隐藏节点和暴露节点

计算机学院专业实习小组报告

专业名称 网络工程

实习题目 基于NS2的无线自组织网络

协议仿真

计算机学院网络工程实习报告

2014年5月18日

目 录

摘 要 .................................................................................................................................................. 1 关键词 .................................................................................................................................................. 2 第一章 网络问题的理解............................................................................................................... 2 1.1 隐藏节点和暴露节点 .............................................................................................................. 2 1.1.1 隐藏节点 ............................................................................................................................ 2 1.1.2 暴露节点 ............................................................................................................................ 3 1.1.3 暴露节点和隐藏节点产生的原因及影响 ........................................................................ 4 1.1.4 解决办法 ............................................................................................................................ 4 1.2 RTS/CTS握手机制 ................................................................................................................. 5 1.2.1 浅析RTS/CTS ................................................................................................................... 5 1.2.2 RTS/CTS如何降低冲突 ................................................................................................... 5 1.2.3 RTS/CTS的退避算法 ....................................................................................................... 6 1.3 NS2中相关问题分析 .............................................................................................................. 7 1.3.1 NS2模拟的基本过程 ........................................................................................................ 7 1.3.2 无线传输模型 .................................................................................................................... 8 1.3.3 门限 .................................................................................................................................... 9 1.3.4 无线节点通信范围的设置 ................................................................................................ 9 第二章 网络环境的建立与配置 .................................................................................................... 10 2.1 NS2软件的安装与配置 ........................................................................................................... 10 2.1.1 软件安装 .......................................................................................................................... 10 2.1.2 相关配置 .......................................................................................................................... 11 2.1.3 出现的错误分析 .............................................................................................................. 11 2.2 隐藏节点仿真场景 .................................................................................................................. 13 2.2.1 网络拓扑结构 .................................................................................................................. 13 2.2.2 模拟仿真Tcl脚本 ........................................................................................................... 13 2.2.3 参数的设置 ...................................................................................................................... 16 2.3 暴露节点仿真场景 .................................................................................................................. 17 2.2.1 网络拓扑结构 .................................................................................................................. 17 2.3.2 模拟仿真Tcl脚本 ........................................................................................................... 18 2.3.3 参数设置 .......................................................................................................................... 20

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第三章 网络模拟运行 .................................................................................................................... 22 3.1 隐藏节点的模拟 ...................................................................................................................... 22 3.1.1 Trace文件 ........................................................................................................................ 22 3.1.2 Nam文件 ......................................................................................................................... 24 3.2 暴露节点的模拟 ...................................................................................................................... 26 3.2.1 Trace文件 ........................................................................................................................ 26 3.2.2 Nam文件 ......................................................................................................................... 27 第四章 网络性能仿真与分析 ........................................................................................................ 28 4.1 Gawk语言简介 ..................................................................................................................... 28 4.1.1 gawk处理文档的过程 .................................................................................................... 28 4.2 gnuplot绘图 ........................................................................................................................... 29 4.3 性能参数分析模型 ................................................................................................................ 30 4.3.1 传输延时 .......................................................................................................................... 30 4.3.2 时延抖动 .......................................................................................................................... 30 4.3.3 丢包率 .............................................................................................................................. 30 4.3.4 吞吐量 .............................................................................................................................. 30 4.4 丢包率计算 ............................................................................................................................ 31 4.4.1 NS2中网络丢包因素简介 .............................................................................................. 31 4.4.2 隐藏节点 .......................................................................................................................... 32 4.4.3 暴露节点 .......................................................................................................................... 35 4.5 吞吐率计算 ............................................................................................................................ 37 4.5.1 隐藏节点 .......................................................................................................................... 37 4.5.2 暴露节点 .......................................................................................................................... 40 结语 .................................................................................................................................................... 42

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摘 要

网络协议的开发和完善需要进行许多验证和与性能相关的测试，在很多情况下这些工作是不可能都在实际的硬件系统上完成的，往往受限于资源、经费、技术条件和场地等因素的影响，使得我们难以在实际的网络系统中完成验证和测试工作，这时需要在虚拟的环境中进行模拟仿真。本次实习是基于网络模拟软件NS2（Network Simulator）的无线自组织网络协议的仿真，针对在无线自组织网络(Ad--Hoc)中存在的的隐藏节点与暴露节点问题，我们利用NS2在虚拟的环境中进行模拟仿真，加深对于CSMA/CA（载波侦听多路访问冲突避免）中RTS/CTS的机制解决无线网络传输中的冲突问题的理解。

在NS2模拟环境下，我们学习了NS2中无线传输模型和门限的观念，在此基础上，通过分别编写无线网络环境中的隐藏节点、暴露节点有无RTS/CTS机制的的Tcl脚本语言，利用NS命令生成相应的Trace(跟踪文件)与Nam（动画演示文件），并通过Gawk程序语言对所有的trace文件进行有关吞吐量、丢包率、时延、抖动等性能参数的分析与研究，为了简化数据的分析，综合利用交互式绘图软件Gnuplot，将庞杂的数据资料转换成直观的图形，从而得出加入RTS/CTS对于解决无线网络传输中的数据包冲突问题的优势。

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关键词

NS2 网络仿真 隐藏/暴露节点 传输模型 RTS/CTS 吞吐率 丢包率

第一章 网络问题的理解

针对题目要求，我们做了以下几个方面的知识的学习，设计无线网路的结构、参数设置、策略等方面。

1.1 隐藏节点和暴露节点

1.1.1 隐藏节点

隐藏节点（如图1.1）是指在接收接点的覆盖范围内而在发送节点的覆盖范围外的节点。具体来说即在无线网络中，A节点可以被B节点看到，但是却不能被与B节点通信的C节点看到，那么A节点对于C节点来说就是一个隐藏节点。隐藏终端由于听不到发送节点的发送而可能向相同的接收节点发送分组，导致分组在接收节点处冲突。冲突后发送节点要重传冲突的分组，这降低了信道的利用率。

图1.1 隐藏节点图示

隐藏终端又可以分为隐发送终端和隐接收终端两种。在单信道条件下，隐发送终端通在发送数据报文前的控制报文握手来解决。但是隐接收终端问题在单信道

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