張 麗， 瞿國(guó)慶

(江蘇商貿(mào)職業(yè)學(xué)院 電子與信息學(xué)院， 江蘇 南通 226011)

0 引 言

移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是電子信息專業(yè)的重要教學(xué)內(nèi)容[1]，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的類型繁雜且功能豐富，理論知識(shí)學(xué)習(xí)難以全面地理解無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行原理，因此，該課程的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)是高等院校電子信息專業(yè)的重要需求[2]。無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括無(wú)線通信基礎(chǔ)設(shè)施、無(wú)線自組網(wǎng) (Ad hoc)移動(dòng)設(shè)備、交換機(jī)、集線器、無(wú)線信道與無(wú)線終端等設(shè)備[3]，這為實(shí)驗(yàn)室建設(shè)帶來(lái)了較大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。通過(guò)虛擬化技術(shù)模擬網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是當(dāng)前的一個(gè)可靠方案，目前已有一些基于虛擬化技術(shù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)仿真器，例如：優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)工程工具(Optimized Network Engineering Tool, Opnet)[4]、品質(zhì)網(wǎng)絡(luò)工程工具(Quality Network Engineering Tool, QualNet)[5]、網(wǎng)絡(luò)仿真器 (Network Simulator, NS-2)[6]、快速仿真器(Quick Emulator, QEMU)[7]等，但此類網(wǎng)絡(luò)仿真器僅支持靜態(tài)與固定的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景，無(wú)法用于動(dòng)態(tài)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的仿真與實(shí)驗(yàn)。

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性與動(dòng)態(tài)性是當(dāng)前無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)，而opnet、QualNet、NS-2等網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)均需要預(yù)定靜態(tài)并且固定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不支持對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的仿真。本文采用虛擬化技術(shù)[8]，采用系統(tǒng)的進(jìn)程仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，每個(gè)虛擬機(jī)可支持若干個(gè)進(jìn)程，從而一臺(tái)物理主機(jī)可仿真大量的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。用戶可控制網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)連接的參數(shù)，這為實(shí)驗(yàn)室的課程提供了豐富的選擇。此外，虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具有動(dòng)態(tài)地接入、退出網(wǎng)絡(luò)的功能，由此實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的仿真要求。

本文設(shè)計(jì)的移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)(Mobile Wireless Network Simulation，MWNS)，與其他的網(wǎng)絡(luò)仿真器(例如：NS-2, Opnet等)相比，MWNS主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：① 動(dòng)態(tài)性。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為熱連接模式，即一個(gè)新節(jié)點(diǎn)能夠動(dòng)態(tài)地加入或者退出目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。② 移動(dòng)性。能夠創(chuàng)建一個(gè)自定義的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并且網(wǎng)絡(luò)對(duì)于移動(dòng)的節(jié)點(diǎn)具有自動(dòng)連接的能力。③ 社區(qū)性。能夠連接若干個(gè)子網(wǎng)，模擬互聯(lián)網(wǎng)的社區(qū)概念。

1 MWNS網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與主要元素

MWNS是一個(gè)分布式的虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，用戶可使用MWNS建立靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)。MWNS建立的虛擬網(wǎng)絡(luò)主要由虛擬節(jié)點(diǎn)與虛擬鏈接組成。圖1所示是一個(gè)MWNS虛擬網(wǎng)絡(luò)的實(shí)例。左右分別是兩個(gè)虛擬主機(jī)，中間通過(guò)虛擬路由器 (Virtual Router, VROUTER)與虛擬交換機(jī) (Virtual Switch, VSWITCH)連接，虛擬主機(jī)之間的通道為傳輸控制協(xié)議(Transmission Control Protocol, TCP)通道。虛擬主機(jī)與VSWITCH之間的通道為用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議 (User Data Protocol, UDP)通道，虛擬主機(jī)與VHUB之間的通道為TCP通道。

1.1 虛擬節(jié)點(diǎn)

MWNS的虛擬節(jié)點(diǎn)是一個(gè)仿真器，虛擬節(jié)點(diǎn)共有兩種類型：

(1) 虛擬主機(jī) (Virtual Host, VHOST)。用戶

圖1 MWNS虛擬網(wǎng)絡(luò)的實(shí)例

可配置VHOST的操作系統(tǒng)與硬件屬性，仿真系統(tǒng)為每個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)虛擬存儲(chǔ)空間(本系統(tǒng)采用物理主機(jī)的一個(gè)文件夾)。

(2) VROUTER。由MWNS直接配置，為網(wǎng)絡(luò)提供合適的路由協(xié)議，MWNS提供的路由協(xié)議包括：動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議(Dynamic Host Configuration Protocol, DHCP)[9]、域名系統(tǒng) (Domain Name System, DNS)[10]、網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng) (Network File System, NFS)[11]、超文本傳輸協(xié)議 (HyperText Transfer Protocol, HTTP)、安全終端訪問(wèn) (Secure Shell，SSH)、 網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議(Network Time Protocol, NTP)[12]、路由信息協(xié)議 (routing information protocol，RIP)[13]。

1.2 虛擬鏈接

虛擬鏈接負(fù)責(zé)為網(wǎng)絡(luò)的虛擬節(jié)點(diǎn)建立信道，仿真系統(tǒng)的虛擬鏈接共有3種類型：

(1) 虛擬鏈接 (Virtual Line, VLINE)。虛擬的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。

(2) 虛擬集線器 (Virtual Hub, VHUB)。模擬物理集線器設(shè)備。

(3) VSWITCH。模擬物理交換機(jī)設(shè)備。

1.3 虛擬網(wǎng)絡(luò)的管理

1.3.1會(huì)話管理

MWNS的一個(gè)會(huì)話表示一個(gè)完整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的配置(包含虛擬節(jié)點(diǎn)與虛擬鏈接)，一個(gè)會(huì)話僅可在一個(gè)物理主機(jī)上，一個(gè)分布式虛擬網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)MWNS會(huì)話組成，會(huì)話之間具有獨(dú)立性并且互不干擾。

1.3.2MWNS管理器

MWNS管理器通過(guò)命令行形式與用戶交互，用戶使用管理器控制指定的會(huì)話。MWNS管理器采用SSH連接為用戶提供了遠(yuǎn)程訪問(wèn)功能，用戶可在遠(yuǎn)程的主機(jī)上管理MWNS仿真系統(tǒng)。

2 虛擬化網(wǎng)絡(luò)元素

為了模擬一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)元素(Virtual Network Elements,VNE)，VNE能夠模擬各個(gè)網(wǎng)絡(luò)元素，例如：網(wǎng)絡(luò)鏈接、集線器 (hub)、交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。具體實(shí)現(xiàn)是基于面向?qū)ο蟮木幊趟枷?，將VNE作為一個(gè)父類，各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均為VNE的子類。本文設(shè)計(jì)的VNE與其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模擬方案相比，主要有5個(gè)特點(diǎn)：① VNE作為一個(gè)輕量級(jí)的進(jìn)程運(yùn)行，獨(dú)立運(yùn)行于虛擬機(jī)中，VNE與其他VNE之間互不干擾；② 支持動(dòng)態(tài)地建立、斷開(kāi)與重建網(wǎng)絡(luò)鏈接；③ 支持多種網(wǎng)絡(luò)后端類型，可通過(guò)套接字與運(yùn)行不同操作系統(tǒng)(Unix, Linux, Windows等)的虛擬機(jī)連接；④ 支持動(dòng)態(tài)地設(shè)置網(wǎng)絡(luò)鏈接的屬性，例如：帶寬、延遲，定時(shí)器與誤碼率等；⑤ 能夠仿真無(wú)線接口設(shè)備與ad hoc[14](無(wú)線自組織)網(wǎng)絡(luò)模塊。

2.1 總體結(jié)構(gòu)

一個(gè)VNE包含一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)引擎與若干個(gè)接口，只要系統(tǒng)的內(nèi)存足夠，接口數(shù)量則可為任意值。接口可在系統(tǒng)運(yùn)行期間動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建，每個(gè)接口擁有一個(gè)輸入隊(duì)列與一個(gè)輸出隊(duì)列，每個(gè)隊(duì)列有一定大小的緩存區(qū)。接口內(nèi)部通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)引擎相互連接，圖2所示是一個(gè)包含兩個(gè)接口的VNE。輸入、輸出VNE的數(shù)據(jù)可以分為兩種格式： ① 字節(jié)流數(shù)據(jù)(Byte Stream,BS)格式：此類數(shù)據(jù)作為一個(gè)無(wú)解釋的字節(jié)數(shù)據(jù)流，每個(gè)緩存區(qū)能夠容納滿足預(yù)設(shè)容量的BS數(shù)據(jù)。② 以太網(wǎng)幀數(shù)據(jù)(Ethernet Frame,EF)格式：此類數(shù)據(jù)為Ethernet幀結(jié)構(gòu)，每個(gè)緩存區(qū)僅能容納一個(gè)Ethernet幀，并且該幀必須小于緩存區(qū)容量。

圖2 包含兩個(gè)接口的VNE

仿真系統(tǒng)可將VNE設(shè)為6種工作模式，前4種模式仿真了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，這4種模式與虛擬機(jī)獨(dú)立不相關(guān)，后2種模式仿真了無(wú)線接口網(wǎng)卡，無(wú)線接口網(wǎng)卡有兩種模式：基礎(chǔ)設(shè)施模式與ad hoc(無(wú)線自組織)模式，在無(wú)線接口網(wǎng)卡模式下，VNE通過(guò)指定接口“直接接口”與虛擬移動(dòng)節(jié)點(diǎn)連接； 如果移動(dòng)節(jié)點(diǎn)是基礎(chǔ)設(shè)施模式，那么VNE通過(guò)另一個(gè)接口“訪問(wèn)接口”與虛擬移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的訪問(wèn)點(diǎn)連接。VNE的6種模式分別如下所示：

(1) 網(wǎng)絡(luò)鏈接模式(VLINE)。兩個(gè)接口之間直接相連，每個(gè)數(shù)據(jù)輸入前一個(gè)接口，從后一個(gè)接口輸出，如圖3所示。

(2) hub模式(VHUB)。每個(gè)接口與另一個(gè)接口相連，每個(gè)數(shù)據(jù)輸入一個(gè)接口，然后從該接口以外的一個(gè)接口輸出，如圖4所示。

(3) 交換機(jī)模式(VSWITCH)。EF數(shù)據(jù)幀輸入一個(gè)接口，轉(zhuǎn)發(fā)引擎根據(jù)路由表決定將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至指定(EF幀的目標(biāo)地址)的輸出接口，如圖5所示。

圖3 VNE網(wǎng)絡(luò)鏈接模式示意圖

圖4 VNE hub模式示意圖

圖5 VNE交換機(jī)模式示意圖

(4) 訪問(wèn)點(diǎn)模式(訪問(wèn)點(diǎn)(access point, AP))。模擬無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的AP功能，負(fù)責(zé)將有線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)轉(zhuǎn)化為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。

(5) 無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施模式。將訪問(wèn)接口的輸入EF幀轉(zhuǎn)發(fā)到直接接口的輸出。

(6) ad hoc接口模式。將非直接接口的輸入EF幀轉(zhuǎn)發(fā)到直接接口的輸出。

后4種模式需要數(shù)據(jù)格式為EF幀格式(具有介質(zhì)訪問(wèn)層(Medium Access Control, MAC)地址)，為了仿真IEEE 802.11協(xié)議，為接入點(diǎn)發(fā)出的每個(gè)EF幀增加一個(gè)偽報(bào)文頭。

為虛擬交換機(jī)的路由表設(shè)計(jì)了自學(xué)習(xí)的能力，具體的自學(xué)習(xí)方法為：當(dāng)接口收到一個(gè)EF幀，VNE檢查該幀的源MAC地址是否與該接口相同，如果相同，則不作處理；如果不同，VNE將該地址信息保存于VNE的路由表中。當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)幀輸入VNE之后，轉(zhuǎn)發(fā)引擎在路由表中搜索該幀的目標(biāo)地址，將該幀轉(zhuǎn)發(fā)至該目標(biāo)地址關(guān)聯(lián)的接口。VNE的hub模式與交換機(jī)模式支持基于端口的虛擬局域網(wǎng) (Virtual local area network, VLAN)。

2.2 VNE與網(wǎng)絡(luò)后端的綁定方法

在虛擬化領(lǐng)域中，網(wǎng)絡(luò)后端表示了仿真器的軟件部分，為仿真器之間建立連接?；贚INUX操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)后端一般都實(shí)現(xiàn)了虛擬網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng) (TAP)接口、虛擬設(shè)備元素(Virtual device element, VDE)接口、套接字等。

VNE目前提供了UNIX本地套接字后端、TAP后端以及VDE后端，將這些后端都抽象為一個(gè)類，稱為“struct endpoint”。網(wǎng)絡(luò)后端必須與一個(gè)VNE虛擬網(wǎng)絡(luò)接口綁定，為了實(shí)現(xiàn)仿真器的動(dòng)態(tài)特性，VNE綁定(bind)操作將VNE接口與網(wǎng)絡(luò)后端端點(diǎn)分離，該綁定操作可通過(guò)LINUX操作系統(tǒng)的“bind”命令動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建或者結(jié)束，如圖6所示。因此網(wǎng)絡(luò)后端的連接失敗對(duì)VNE沒(méi)有影響，如果節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)連接失敗，則需重新建立網(wǎng)絡(luò)后端的連接。

圖6 通過(guò)“bind”命令建立網(wǎng)絡(luò)端點(diǎn)與VNE接口之間的綁定

MWNS的系統(tǒng)仿真功能利用了QEMU仿真系統(tǒng)[7]，MWNS與QEMU仿真系統(tǒng)之間的關(guān)系，如圖7所示，圖中QEMU虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)后端與VNE之間建立一個(gè)TCP連接。QEMU的虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)后端連接的實(shí)現(xiàn)方式是：定義一個(gè)本地VLAN目標(biāo)，該目標(biāo)直接將虛擬eth0接口與套接字后端(socket.0.)連接。VNE的“bind”操作與QEMU的VLAN操作之間的差異為：接口與網(wǎng)絡(luò)后端之間的綁定是建立一個(gè)雙向連接，而VLAN將多個(gè)網(wǎng)絡(luò)后端單向地連接至同一個(gè)接口。VNE的雙向連接為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性提供了支持，而VLAN的多對(duì)一的連接方式只能支持靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)。

圖7 MWNS系統(tǒng)與QEMU仿真系統(tǒng)之間的關(guān)系

2.3 VNE的性能評(píng)估

首先評(píng)估VNE模型的性能，證明VNE模型的有效性。將VNE與QEMU、Dynamips[15]兩個(gè)基于套接字網(wǎng)絡(luò)后端的網(wǎng)絡(luò)仿真器進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景為：分別使用QEMU、Dynamips與VNE 3個(gè)虛擬設(shè)備連接兩個(gè)QUMU虛擬機(jī)，所有的網(wǎng)絡(luò)后端連接均為TCP連接，物理機(jī)器為Intel PC機(jī)，兩個(gè)QEMU虛擬機(jī)之間建立一個(gè)FTP會(huì)話，通過(guò)FTP傳輸一個(gè)1GB的文件，統(tǒng)計(jì)傳輸時(shí)間來(lái)計(jì)算傳輸?shù)耐掏铝?。QEMU與本仿真器的虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備吞吐量如表1所示。由表中可看出VNE仿真器所仿真的VLINE與VHUB均優(yōu)于QUMU設(shè)備，而VNE仿真的VSWITCH優(yōu)于Dynamips交換機(jī)。

3 MWNS的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)仿真

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

MWNS集成了NEMO[16]來(lái)管理網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)功能，MWNS是一個(gè)輕量級(jí)的C++程序，能夠?yàn)橐苿?dòng)網(wǎng)絡(luò)生成網(wǎng)絡(luò)連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。NEMO能夠動(dòng)態(tài)地向MWNS發(fā)送命令，實(shí)時(shí)地改變MWNS網(wǎng)絡(luò)的連接。NEMO程序主要包含兩個(gè)部分：一部分是仿真時(shí)間調(diào)度器，另一部分是實(shí)時(shí)調(diào)度器。

3.2 NEMO程序的仿真時(shí)間調(diào)度器

仿真時(shí)間調(diào)度器是NEMO仿真部分的核心，它為實(shí)時(shí)調(diào)度器生成連接的場(chǎng)景，實(shí)時(shí)調(diào)度器生成連接場(chǎng)景的過(guò)程共有3個(gè)步驟：生成一個(gè)映射；在該映射中生成一個(gè)移動(dòng)場(chǎng)景；根據(jù)該移動(dòng)場(chǎng)景生成一個(gè)連接場(chǎng)景。

仿真時(shí)間調(diào)度器每隔一段時(shí)間(用戶設(shè)置)管理一次移動(dòng)場(chǎng)景，并且計(jì)算每對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間的距離與無(wú)線連接。NEMO能夠生成矩形映射與完全隨機(jī)的移動(dòng)場(chǎng)景，有助于無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的仿真與實(shí)驗(yàn)。NEMO仿真時(shí)間調(diào)度器的主要不足之處為：計(jì)算復(fù)雜度較高，復(fù)雜度為O(n2lb2n)。關(guān)于NEMO詳細(xì)介紹可參考文獻(xiàn)[16]。

3.3 實(shí)時(shí)調(diào)度器

實(shí)時(shí)調(diào)度器在網(wǎng)絡(luò)連接發(fā)生變化時(shí)管理各個(gè)連接(建立連接、斷開(kāi)連接、重建連接)，實(shí)時(shí)調(diào)度器與MWNS的交互過(guò)程如圖8所示。在虛擬移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，VNE用于仿真無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接口卡(WIC)，因此每個(gè)虛擬移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)均有一個(gè)VNE與一個(gè)網(wǎng)絡(luò)后端連接(TCP或者UDP連接)，MWNS負(fù)責(zé)將用戶的命令發(fā)送至NEMO。運(yùn)行實(shí)時(shí)調(diào)度器之后，MWNS還原NEMO生成的連接事件，將連接事件發(fā)送至不同的VNE，建立網(wǎng)絡(luò)。

圖8 實(shí)時(shí)調(diào)度器與MWNS的交互過(guò)程示意圖

4 仿真實(shí)驗(yàn)與分析

為了驗(yàn)證MWNS對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)的仿真性能，分別進(jìn)行了兩組實(shí)驗(yàn)。

4.1 MOSH實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證MWNS仿真器對(duì)于靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)的仿真準(zhǔn)確性，基于MOSH benchmark[17]與SSH評(píng)估仿真器的性能。MOSH與SSH均為遠(yuǎn)程終端應(yīng)用，MOSH采用了SSP協(xié)議與故障預(yù)測(cè)算法，因此MOSH對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接的容錯(cuò)能力優(yōu)于SSH。

實(shí)驗(yàn)中客戶端通過(guò)一個(gè)仿真3G網(wǎng)絡(luò)與一個(gè)交換機(jī)連接，通過(guò)一個(gè)仿真WiFi網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器連接，仿真實(shí)驗(yàn)的參數(shù)如表2所示。實(shí)驗(yàn)中統(tǒng)計(jì)了MOSH與SSH兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的平均響應(yīng)時(shí)間。MININET[18]也完成了該實(shí)驗(yàn)，因此將本系統(tǒng)仿真的結(jié)果與MININET[18]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較，評(píng)估MWNS仿真的準(zhǔn)確性。

表2 仿真實(shí)驗(yàn)的參數(shù)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9所示，圖中可看出，MWNS仿真的結(jié)果與原實(shí)驗(yàn)結(jié)果極為接近，說(shuō)明MWNS仿真的準(zhǔn)確率較高。MININET僅能在同一個(gè)物理主機(jī)中建立仿真，而MWNS可在多個(gè)物理主機(jī)中建立分布式虛擬網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)主機(jī)的子網(wǎng)可作為網(wǎng)絡(luò)社區(qū)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

4.2 AMIRALE實(shí)驗(yàn)

為了評(píng)估MWNS仿真器對(duì)于移動(dòng)設(shè)備的仿真準(zhǔn)確率，采用AMIRALE系統(tǒng)[19]進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，并且使用JBOTSIM[20]進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，將AMIRALE、本系統(tǒng)與JBOTSIM三者進(jìn)行比較，評(píng)估本系統(tǒng)的仿真準(zhǔn)確性。

圖9 MOSH、SSH的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果

AMIRALE是一個(gè)分布式系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)置幾個(gè)自動(dòng)化車輛協(xié)同地執(zhí)行一個(gè)任務(wù)。實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景設(shè)為一組掃地機(jī)器人收集公園中給定數(shù)量的垃圾，指定每個(gè)機(jī)器人收集一種類型的垃圾，如果一個(gè)機(jī)器人發(fā)現(xiàn)一個(gè)不屬于它的垃圾，那么該機(jī)器人向負(fù)責(zé)該垃圾的機(jī)器人發(fā)送一個(gè)命令消息，具體實(shí)驗(yàn)方式可參考文獻(xiàn)[19]。

本文統(tǒng)計(jì)了數(shù)據(jù)發(fā)送速率與移動(dòng)目標(biāo)數(shù)量的關(guān)系，結(jié)果如圖10所示。因?yàn)樗袡C(jī)器人廣播的命令消息沒(méi)有數(shù)量的限制，所以將單個(gè)命令消息的字節(jié)數(shù)與網(wǎng)絡(luò)中命令消息的數(shù)量相乘，即可計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)的理論數(shù)據(jù)速率。圖10中仿真曲線為MWNS的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，模擬曲線為JBOTSIM模擬器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖中顯示了理論曲線、模擬曲線與仿真曲線結(jié)果較為接近，表明MWNS對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的場(chǎng)景具有較好的仿真性能，仿真的準(zhǔn)確性較高。

圖10 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送速率與移動(dòng)目標(biāo)數(shù)量的關(guān)系

5 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的MWNS仿真平臺(tái)主要包含了VNE虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模塊與基于NEMO的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)管理模塊，對(duì)仿真平臺(tái)的易用性、經(jīng)濟(jì)成本與仿真性能之間取得了較好的平衡。在實(shí)驗(yàn)部分將MWNS系統(tǒng)與MININET進(jìn)行了比較，兩者的仿真性能極為接近，但MININET僅能在同一個(gè)物理主機(jī)中建立仿真，而MWNS可在多個(gè)物理主機(jī)中建立分布式虛擬網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)主機(jī)的子網(wǎng)可作為網(wǎng)絡(luò)社區(qū)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。WMNS與JBOTSIM的對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，WMNS能夠準(zhǔn)確地仿真移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)，并且能夠降低測(cè)試床物理設(shè)備的成本。