《無線網絡技術》若干關鍵技術研究與仿真實驗實現

李　敏，宋　瑋

（廣東工業大學計算機學院，廣州510006）

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《無線網絡技術》若干關鍵技術研究與仿真實驗實現

李敏，宋瑋

（廣東工業大學計算機學院，廣州510006）

摘要：針對《無線網絡技術》課程理論教學過程中內容生澀，網絡協議和網絡算法眾多，學生容易出現理解困難的現象，提出對《無線網絡技術》若干關鍵技術的總結，并使用NS2仿真環境輔助課堂教學，以可視化方式將理論教學與仿真實驗對應起來，極大地激發學生的學習興趣，增強對理論知識的理解，鍛煉實踐能力，獲得良好的教學效果。

關鍵詞：無線網絡技術；NS2；關鍵知識點；仿真實驗

0　引言

網絡技術結合了計算機、通信、微電子等技術，是IT領域最重要的分支之一，進入21世紀后，網絡技術逐漸呈現出兩大發展趨勢：高速和無線。因此，除了傳統的《計算機網絡》課程之外，國內各大高校不約而同地增加開設了《無線網絡技術》課程。《無線網絡技術》課程涉及多領域的前沿技術，同時具有較強的應用性，因此對于該門課程的教學內容和教學方法有較大的研究空間。通過三年該課程的課堂教學經驗發現，如果課堂主要講授過于理論和抽象的專業知識，學生們將很難全程集中精力，導致對知識點掌握不夠，理解不深；如果能用最簡潔，最直觀的方式向學生們表達和傳授，會達到事半功倍的效果。然而，無線網絡類型的多元化，使得在實驗室中構建實際的無線網絡性能測試系統，經費投入太大，并且對設備、環境的要求也很高。

1　《無線網絡技術》課程分析

該文旨在針對理論教學過程中內容生澀，學生無法觀測到某個現象對無線網絡性能的影響，從而一知半解，慢慢失去學習興趣的問題，提出通過深入研究《無線網絡技術》中若干關鍵無線網絡理論和基本概念的基礎上，重點研究無線網絡協議，從網絡協議模塊的組成、體系結構、網絡層、網絡應用層以及對等層面結構等方面，并對各種主流的無線網絡技術，包括無線局域網、無線個域網、無線城域網、無線廣域網、移動Ad Hoc網絡、無線傳感器網絡與無線Mesh網絡展開進一步的研究。以可視化方式將實驗內容貫穿于理論教學之中，提高學生對無線網絡協議和各類無線網絡技術的理解，掌握各種無線網絡技術的基本原理和功能，掌握用網絡仿真技術來驗證和開發無線網絡技術的手段，增強學生分析解決問題的實踐能力，以期獲得理想的教學效果。

2　《無線網絡技術》課程關鍵技術

通過近幾年對《無線網絡技術》課程的教學摸索，提出針對課程若干關鍵技術的總結，并通過網絡仿真對提出的若干關鍵技術進行分析和驗證，主要旨在激發學生學習《無線網絡技術》課程的興趣，如何讓學生更好地掌握《無線網絡技術》課程學習中的重要概念、基本理論和具體的學習方法。

（1）樹立以學生為主體，正確引導，消除學生的部分消極情緒，加強學生學習的興趣。在《無線網絡技術》是網絡工程專業學生的專業課，在此之前學生已經學習過《計算機網絡》或《通信原理》，具備了一定的網絡知識，所以在教學過程中，可以以學生為主體，使學生主動參與教學，解除學生對老師的依賴性，提高學生的創造性、積極思考能力和自主學習能力的培養。在課堂上，對教學環節精心設置，側重學生實踐動手能力的激發，對每個教學專題進行不固定分組討論模式，給學生創造團隊內合作和團隊外競爭雙重學習氣氛，再輔以打分和淘汰環節，增強學生的參與度和熱情。

（2）在分析和討論《無線網絡技術》中若干關鍵技術時，通過學生熟悉的案例進行驅動，同時布置相應仿真任務加以推動。《無線網絡技術》各個實驗分組之間的仿真數據不同，仿真動畫不同，并通過引導學生修改參考源碼，改變網絡拓撲的方式，觀察體會不一樣的運行結果，幫助學生更深入地了解和感受關鍵技術的原理和特點。在介紹每種無線網絡技術時，內容編排上循序漸進，先闡述基本概念和原理，接著介紹生活中的應用實例，然后進行實驗仿真，讓學生實際操作練習。

（3）《無線網絡技術》課程若干關鍵技術與與對應仿真實驗總結如下：在掌握一定的無線傳輸基本理論的基礎上，理解各種無線網絡的網絡構架和協議標準，清楚無線網絡的存在問題和解決方案，了解無線網絡的具體應用。具體內容包括：無線傳輸技術基礎、無線局域網、無線個域網、無線城域網、無線廣域網，無線自組織網絡，無線傳感器網絡。如下表1是《無線網絡技術》關鍵技術與仿真實驗總結對應表。

表1　《無線網絡技術》關鍵技術與仿真實驗對應表

3　《無線網絡技術》課程仿真實驗

該課程采用NS2對《無線網絡技術》課程中的若干關鍵技術進行仿真。

（1）三種網絡仿真平臺OPNET MATLAB和NS2之間的比較：

OPNET主要針對網絡服務提供商，網絡設備制造商和企業，是非開源的商業軟件，主要用于大型復雜網絡的仿真需求；OPNET內部的協議實現版本比較全面和標準，想要完全理解其工作原理，例如：狀態機跳轉關系、進程間調用關系、無線階段配置等需要花費較長的時間，此外，在OPNET內部定義了大量的庫函數，這些庫函數只提供接口，看不到函數實現，也需要學生花費較長的時間學習之后，方才能夠運用。

MATLAB主要用于數值計算和圖形處理的科學計算，由五個部分組成，功能強大，配備了各種工具箱，但由于采用矩陣運算，數據量大，所以效率相對較低，并且MATLAB不能實現實時控制和端口操作；

NS2是由加州大學伯克利分校開發的針對網絡技術，源代碼公開的，免費軟件模擬平臺。NS2包括了大量工具模塊，這些模塊幾乎設施到了網絡技術的所有方面，是目前學術界廣泛使用的一種網絡模擬軟件，它能對網絡仿真過程進行詳細的跟蹤，并且具有仿真動畫工具NAM，能對仿真過程進行回放，使得學生對于所模擬的網絡協議或網絡技術有直觀的了解。

（2）采用NS2進行無線網絡仿真的具體流程圖如圖1所示：

圖1　NS2無線網絡技術仿真流程圖

在這個流程中，最重要的是進行Tcl/OTcl仿真腳本的編寫，這個對于已經系統學過編程語言的網絡專業學生并不難。經過幾年的教學實踐，采用分組分方案的方法效果甚好，具體操作如下：指定8位學生（按與無線網絡技術相關科目成績績點選出前8位）為實驗小組組長，其他學生自行組合到各小組進行實驗仿真，每個小組的仿真內容和數據各不相同，這種組內互相監督，組間差異化的分組仿真實驗策略，有利于學生之間的相互協作，同時又有效避免了同一題目容易出現互相抄襲的現象。

4　結語

由于無線網絡類型的多元化，采用NS2進行仿真實驗，不需要設備和經費的投入，利用普通微機平臺，就可實現《無線網絡技術》課程中若干關鍵技術的仿真模擬和實現，通過NS2提供的動畫演示，使學生們直觀形象地掌握了各種無線網絡技術的原理和功能，提高了學生的學習積極性和動手能力，很好地改善了學習效果。

參考文獻：

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[6]許華杰，胡小明，莫春蘭.《無線網絡技術》課程教學改革與實踐[J].中國科技信息,2012（16）:187.

宋瑋（1978-），女，湖南常德人，講師，研究生博士學位，研究方向為分布式機制設計和算法博弈論

Research and Simulation of Key Technologies of Wireless Network Technology

LI Min，SONG Wei
（School of Computers，Guangdong University of Technology，Guangzhou 510006）

Abstract：In the process of teaching Wireless Network Technology course, it usually occurs some problems such as obscure theories, extensive network protocols and algorithms, puts forward the summary of some key technologies of Wireless Network Technology, uses NS2 simulation environment to support classroom teaching, sets up a corresponding relationship between theoretical knowledge and simulation experiment. Practice shows that this method greatly stimulated the students' interest in learning, enhances the understanding of theoretical knowledge, exercises practical ability and obtains a good teaching effect.

Keywords：Wireless Network Technology; NS2; Key Technologies; Simulation Experiment

收稿日期：2016-01-07修稿日期：2016-03-12

作者簡介：李敏（1978-），女，湖北荊州人，講師，碩士，研究方向為信息獲取與控制、信號處理

文章編號：1007-1423（2016）10-0049-03

DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2016.10.011