列長度、Hello 開關(guān)、ifqLen、Pt_ 這六個(gè)參數(shù)。我自己做對(duì)比實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)直接把 tcl 腳本打成壓縮包存到 gitcommit 注釋里寫上所有參數(shù)值這樣之后回來對(duì)數(shù)據(jù)不用猜。6. 進(jìn)階驗(yàn)證把 AODV 與 DSR/OLSR 對(duì)比并檢查路由表變化的合理性6.1 同一場(chǎng)景跑多種協(xié)議對(duì)比的公平性AODV 的指標(biāo)讓審稿人認(rèn)可最好加一個(gè)同場(chǎng)景下的協(xié)議對(duì)比。常見對(duì)照組是 DSR 和 OLSR。DSR 是源路由協(xié)議包頭帶完整路徑開銷比 AODV 大但在移動(dòng)性較低時(shí)投遞率高OLSR 是主動(dòng)式協(xié)議需要周期交換拓?fù)湫畔⒐?jié)點(diǎn)多時(shí)開銷高但在拓?fù)渥兓鞎r(shí)穩(wěn)健。在 NS2 里切換協(xié)議只改一個(gè)字段-adhocRouting DSR或-adhocRouting OLSR。但公平性是關(guān)鍵三個(gè)協(xié)議必須使用完全相同的移動(dòng)場(chǎng)景、CBR 流量、傳播模型、MAC 層和仿真時(shí)間。你不能給 AODV 開了 Hello 而 DSR 沒開也不能把隊(duì)列長度一個(gè)設(shè) 50 另一個(gè)設(shè) 100。另外注意 DSR 在 NS2 里需要額外加載 dsrcode路徑是/home/ubuntu/ns2.35/ns-2.35/dsr要在編譯前配置。對(duì)比時(shí)統(tǒng)計(jì)的指標(biāo)也要一致比如都只統(tǒng)計(jì) AGT 層的投遞率都用同樣的時(shí)延定義。6.2 用 nam 動(dòng)畫檢查 RREQ 洪泛和路由建立比曲線更直觀的是 nam 動(dòng)畫。運(yùn)行完 tcl 后用nam mini.nam打開你能看到節(jié)點(diǎn)移動(dòng)、CBR 包沿多跳路徑前進(jìn)。AODV 正常工作時(shí)你會(huì)看到某個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)出一個(gè)淡藍(lán)色的圓環(huán)擴(kuò)散開那個(gè)就是 RREQ 洪泛隨后一條深色路徑從目的節(jié)點(diǎn)反方向延伸回源節(jié)點(diǎn)那就是 RREP 建立的路徑。如果 RREQ 洪泛反復(fù)出現(xiàn)且沒有 RREP 回來說明網(wǎng)絡(luò)不連通或者目的節(jié)點(diǎn)不可達(dá)。這個(gè)驗(yàn)證方法能幫你快速定位是協(xié)議問題還是場(chǎng)景問題。在沒有輸出 nam 時(shí)也可以從 trace 里過濾 RREQ 和 RREP 的時(shí)間戳檢查是否在 CBR 開始后的幾十毫秒內(nèi)出現(xiàn)了 RREP。如果 RREP 從未出現(xiàn)基本可以斷定是鏈路層無法建立連接。6.3 一個(gè)實(shí)用技巧把節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度設(shè)為 0 做基線驗(yàn)證我最常做的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)不是直接調(diào)速度而是先把所有節(jié)點(diǎn)設(shè)為靜止速度 0、暫停時(shí)間永遠(yuǎn)跑同一套流量。這樣做有兩個(gè)目的一是驗(yàn)證自己的 tcl 腳本、統(tǒng)計(jì)腳本、繪圖流程都沒有 bug因?yàn)殪o止網(wǎng)絡(luò)里 AODV 的投遞率理論上接近 99%除非隊(duì)列溢出或 MAC 沖突二是得到一條“理論下界”曲線后續(xù)移動(dòng)場(chǎng)景的結(jié)果不至于比這個(gè)基線還好否則說明統(tǒng)計(jì)或隨機(jī)種子出了問題。靜止場(chǎng)景里如果投遞率不足 95%優(yōu)先查隊(duì)列長度和流量負(fù)荷而不是懷疑路由協(xié)議。這個(gè)習(xí)慣幫我排掉了很多腳本錯(cuò)誤。把速度設(shè) 0 的方法很簡單setdest的-M 0就行但要注意 NS2 的setdest對(duì)-M 0可能拒絕生成移動(dòng)指令此時(shí)手動(dòng)給每個(gè)節(jié)點(diǎn)寫setdest x y 0并讓暫停時(shí)間無限大。為了省事我一般先跑到 5 m/s 的同一組隨機(jī)種子再把移動(dòng)軌跡全注釋掉對(duì)比數(shù)據(jù)。這條路走到這里AODV 仿真的主流程你已經(jīng)摸清了。最后想強(qiáng)調(diào)一句不要迷信默認(rèn)參數(shù)也不要隨意改參數(shù)騙曲線。把隨機(jī)種子和傳播模型固定下來把所有實(shí)驗(yàn)?zāi)_本歸檔別人復(fù)現(xiàn)你數(shù)據(jù)時(shí)才不會(huì)在第一步就翻車。希望幫到你。本文還有配套的精品資源點(diǎn)擊獲取