基于NS的IEEE 802.11協(xié)議性能的設(shè)計(jì).doc

基于NS的IEEE 802.11協(xié)議性能的設(shè)計(jì)信息工程2007級(jí)（2）班 吳思航指導(dǎo)老師：劉外喜摘要 通過(guò)使用仿真軟件Network Simulator 2 對(duì)無(wú)線ad hoc節(jié)點(diǎn)的仿真，得出IEEE 802.11、802.11b、802.11g三個(gè)協(xié)議的各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的性能參數(shù)對(duì)比。其中包括端到端平均延時(shí)、丟包率、吞吐量。仿真結(jié)果反映出，在MAC層，802.11n的三個(gè)參數(shù)性能都是最好的，而802.11b排在中間，性能最差的是802.11。在應(yīng)用層，無(wú)論是幾個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)還是多節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)路，802.11g的實(shí)際效能都要比802.11b跟802.11的要高，但實(shí)際效能都比標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要低出很多。關(guān)鍵詞 無(wú)線ad hoc；NS2仿真；IEEE 802.11；性能參數(shù)對(duì)比；Abstract By using the Network Simulator 2 simulation software for wireless ad hoc node simulation, conclude the performance parameters of each standard IEEE 802.11,802.11 b, 802.11g protocol. Including the average end to end delay, drop rate, throughput. The results show that in the MAC layer，the parameters of 802.11g is the best .802.11b is worse than 802.11g but is better than the 802.11。In the application layer, whether it is a network of several nodes or multi-node network, 802.11g standard is more effictive than 802.11b or 802.11 standard, but the actual performances of all those standards are lower than what we except a lot. Key words wireless Ad hoc;NS2 sumulation;IEEE802.11;performance parameters;目錄1 前言2 NS2仿真軟件介紹3 具體步驟 31 仿真原理 32 仿真代碼4仿真結(jié)果及分析5關(guān)于NS3以及802.11n 51 關(guān)于NS3的介紹以及開(kāi)發(fā) 52 關(guān)于802.11n的介紹6. 對(duì)NS3中添加802.11n模塊的后繼研究7結(jié)論致謝參考文獻(xiàn)1.前 言Ad hoc網(wǎng)絡(luò)，自組織對(duì)等式多跳移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)稱。我們經(jīng)常提及的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)一般都是有中心的，要基于預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施才能運(yùn)行。例如，蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)要有基站的支持；無(wú)線局域網(wǎng)一般也工作在有AP接入點(diǎn)和有線骨干網(wǎng)的模式下。但對(duì)于有些特殊場(chǎng)合來(lái)說(shuō)，有中心的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)并不能勝任。比如，戰(zhàn)場(chǎng)上部隊(duì)快速展開(kāi)和推進(jìn)，地震或水災(zāi)后的營(yíng)救等。這些場(chǎng)合的通信不能依賴于任何預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，而需要一種能夠臨時(shí)快速自動(dòng)組網(wǎng)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。Ad hoc網(wǎng)絡(luò)可以滿足這樣的要求。鑒于如此Ad hoc網(wǎng)絡(luò)如此特殊以及重要的作用，對(duì)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的研究顯得非常重要，對(duì)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的性能分析，如：如哪一種IEEE的標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定性最好，哪一種的速度最快，如何去選擇，這將直接影響戰(zhàn)場(chǎng)上戰(zhàn)事的通信以及救援工作的能否迅速開(kāi)展。目前國(guó)內(nèi)外都已經(jīng)開(kāi)展了很多關(guān)于Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)研究，但對(duì)于Ad hoc的MAC層上的研究，特別是802.11b跟802.11g的性能對(duì)比，比較少。本文通過(guò)使用仿真軟件Network Simulator 2對(duì)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)MAC層面上的802.11,802.11b以及802.11g標(biāo)準(zhǔn)的仿真，得出端對(duì)端延時(shí)，節(jié)點(diǎn)吞吐量以及網(wǎng)絡(luò)丟包率這些標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際效能的性能對(duì)比，為以后Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的搭建以及選擇提供參?！?】2.802.11協(xié)議以及NS2仿真軟件介紹2.1 802.11協(xié)議802.11是IEEE最初制定的一個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，主要用于解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中，用戶與用戶終端無(wú)線接入，業(yè)務(wù)主要限于數(shù)據(jù)存取，速率最高卻只能達(dá)到2Mbps。目前，3Com等公司都有基于該標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線網(wǎng)卡。由于802.11在速率和傳輸距離上都不能滿足人們的需要，為此，IEEE小組陸續(xù)推出了802.11b和802.11g兩個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)。三者之間技術(shù)上的主要差別在于MAC子層和物理層。 IEEE 802.11。其中定義了媒體訪問(wèn)控制層（MAC層）和物理層。物理層定義了工作在2.4GHz的ISM頻段上的兩種展頻作調(diào)頻方式和一種紅外傳輸?shù)姆绞?，總數(shù)據(jù)傳輸速率設(shè)計(jì)為2Mbit/s。兩個(gè)設(shè)備之間的通信可以設(shè)備到設(shè)備（ad hoc）的方式進(jìn)行，也可以在基站（Base Station, BS）或者訪問(wèn)點(diǎn)（Access Point，AP）的協(xié)調(diào)下進(jìn)行。為了在不同的通訊環(huán)境下取得良好的通訊質(zhì)量，采用CSMA/CA (Carrier Sense Multi Access/Collision Avoidance)硬件溝通方式。IEEE 802.11b是無(wú)線局域網(wǎng)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。其載波的頻率為2.4GHz，可提供1、2、5.5及11Mbit/s的多重傳送速度。2它有時(shí)也被錯(cuò)誤地標(biāo)為Wi-Fi。實(shí)際上Wi-Fi是Wi-Fi聯(lián)盟的一個(gè)商標(biāo)，該商標(biāo)僅保障使用該商標(biāo)的商品互相之間可以合作，與標(biāo)準(zhǔn)本身實(shí)際上沒(méi)有關(guān)系。來(lái)源請(qǐng)求在2.4-GHz的ISM頻段共有14個(gè)頻寬為22MHz的頻道可供使用。IEEE 802.11b的后繼標(biāo)準(zhǔn)是IEEE 802.11g，其傳送速度為54Mbit/s。IEEE 802.11g在2003年7月被通過(guò)。其載波的頻率為2.4GHz（跟802.11b相同），原始傳送速度為54Mbit/s，凈傳輸速度約為24.7Mbit/s（跟802.11a相同）。802.11g的設(shè)備向下與802.11b兼容。其后有些無(wú)線路由器廠商因應(yīng)市場(chǎng)需要而在IEEE 802.11g的標(biāo)準(zhǔn)上另行開(kāi)發(fā)新標(biāo)準(zhǔn)，并將理論傳輸速度提升至108Mbit/s或125Mbit/s?！尽?.2 NS2仿真軟件介紹NS2是指 Network Simulator version 2，NS（Network Simulator） 是一種針對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的源代碼公開(kāi)的、免費(fèi)的軟件模擬平臺(tái)，研究人員使用它可以很容易的進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開(kāi)發(fā)，而且發(fā)展到今天，它所包含的模塊幾乎涉及到了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的所有方面。所以，NS成了目前學(xué)術(shù)界廣泛使用的一種網(wǎng)絡(luò)模擬軟件。此外，NS也可作為一種輔助教學(xué)的工具，已被廣泛應(yīng)用在了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的教學(xué)方面。因此，目前在學(xué)術(shù)界和教育界，有大量的人正在使用或試圖使用NS。NS2（Network Simulator, version 2）是一種面向?qū)ο蟮木W(wǎng)絡(luò)仿真器，本質(zhì)上是一個(gè)離散事件模擬器。由UC Berkeley開(kāi)發(fā)而成。它本身有一個(gè)虛擬時(shí)鐘，所有的仿真都由離散事件驅(qū)動(dòng)的。目前NS2可以用于仿真各種不同的IP網(wǎng)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的一些仿真有：網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，比如TCP和UDP；業(yè)務(wù)源流量產(chǎn)生器，比如FTP, Telnet, Web CBR和VBR；路由隊(duì)列管理機(jī)制，比如Droptail , RED和CBQ；路由算法，比如Dijkstra等。NS2也為進(jìn)行局域網(wǎng)的仿真而實(shí)現(xiàn)了多播以及一些MAC 子層協(xié)議。NS2使用C+和Otcl作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。NS可以說(shuō)是Otcl的腳本解釋器，它包含仿真事件調(diào)度器、網(wǎng)絡(luò)組件對(duì)象庫(kù)以及網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模型庫(kù)等。事件調(diào)度器計(jì)算仿真時(shí)間，并且激活事件隊(duì)列中的當(dāng)前事件，執(zhí)行一些相關(guān)的事件，網(wǎng)絡(luò)組件通過(guò)傳遞分組來(lái)相互通信，但這并不耗費(fèi)仿真時(shí)間。所有需要花費(fèi)仿真時(shí)間來(lái)處理分組的網(wǎng)絡(luò)組件都必須要使用事件調(diào)度器。它先為這個(gè)分組發(fā)出一個(gè)事件，然后等待這個(gè)事件被調(diào)度回來(lái)之后，才能做下一步的處理工作。事件調(diào)度器的另一個(gè)用處就是計(jì)時(shí)。NS是用Otcl和C+編寫(xiě)的。由于效率的原因，NS將數(shù)據(jù)通道和控制通道的實(shí)現(xiàn)相分離。為了減少分組和事件的處理時(shí)間，事件調(diào)度器和數(shù)據(jù)通道上的基本網(wǎng)絡(luò)組件對(duì)象都使用C+寫(xiě)出并編譯的，這些對(duì)象通過(guò)映射對(duì)Otcl解釋器可見(jiàn)。3具體步驟31仿真原理在NS2軟件里面構(gòu)建一個(gè)有50個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，如下圖3.11所示： 圖3.11 節(jié)點(diǎn)拓?fù)鋱D對(duì)NS2進(jìn)行初始設(shè)置，何時(shí)開(kāi)始傳輸，何時(shí)結(jié)束，節(jié)點(diǎn)的傳送范圍，接收范圍，節(jié)點(diǎn)的配置，路由使用的協(xié)議，實(shí)體層、MAC層使用的標(biāo)準(zhǔn)等等。 開(kāi)始仿真，在其他參數(shù)相同的情況下，用NS2對(duì)MAC層的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)802.11、802.11b以及802.11g分別進(jìn)行仿真，用trace程序?qū)ζ浞抡鏀?shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的記錄，如下圖3.12 圖3.12 trace數(shù)據(jù)圖數(shù)據(jù)中包括了節(jié)點(diǎn)位置，執(zhí)行動(dòng)作，執(zhí)行時(shí)間，執(zhí)行的數(shù)據(jù)類型等等，為下一步數(shù)據(jù)分析做好準(zhǔn)備。改變參數(shù)，繼續(xù)仿真作對(duì)比，記錄數(shù)據(jù)。運(yùn)用gawk軟件，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算出端對(duì)端延、丟包、，吞吐量這三個(gè)我們想要的數(shù)據(jù)。32仿真代碼【3】proc getopt argc argv #讀取外部參數(shù)#global optlappend optlist nnfor set i 0 $i $argc incr i #循環(huán)程序#set opt($i) lindex $argv $igetopt $argc $argvset datarate $opt(0) #設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸速率#set end $opt(1) #設(shè)置仿真時(shí)間#set nodes $opt(2) #設(shè)置節(jié)點(diǎn)數(shù)#set val(chan) new Channel/WirelessChannel set val(prop) Propagation/TwoRayGround #設(shè)置無(wú)線電波模型# set val(netif) Phy/WirelessPhy #實(shí)體層使用WirelessPth模型#set val(mac) Mac/802_11 #MAC層使用802.11標(biāo)準(zhǔn)#set val(ifq) Queue/DropTail/PriQueue ;# interface queue type set val(ll) LLset val(ant) Antenna/OmniAntenna ;# antenna modelset val(ifqlen) 50 #網(wǎng)卡的佇(Queue)最多可容納50個(gè)封包#set val(nn) $nodesset val(rp) AODV #路由協(xié)議用AODV#set ns_ new Simulator #開(kāi)始主程序#puts random ns-random 0set tracefd open out.tr w #定義一個(gè)記錄檔#$ns_ trace-all $tracefdset fc open cwnd w #開(kāi)啟資料記錄檔#set nf open out.nam w #開(kāi)啟nam記錄檔#$ns_ namtrace-all-wireless $nf 1000 1000set topo new Topography #建立一個(gè)拓?fù)?000*1000公尺#$topo load_flatgrid 1000 1000set god_ create-god $val(nn)#設(shè)置無(wú)線網(wǎng)路的實(shí)體層參數(shù)#Phy/WirelessPhy set freq_ 2.4e+9 #在這里，把工作頻率設(shè)置成2.4G,Phy/WirelessPhy set RXThresh_ 1.74293e-08 傳送范圍為40公尺，感應(yīng)范圍為 Phy/WirelessPhy set CSThresh_ 3.44283e-09 90公尺。#Phy/WirelessPhy set Pt_ 0.28183815if $datarate = 2 puts FHSS (IEEE802.11) #802.11a的相關(guān)參數(shù)#Mac/802_11 set CWMin 31Mac/802_11 set CWMax 1023Mac/802_11 set SlotTime_ 0.000050Mac/802_11 set SIFS_ 0.000028Mac/802_11 set PreambleLength_ 0Mac/802_11 set PLCPHeaderLength_ 128Mac/802_11 set PLCPDataRate_ 1.0e6Mac/802_11 set dataRate_ 2.0e6Mac/802_11 set basicRate_ 1.0e6 ;# 1Mbps elseif $datarate = 11 puts DSSS (IEEE802.11b) #802.11b的相關(guān)參數(shù)#Mac/802_11 set CWMin_ 31Mac/802_11 set CWMax_ 1023Mac/802_11 set SlotTime_ 0.000020Mac/802_11 set SIFS_ 0.000010Mac/802_11 set PreambleLength_ 144Mac/802_11 set PLCPHeaderLength_ 48Mac/802_11 set PLCPDataRate_ 1.0e6Mac/802_11 set dataRate_ 11.0e6 #數(shù)據(jù)傳輸速率#Mac/802_11 set basicRate_ 1.0e6 elseif $datarate = 54 puts DSSS (IEEE802.11g) #802.11g的相關(guān)參數(shù)#Mac/802_11 set CWMin 31 Mac/802_11 set CWMax 1023Mac/802_11 set SlotTime_ 0.000009Mac/802_11 set SIFS_ 0.000010Mac/802_11 set PreambleLength_ 96Mac/802_11 set PLCPHeaderLength_ 40Mac/802_11 set PLCPDataRate_ 6.0e6Mac/802_11 set dataRate_ 54.0e6Mac/802_11 set basicRate_ 1.0e6 else puts Error datarate configuration.Mac/802_11 set RTSThreshold_ 0Mac/802_11 set ShortRetryLimit_ 7Mac/802_11 set LongRetryLimit_ 4$ns_ node-config -adhocRouting $val(rp) #設(shè)定node的相關(guān)參數(shù)#-llType $val(ll) -macType $val(mac) -ifqType $val(ifq) -ifqLen $val(ifqlen) -antType $val(ant) -propType $val(prop) -phyType $val(netif) -channel $val(chan) -topoInstance $topo -agentTrace OFF -routerTrace OFF -macTrace ON #開(kāi)啟MAC層的數(shù)據(jù)跟蹤 #-movementTrace OFFfor set i 0 $i 10 incr i #設(shè)定節(jié)點(diǎn)位置，沒(méi)個(gè)節(jié)點(diǎn)與相set node_($i) $ns_ node 鄰節(jié)點(diǎn)間的距離都是30公尺#$node_($i) random-motion 0 $node_($i) set X_ expr 30.0 * $i$node_($i) set Y_ 00.0$node_($i) set Z_ 00.0$ns_ initial_node_pos $node_($i) 15for set i 10 $i 20 incr i set node_($i) $ns_ node$node_($i) random-motion 0$node_($i) set X_ expr 30.0 * expr $i-10$node_($i) set Y_ 30.0$node_($i) set Z_ 00.0$ns_ initial_node_pos $node_($i) 15for set i 20 $i 30 incr i set node_($i) $ns_ node$node_($i) random-motion 0$node_($i) set X_ expr 30.0 * expr $i-20$node_($i) set Y_ 60.0$node_($i) set Z_ 00.0$ns_ initial_node_pos $node_($i) 15for set i 30 $i 40 incr i set node_($i) $ns_ node$node_($i) random-motion 0$node_($i) set X_ expr 30.0 * expr $i-30$node_($i) set Y_ 90.0$node_($i) set Z_ 00.0$ns_ initial_node_pos $node_($i) 15for set i 40 $i 50 incr i set node_($i) $ns_ node$node_($i) random-motion 0$node_($i) set X_ expr 30.0 * expr $i-40$node_($i) set Y_ 120.0$node_($i) set Z_ 00.0$ns_ initial_node_pos $node_($i) 15set tcp new Agent/TCP/Reno #設(shè)定傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流為TCP流#$tcp set packetSize_ 1440 #數(shù)據(jù)包大小#$tcp set window_ 64 #窗口大小#$tcp set maxburst_ 2 $tcp set fid_ 0set sink new Agent/TCPSink$sink set fid_ 0$ns_ attach-agent $node_(0) $tcp$ns_ attach-agent $node_(expr $nodes-1) $sink$ns_ connect $tcp $sinkset ftp new Application/FTP #使用FTP來(lái)產(chǎn)生TCP數(shù)據(jù)# $ftp attach-agent $tcp$ns_ at 0.0 $ftp startfor set i 0 $i $val(nn) incr i $ns_ at $end $node_($i) reset;# 在指定的時(shí)間$end執(zhí)stop這個(gè)副程式並結(jié)束資傳送 #$ns_ at $end stop; $ns_ haltproc stop global ns_ tracefd tcp sink datarate end tcpvset thr expr $tcp set ack_ * $tcp set packetSize_*8/$end/1000000.0puts format th = %.2f, util = %.2f $thr expr $thr/$datarate*100$ns_ flush-traceclose $tracefdputs Starting Simulation.$ns_ run #開(kāi)始仿真4 仿真結(jié)果及分析以下圖表4.1是用上面代碼仿真出來(lái)所得到的端到端延時(shí)（delay），丟包率（drop）還有吞吐量（thoughput）。下面每一項(xiàng)數(shù)據(jù)都是平均數(shù)，是多次仿真后計(jì)算出來(lái)的平均值。表4.1 性能參數(shù)對(duì)比（40尺）性能參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)端到端延時(shí)（delay）丟包率（drop）吞吐量（thoughput）802.110.1914s0.1302%800.8kb/s802.11b0.1138s0.0820%1123.4kb/s802.11g0.0511s0.0550%7628.6kb/s為了能更加清晰，直觀地觀察數(shù)據(jù)，下面附加數(shù)據(jù)圖4.1.1，圖4.1.1，圖4.1.3。其中端到端時(shí)延圖中橫軸是數(shù)據(jù)流的標(biāo)記號(hào)，縱軸是時(shí)間，單位是s。吞吐量圖中，橫軸是時(shí)間，單位是s，縱軸是吞吐量，單位是kb/s。 圖4.1 端到端延時(shí)對(duì)比圖 圖4.2 局部放大圖圖4.3 吞吐量對(duì)比圖從仿真結(jié)果可以清晰地看出，無(wú)論是端到端延時(shí)，還是丟包率，還是吞吐量，802.11g都有著明顯的優(yōu)勢(shì)：最小的延時(shí)時(shí)間，最低的丟包率以及最大的吞吐量。而802.11b的三個(gè)性能參數(shù)都處于中間位置，比802.11的好，但比不上802.11g。802.11三個(gè)性能參數(shù)都最差。從圖4.1.2中可以清晰看到，802.11的端到端時(shí)延的分布明顯在802.11b以及802.11g的上面，且波動(dòng)大，反映出了802.11的平均時(shí)延大且收發(fā)端不穩(wěn)定，時(shí)延的方差大。相對(duì)于802.11,802.11b跟802.11g的波動(dòng)較小，時(shí)延也明顯要低。從圖4.1.3中可以看出，802.11跟802.11b的吞吐量對(duì)比不是很明顯，而實(shí)際數(shù)據(jù)也顯示，802.11b只比802.11增加大概300kb/s的吞吐量，性能提升不算明顯。而802.11g的吞吐量明顯比另外兩個(gè)高，達(dá)到7628.6kb/s，性能提高很明顯。下面改變一下參數(shù)，拓?fù)鋱D不變，再次對(duì)比性能參數(shù)。上面參數(shù)是在發(fā)射范圍為40尺的情況下設(shè)置的，現(xiàn)在把發(fā)射范圍改為默認(rèn)的250尺，然后再測(cè)一次參數(shù)如下表4.2所示：表4.2性能對(duì)比（250尺）性能參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)端到端延時(shí)（delay丟包率（drop）吞吐量（thoughput）802.110.16780.07861069kb/s802.11b0.06410.07501759kb/s802.11g0.030750.03769866kb/s為了更清晰，更直觀地觀察數(shù)據(jù)，下面附加數(shù)據(jù)的端到端時(shí)延圖4.3以及數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)的吞吐量圖4.4。圖4.4 端到端時(shí)延對(duì)比圖（250尺）圖4.5 吞吐量對(duì)比圖 （250尺）從仿真結(jié)果可以看出，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的三項(xiàng)參數(shù)性能都有了提高：更低的丟包率，更少的端到端時(shí)延以及更大的吞吐量。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)拓?fù)淙缦聢D4.3 圖4.6 拓?fù)鋱D上一組數(shù)據(jù)用的傳輸范圍是40尺，確保了每一個(gè)節(jié)點(diǎn)只能與相鄰的上下或者左右的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸（因?yàn)楣?jié)點(diǎn)之間距離為30尺），所以由0號(hào)節(jié)點(diǎn)傳送到49號(hào)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)最少要經(jīng)過(guò)13跳才能到達(dá)。當(dāng)把傳輸范圍設(shè)成250尺之后，節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，有了更多的選擇，可以對(duì)角線的傳輸（例如：0號(hào)節(jié)點(diǎn)直接發(fā)送數(shù)據(jù)給11號(hào)節(jié)點(diǎn)），從而減少了路由跳數(shù)，數(shù)據(jù)被節(jié)點(diǎn)處理的時(shí)間也相應(yīng)減少，所以端到端的數(shù)據(jù)時(shí)延明顯減少，這種情況在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)相距越遠(yuǎn)的情況下，結(jié)果更加明顯。同一組要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)經(jīng)過(guò)的節(jié)點(diǎn)少了，被處理的次數(shù)降低了，同時(shí)因?yàn)楣?jié)點(diǎn)選擇下一跳的節(jié)點(diǎn)選擇感多了，節(jié)點(diǎn)有更多的選擇去選最好的下一跳節(jié)點(diǎn)，所以丟包的可能性也降低了。伴隨著時(shí)延減少，且丟包率也減少，所以單位時(shí)間傳輸以及接收的有效數(shù)據(jù)也相應(yīng)增加了，所以吞吐量隨之而加大。我們從表中可以發(fā)現(xiàn)，雖然參數(shù)改變了，但是三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的性能對(duì)比相對(duì)差距并沒(méi)改變，802.11g依然在3個(gè)性能方面都有著絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，802.11的性能對(duì)比依然最差。之前的性能對(duì)比是在節(jié)點(diǎn)不動(dòng)而且均勻有序的排列下測(cè)出的，但現(xiàn)實(shí)中的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)不可能出現(xiàn)如此整齊的排列，為了更加貼近實(shí)際，我們對(duì)隨機(jī)拓?fù)溥M(jìn)行了仿真，下面是對(duì)一個(gè)隨機(jī)的50個(gè)節(jié)點(diǎn)的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。由于隨機(jī)拓?fù)涞碾S機(jī)性，我選取了一個(gè)性對(duì)分布的拓?fù)?，以便更好的測(cè)出性能參數(shù)。圖4.7 隨機(jī)拓?fù)洌?50尺）表4.2性能對(duì)比（隨機(jī)拓?fù)?250尺）性能參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)端到端延時(shí)（delay丟包率（drop）吞吐量（thoughput）802.110.07800.051487799kb/s802.11b0.03630.0467221408kb/s802.11g0.011230.02901154052kb/s上表的結(jié)果顯示了三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，802.11g依舊性能最優(yōu)越：延時(shí)最少，丟包率最低以及吞吐量最大。但是由于Ad hoc網(wǎng)絡(luò)隨意性的關(guān)系，還有選取節(jié)點(diǎn)的主觀性，上表反映出來(lái)的性能參數(shù)很大一部分取決于節(jié)點(diǎn)的分布，如節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的距離，節(jié)點(diǎn)附近其他節(jié)點(diǎn)的密集程度，所以上表的結(jié)果只是相對(duì)的一個(gè)結(jié)果，只能用作參考，實(shí)際效果要視實(shí)際節(jié)點(diǎn)分布以及選取的節(jié)點(diǎn)而定，有可能會(huì)相差很遠(yuǎn)。接下來(lái)通過(guò)在應(yīng)用層上得到的實(shí)際效能（goodput），以此反映出三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)體層的性能對(duì)比。計(jì)算方法如下： ACK號(hào)碼 封包大小 8 bit / TCP連線的執(zhí)行時(shí)間。先對(duì)比2個(gè)節(jié)點(diǎn)的1對(duì)1傳送模式的實(shí)際效能，仿真結(jié)果如下表4.4所示：表4.3實(shí)體層實(shí)際效能對(duì)比（2節(jié)點(diǎn)）性能標(biāo)準(zhǔn)實(shí)體層頻寬Goodput(Mbps)Achieved(%)802.112Mbps1.2361.58802.11b11Mbps3,3530.47802.11g54Mbps9.3817.38從仿真結(jié)果可以看出，雖然802.11可以提供高速的資料傳送服務(wù)，但是無(wú)線環(huán)境的特性和802.1無(wú)線網(wǎng)路的訊號(hào)交換方式使得TCP所能達(dá)到的實(shí)際效能和802.11規(guī)格中所訂定的傳輸率有很大的差，這種情形在通道的傳送品質(zhì)佳 (例如有傳送所悟發(fā)生) 時(shí)會(huì)變得更為嚴(yán)重。802.11g雖然有著最好的實(shí)際效能，但實(shí)際效能只有規(guī)定頻寬的17.38%，是3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中最低的一個(gè)。【4】表4.4實(shí)體層實(shí)際效能對(duì)比（50節(jié)點(diǎn)）性能標(biāo)準(zhǔn)實(shí)體層頻寬Goodput(Mbps)Achieved(%)802.112Mbps0.031.49802.11b11Mbps0.181.63802.11g54Mbps0.290.54從表格可以看住，當(dāng)節(jié)點(diǎn)為50時(shí)，實(shí)際效能實(shí)際效能下滑了很多其中802.11下滑的比率最大，而802.11b跟802.11g的實(shí)際效能相差已經(jīng)不大了。這主要是因?yàn)楣?jié)點(diǎn)增多后，相互間的無(wú)線干擾增大，而且跳數(shù)多了，使得tcp包傳輸?shù)臅r(shí)間加長(zhǎng)，都使得實(shí)際效能下降很多。802.11b相對(duì)802.11的性能提升，不僅因?yàn)?02.11b使用了更高的11Mbit/s的傳輸速率，而且802.11b引進(jìn)了CSMA/CA(載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突避免)技術(shù)和RTS/CTS(請(qǐng)求發(fā)送/清除發(fā)送)技術(shù)，從而避免了網(wǎng)絡(luò)中沖突的發(fā)生，可以提高網(wǎng)絡(luò)效率，使丟包率跟延時(shí)都明顯降低了。而 802.11g因?yàn)槭褂昧酥毙蛄袛U(kuò)頻調(diào)制技術(shù)(DSSS:Direct Sequence Spread Spectrum)及補(bǔ)碼鍵控(CCK：Complementary Code Keying)技術(shù)、包二進(jìn)制卷積(PBCC：Packet Binary Convolutional Code)和正交頻分復(fù)用技術(shù)（OFDM：Orthogonal Frequency Division Mustiplexing）等多項(xiàng)新技術(shù)，并且最大傳輸速率也提高到了54Mbit/s，無(wú)論是傳輸效率還是傳輸速度，都有了大幅的提升。上面的仿真結(jié)果中，都沒(méi)有考慮到自然因素的干擾以及人為的干擾，而在實(shí)際應(yīng)用中，這些都是是不能忽略的因素，可以肯定，在實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)橛凶匀灰蛩氐母蓴_，所得到的性能會(huì)比仿真的結(jié)果還要差一些。5.關(guān)于NS3以及802.11n5.1關(guān)于NS3的介紹以及開(kāi)發(fā)NS-3并不是NS-2的擴(kuò)展，而是一個(gè)全新的模擬器。雖然二者都由C+編寫(xiě)的，但是NS-3并不支持NS-2的API，而是一個(gè)全新的模擬器。NS-2的一些模塊已經(jīng)被移植到了NS-3。NS3和NS2最明顯的變化是腳本語(yǔ)言選擇。NS2使用OTcl腳本語(yǔ)言，仿真的結(jié)果可以利用網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫(huà)仿真器nam（Network Animator nam）來(lái)演示。在NS2中，僅僅使用C+語(yǔ)言而不使用OTcl語(yǔ)言，運(yùn)行仿真是不可能的(例如，在main()函數(shù)中沒(méi)有任何OTcl語(yǔ)言)。另外，NS2的許多模塊由C+編寫(xiě)，還有一部分是用OTcl語(yǔ)言編寫(xiě)。而在NS3中，模擬器全部是由C+編寫(xiě)，僅僅帶有選擇性的Python語(yǔ)言綁定。因此，在NS3中仿真腳本可以由C+或者Python語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)。許多仿真結(jié)果可以通過(guò)nam來(lái)演示，但是新的動(dòng)畫(huà)演示器也正在開(kāi)發(fā)之中。由于NS3可以生成pcap包trace文件，也可以用其他工具通過(guò)trace文件來(lái)分析仿真過(guò)程。5現(xiàn)階段NS3還處于開(kāi)發(fā)與完善階段，同時(shí)也移植了NS2中的很多模塊過(guò)去，可以說(shuō)已經(jīng)擁有了NS2的大部分的功能。而有很多的功能模塊也在開(kāi)發(fā)當(dāng)中，如：802.11n,標(biāo)準(zhǔn)、LTE技術(shù)、IPv6、TCP Vegas等等。由于NS2的開(kāi)發(fā)進(jìn)度嚴(yán)重滯后，而NS3已在快速的完善以及升級(jí)當(dāng)中，可以預(yù)測(cè)，不久的將來(lái)，NS3將取代NS2，成為網(wǎng)絡(luò)仿真軟件中的佼佼者。5.2關(guān)于802.11n的介紹在當(dāng)今各種無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)交織的戰(zhàn)國(guó)時(shí)代，WLAN、藍(lán)牙、HomeRF、UWB等競(jìng)相綻放，但I(xiàn)EEE802.11系列的WLAN是應(yīng)用最廣泛的。自從1997年IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施以來(lái)，先后有802.11b、802.11a、802.11g、802.11e、802.11f、 802.11h、802.11i、802.11j等標(biāo)準(zhǔn)制定或者醞釀，但是WLAN依然面臨帶寬不足、漫游不方便、網(wǎng)管不強(qiáng)大、系統(tǒng)不安全和沒(méi)有殺手級(jí)的應(yīng)用等。就像當(dāng)今VoIP應(yīng)用中一個(gè)全新的領(lǐng)域VoWLAN那樣，雖被業(yè)內(nèi)人士看作是WLAN最有希望的殺手級(jí)應(yīng)用，卻因?yàn)檫@四個(gè)“不”，很難進(jìn)一步發(fā)展。于是，802.11n應(yīng)運(yùn)而生。在傳輸速率方面，802.11n可以將WLAN的傳輸速率由目前802.11a及802.11g提供的54Mbps，提供到300Mbps甚至高達(dá)600Mbps。得益于將MIMO（多入多出）與OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)相結(jié)合而應(yīng)用的MIMO OFDM技術(shù)，提高了無(wú)線傳輸質(zhì)量，也使傳輸速率得到極大提升。 在覆蓋范圍方面，802.11n采用智能天線技術(shù)，通過(guò)多組獨(dú)立天線組成的天線陣列，可以動(dòng)態(tài)調(diào)整波束，保證讓W(xué)LAN用戶接收到穩(wěn)定的信號(hào)，并可以減少其它信號(hào)的干擾。因此其覆蓋范圍可以擴(kuò)大到好幾平方公里，使WLAN移動(dòng)性極大提高。 在兼容性方面，802.11n采用了一種軟件無(wú)線電技術(shù)，它是一個(gè)完全可編程的硬件平臺(tái)，使得不同系統(tǒng)的基站和終端都可以通過(guò)這一平臺(tái)的不同軟件實(shí)現(xiàn)互通和兼容，這使得WLAN的兼容性得到極大改善。這意味著WLAN將不但能實(shí)現(xiàn)802.11n向前后兼容，而且可以實(shí)現(xiàn)WLAN與無(wú)線廣域網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，比如3G。目前，802.11n已被廣泛運(yùn)用，包括DLink，Airgo、Bermai、Broadcom以及杰爾系統(tǒng)、Atheros、思科、Intel等等，產(chǎn)品包括無(wú)線網(wǎng)卡、無(wú)線路由器等，而且已經(jīng)大量在PC、筆記本電腦中應(yīng)用?！?】6.結(jié)論通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，我們可以看出，無(wú)論是在小范圍傳輸還是大范圍傳輸網(wǎng)絡(luò)中，無(wú)論多節(jié)點(diǎn)還是少節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中，802.11g在端到端時(shí)延，丟包率還是吞吐量三項(xiàng)性能參數(shù)里面都表現(xiàn)都最優(yōu)秀，在應(yīng)用層上表現(xiàn)出的實(shí)際效能也是最來(lái)好的，毫無(wú)疑問(wèn)，802.11g在傳輸速度，穩(wěn)定性方面都要比802.11b以及802.11a要好。對(duì)比802.11g，802.11n有著更高的性能，但因?yàn)?02.11n的標(biāo)準(zhǔn)制定滯后，而且產(chǎn)品相對(duì)802.11g的要貴，所以現(xiàn)在使用最廣的依然是802.11g的產(chǎn)品。不過(guò)相信在不久的將來(lái)，隨著802.11n的產(chǎn)品的成熟以及價(jià)格的下降，802.11n講會(huì)主導(dǎo)市場(chǎng)。7.對(duì)NS3中添加802.11n模塊的后繼研究這次對(duì)802.11的標(biāo)準(zhǔn)的性能對(duì)比試驗(yàn)到此結(jié)束，但是對(duì)802.11性能的測(cè)試以及研究還沒(méi)結(jié)束。雖然這次我們測(cè)試了802.11，802.11b以及802.11g的性能，并對(duì)此進(jìn)行了研究以及分析，但是因?yàn)镹S2中本身缺少對(duì)802.11n的支持，使得這次研究并沒(méi)有對(duì)802.11n的性能進(jìn)行對(duì)比。而隨著使用802.11n的產(chǎn)品的大規(guī)模推廣跟普及，802.11n將會(huì)慢慢的取代使用之前標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，但我們對(duì)于802.11n實(shí)際性能了解的并不深入。而之前對(duì)于802.11n跟其他標(biāo)準(zhǔn)的性能對(duì)比的研究也是少之又少，這很大程度上影響了對(duì)802.11n產(chǎn)品的研發(fā)以及推廣。如此看來(lái)，盡快完善NS3中對(duì)802.11n模塊的研究顯得尤為重要。下面是我計(jì)劃于如何開(kāi)展和構(gòu)建NS3中802.11n模塊的研究。在NS3中，實(shí)現(xiàn)802.11n的如下特性：l 幀聚合：在802.11n的基本MAC協(xié)議中，為了確保各個(gè)站都能公平地取得煤質(zhì)使用機(jī)會(huì)并盡量避免沖突，使用了一系列控制機(jī)制。這些機(jī)制在提高系統(tǒng)性能的同時(shí)也帶來(lái)了固定的開(kāi)銷，而這些開(kāi)銷則限制了系統(tǒng)吞吐量的提高。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于MAC層，這些固定開(kāi)銷包括：MAC頭、各宗類型IFS,RTS/CTS,ACK、Backoff等。幀聚