移动自组织网络三维动态仿真研究

杨佳

摘要：基于 Qual Net仿真软件设计并实现了移动自组织网络三维动态仿真，将机动性目标和地形矢量因素加入移动自组织网络仿真并拓展到三维空间， 给出了三维仿真的动态模型及其满足的普遍关系式。加载地理矢量地图，对节点进行建模并对网络的协议参数进行设置，通过对仿真结束产生的柱状图进行分析来评估网络性能。

关键词：移动自组织网络 QualNet 三维动态仿真 建模

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）07-0048-02

1 引言

移动自组织网络也称Mobile Ad Hoc Network（MANET）[1-2]，MANET 具有分布式、自组织等特征，不需要进行预先的网络规划就可以实现无线移动节点间的互联，近年在抢险救灾、战场通信、野外科考等领域广泛应用。但随着网络规模的增大、节点移动造成的网络拓扑快速变化、节点业务多样复杂化，网络性能评估预测成为新的难题。若采用全实物搭建网络进行网络评估、开发和设计，不仅耗费大，并且很难进行数据的收集统计和分析。因此，网络仿真成为网络规划和设计开发的手段。

2 QualNet网络仿真工具

QualNet是近年来兴起的一种仿真工具，是由美国SNT公司研制设计开发的网络模拟系统，由GloMosim升级。基于TCP/IP分层次模块封装建模，可以对各种网络设备组成的有线、无线或混合网络进行分析仿真。QualNet具有强大的3D可视化效果，节点协议模型库丰富，支持对各种专用网络的仿真（如传感网、WiFi、MANET、蜂窝移动网络和卫星网络），并提供半实物仿真接口。

2.1 QualNet功能介绍

QualNet主要功能有场景设计、动画演示、结果分析、报文跟踪等[3-4]。

（1）场景设计（Scenario Designer）。场景设计是通过图形化设置工具设定网络节点模型的位置、物理链路属性、网络层协议、各项应用业务以及传播地形等特征。

（2）动画演示（Animator）。动画演示是指用户设置仿真时间、速度和动态显示过滤器，通过可视动态窗口观察网络运行时中不同层的业务流以及网络节点的运行情况等动态数据。

（3）结果分析（Analyzer）。结果分析器是通过统计图表的形式把收集到的网络运行数据进行筛选显示展示，便于用户分层查看某个场景的结果并找出场景的问题所在。

（4）报文跟踪（Packet Tracer）。报文追踪是通过查看数据包经过各层协议栈时的封装变化的和在网络中各节点传递情况。

2.2 QualNet仿真流程

QualNet的网络仿真基本流程如图1所示。

3 仿真实例

本文通过QualNet网络仿真系统搭建一个加载高程地图信息的具有移动性的7节点AD Hoc无线网络，设定一对节点进行数据通信。设置节点之间的应用层业务参数、网络层路由协议、链路层协议和无线传播链路等参数，并运行仿真。观察7节点的位置变化情况，当通信节点间由于地形因素通视链路中断时的路由变化和业务流传输的路径变化情况，最后查看仿真结果并验证。

3.1 仿真场景设定

在QualNet场景编辑器中设定仿真场景：加载西经116.188～166°，北纬35.4494～35.6227°高程矢量地图。仿真场景中配置7个移动节点，组成一个子网，位置随机分布，红旗为每个节点的移动轨迹路线。

3.2 业务配置

CBR（Constant Bit Rate）就是静态（恒定）比特率，业务源流量产生器通过以一个固定速率传输同样大小的包来产生一个固定速率的业务流。

3.3 仿真参数

仿真场景中设定的协议参数如表1所示。

3.4 动态仿真过程

QualNet通过动画模拟的形式给用户实现了网络运行过程的动态可视化功能，可以设置节点位置、各个层次的过滤显示动画演示。动画演示和仿真可同步或加速运行，可以实时查看每个节点或事件在运行时的动画效果。

完成仿真各项设置后，开始运行仿真，获得如图2所示的不同网络状态的演示图。在场景中节点有两次移动，C）图中19号节点在第一次移动后关机，D）图中由于红色区域的地形地势较高且高低起伏而形成遮挡，源和目的节点不能和两节点直线上的中继节点搭建有效传输链路。

3.5 结果统计

设定的仿真时间结束后，在分析界面中选择想要查看的统计数据，QualNet仿真结果是以直方图的形式进行数据统计和分析包的。本文选取了节点平均时延和收到的广播包数量和节点平均时延和收到的广播包数量两个统计结果显示，如图3所示。

4 结语

本文详细介绍了QualNet的功能、优点，对QualNet的基本仿真流程的两种情况--对源码无操作和对源码有操作给出了仿真流程图。并通过QualNet网络仿真系统搭建了一个加载高程地图信息的具有移动性的7节点移动自组织网络，对加载相关协议的节点在由于地形因素对链路状态产生影响时的路由、业务流变化情况进行了仿真分析。

参考文献

[1]郭云芳.计算机仿真技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，1991.

[2]郭齐胜，董志明.战场环境仿真[M].北京：国防工业出版社，2005.

[3]薛丽敏，赵俊阁，华鸣.网络对抗战研究[J].舰船电子工程，2007，27（5）：121-124.

[4]谢希仁.计算机网络[M].北京：电子工业出版社，2003.