移動自組織網絡三維動態仿真研究

楊佳

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

關鍵詞：移動自組織網絡 QualNet 三維動態仿真 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絡規劃就可以實現無線移動節點間的互聯，近年在搶險救災、戰場通信、野外科考等領域廣泛應用。但隨著網絡規模的增大、節點移動造成的網絡拓撲快速變化、節點業務多樣復雜化，網絡性能評估預測成為新的難題。若采用全實物搭建網絡進行網絡評估、開發和設計，不僅耗費大，并且很難進行數據的收集統計和分析。因此，網絡仿真成為網絡規劃和設計開發的手段。

2 QualNet網絡仿真工具

QualNet是近年來興起的一種仿真工具，是由美國SNT公司研制設計開發的網絡模擬系統，由GloMosim升級。基于TCP/IP分層次模塊封裝建模，可以對各種網絡設備組成的有線、無線或混合網絡進行分析仿真。QualNet具有強大的3D可視化效果，節點協議模型庫豐富，支持對各種專用網絡的仿真（如傳感網、WiFi、MANET、蜂窩移動網絡和衛星網絡），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絡節點模型的位置、物理鏈路屬性、網絡層協議、各項應用業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、速度和動態顯示過濾器，通過可視動態窗口觀察網絡運行時中不同層的業務流以及網絡節點的運行情況等動態數據。

（3）結果分析（Analyzer）。結果分析器是通過統計圖表的形式把收集到的網絡運行數據進行篩選顯示展示，便于用戶分層查看某個場景的結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據包經過各層協議棧時的封裝變化的和在網絡中各節點傳遞情況。

2.2 QualNet仿真流程

QualNet的網絡仿真基本流程如圖1所示。

3 仿真實例

本文通過QualNet網絡仿真系統搭建一個加載高程地圖信息的具有移動性的7節點AD Hoc無線網絡，設定一對節點進行數據通信。設置節點之間的應用層業務參數、網絡層路由協議、鏈路層協議和無線傳播鏈路等參數，并運行仿真。觀察7節點的位置變化情況，當通信節點間由于地形因素通視鏈路中斷時的路由變化和業務流傳輸的路徑變化情況，最后查看仿真結果并驗證。

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個移動節點，組成一個子網，位置隨機分布，紅旗為每個節點的移動軌跡路線。

3.2 業務配置

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

3.3 仿真參數

仿真場景中設定的協議參數如表1所示。

3.4 動態仿真過程

QualNet通過動畫模擬的形式給用戶實現了網絡運行過程的動態可視化功能，可以設置節點位置、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所示的不同網絡狀態的演示圖。在場景中節點有兩次移動，C）圖中19號節點在第一次移動后關機，D）圖中由于紅色區域的地形地勢較高且高低起伏而形成遮擋，源和目的節點不能和兩節點直線上的中繼節點搭建有效傳輸鏈路。

3.5 結果統計

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

4 結語

本文詳細介紹了QualNet的功能、優點，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網絡仿真系統搭建了一個加載高程地圖信息的具有移動性的7節點移動自組織網絡，對加載相關協議的節點在由于地形因素對鏈路狀態產生影響時的路由、業務流變化情況進行了仿真分析。

參考文獻

[1]郭云芳.計算機仿真技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，1991.

[2]郭齊勝，董志明.戰場環境仿真[M].北京：國防工業出版社，2005.

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

[4]謝希仁.計算機網絡[M].北京：電子工業出版社，2003.