楊佳

摘要：基于 Qual Net仿真軟件設計并實現(xiàn)了移動自組織網(wǎng)絡三維動態(tài)仿真，將機動性目標和地形矢量因素加入移動自組織網(wǎng)絡仿真并拓展到三維空間， 給出了三維仿真的動態(tài)模型及其滿足的普遍關(guān)系式。加載地理矢量地圖，對節(jié)點進行建模并對網(wǎng)絡的協(xié)議參數(shù)進行設置，通過對仿真結(jié)束產(chǎn)生的柱狀圖進行分析來評估網(wǎng)絡性能。

關(guān)鍵詞：移動自組織網(wǎng)絡 QualNet 三維動態(tài)仿真 建模

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）07-0048-02

1 引言

移動自組織網(wǎng)絡也稱Mobile Ad Hoc Network（MANET）[1-2]，MANET 具有分布式、自組織等特征，不需要進行預先的網(wǎng)絡規(guī)劃就可以實現(xiàn)無線移動節(jié)點間的互聯(lián)，近年在搶險救災、戰(zhàn)場通信、野外科考等領(lǐng)域廣泛應用。但隨著網(wǎng)絡規(guī)模的增大、節(jié)點移動造成的網(wǎng)絡拓撲快速變化、節(jié)點業(yè)務多樣復雜化，網(wǎng)絡性能評估預測成為新的難題。若采用全實物搭建網(wǎng)絡進行網(wǎng)絡評估、開發(fā)和設計，不僅耗費大，并且很難進行數(shù)據(jù)的收集統(tǒng)計和分析。因此，網(wǎng)絡仿真成為網(wǎng)絡規(guī)劃和設計開發(fā)的手段。

2 QualNet網(wǎng)絡仿真工具

QualNet是近年來興起的一種仿真工具，是由美國SNT公司研制設計開發(fā)的網(wǎng)絡模擬系統(tǒng)，由GloMosim升級?；赥CP/IP分層次模塊封裝建模，可以對各種網(wǎng)絡設備組成的有線、無線或混合網(wǎng)絡進行分析仿真。QualNet具有強大的3D可視化效果，節(jié)點協(xié)議模型庫豐富，支持對各種專用網(wǎng)絡的仿真（如傳感網(wǎng)、WiFi、MANET、蜂窩移動網(wǎng)絡和衛(wèi)星網(wǎng)絡），并提供半實物仿真接口。

2.1 QualNet功能介紹

QualNet主要功能有場景設計、動畫演示、結(jié)果分析、報文跟蹤等[3-4]。

（1）場景設計（Scenario Designer）。場景設計是通過圖形化設置工具設定網(wǎng)絡節(jié)點模型的位置、物理鏈路屬性、網(wǎng)絡層協(xié)議、各項應用業(yè)務以及傳播地形等特征。

（2）動畫演示（Animator）。動畫演示是指用戶設置仿真時間、速度和動態(tài)顯示過濾器，通過可視動態(tài)窗口觀察網(wǎng)絡運行時中不同層的業(yè)務流以及網(wǎng)絡節(jié)點的運行情況等動態(tài)數(shù)據(jù)。

（3）結(jié)果分析（Analyzer）。結(jié)果分析器是通過統(tǒng)計圖表的形式把收集到的網(wǎng)絡運行數(shù)據(jù)進行篩選顯示展示，便于用戶分層查看某個場景的結(jié)果并找出場景的問題所在。

（4）報文跟蹤（Packet Tracer）。報文追蹤是通過查看數(shù)據(jù)包經(jīng)過各層協(xié)議棧時的封裝變化的和在網(wǎng)絡中各節(jié)點傳遞情況。

2.2 QualNet仿真流程

QualNet的網(wǎng)絡仿真基本流程如圖1所示。

3 仿真實例

本文通過QualNet網(wǎng)絡仿真系統(tǒng)搭建一個加載高程地圖信息的具有移動性的7節(jié)點AD Hoc無線網(wǎng)絡，設定一對節(jié)點進行數(shù)據(jù)通信。設置節(jié)點之間的應用層業(yè)務參數(shù)、網(wǎng)絡層路由協(xié)議、鏈路層協(xié)議和無線傳播鏈路等參數(shù)，并運行仿真。觀察7節(jié)點的位置變化情況，當通信節(jié)點間由于地形因素通視鏈路中斷時的路由變化和業(yè)務流傳輸?shù)穆窂阶兓闆r，最后查看仿真結(jié)果并驗證。

3.1 仿真場景設定

在QualNet場景編輯器中設定仿真場景：加載西經(jīng)116.188～166°，北緯35.4494～35.6227°高程矢量地圖。仿真場景中配置7個移動節(jié)點，組成一個子網(wǎng)，位置隨機分布，紅旗為每個節(jié)點的移動軌跡路線。

3.2 業(yè)務配置

CBR（Constant Bit Rate）就是靜態(tài)（恒定）比特率，業(yè)務源流量產(chǎn)生器通過以一個固定速率傳輸同樣大小的包來產(chǎn)生一個固定速率的業(yè)務流。

3.3 仿真參數(shù)

仿真場景中設定的協(xié)議參數(shù)如表1所示。

3.4 動態(tài)仿真過程

QualNet通過動畫模擬的形式給用戶實現(xiàn)了網(wǎng)絡運行過程的動態(tài)可視化功能，可以設置節(jié)點位置、各個層次的過濾顯示動畫演示。動畫演示和仿真可同步或加速運行，可以實時查看每個節(jié)點或事件在運行時的動畫效果。

完成仿真各項設置后，開始運行仿真，獲得如圖2所示的不同網(wǎng)絡狀態(tài)的演示圖。在場景中節(jié)點有兩次移動，C）圖中19號節(jié)點在第一次移動后關(guān)機，D）圖中由于紅色區(qū)域的地形地勢較高且高低起伏而形成遮擋，源和目的節(jié)點不能和兩節(jié)點直線上的中繼節(jié)點搭建有效傳輸鏈路。

3.5 結(jié)果統(tǒng)計

設定的仿真時間結(jié)束后，在分析界面中選擇想要查看的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，QualNet仿真結(jié)果是以直方圖的形式進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析包的。本文選取了節(jié)點平均時延和收到的廣播包數(shù)量和節(jié)點平均時延和收到的廣播包數(shù)量兩個統(tǒng)計結(jié)果顯示，如圖3所示。

4 結(jié)語

本文詳細介紹了QualNet的功能、優(yōu)點，對QualNet的基本仿真流程的兩種情況--對源碼無操作和對源碼有操作給出了仿真流程圖。并通過QualNet網(wǎng)絡仿真系統(tǒng)搭建了一個加載高程地圖信息的具有移動性的7節(jié)點移動自組織網(wǎng)絡，對加載相關(guān)協(xié)議的節(jié)點在由于地形因素對鏈路狀態(tài)產(chǎn)生影響時的路由、業(yè)務流變化情況進行了仿真分析。

參考文獻

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[3]薛麗敏，趙俊閣，華鳴.網(wǎng)絡對抗戰(zhàn)研究[J].艦船電子工程，2007，27（5）：121-124.

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