基于qualnet的移动自组网半实物仿真

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1、http://www.paper.edu.cn基于QualNet的移动自组网∗半实物仿真11刘珩安建平1北京理工大学电子工程系，（100081）Email:lhengzzt@bit.edu.cn摘要：移动自组织网(MANET:MobileAdhocNetwork)的研究者通常利用计算机仿真和实验床（testbed）来进行研究。这里提出了一种采用半实物仿真(HILS:HardwareintheLoopSimulation)来研究MANET重构特性的方法。通过半实物仿真可以提高仿真的精度，加速从设计到实现的进程。HILS系统包括实物节点、仿真节点，由QualeNet作

2、为仿真引擎建立MANET仿真环境。基于该仿真框架分析了MANET重路由实现过程中的问题和改进措施。关键词：半实物仿真；移动自组织网；网络重构1引言系统研究常常采用建模与仿真（Modeling&Simulation）。半实物仿真是指是将一部分实物接在仿真试验回路中用计算机和物理效应设备实现系统模型的仿真。这种方法常常用于制造业和训练系统，如汽车动力学测试、战斗机飞行员训练等等。多跳的移动自组织网(MANET)可以随时随地构建而不需要事先存在的互联网和基础设施，在军事和民用领域的应用包括战场通信、临时会议、嵌入式传感器网络等等。近年来关于MANET的研究发展迅速。我们

3、的工作采用了半实物仿真系统加速MANET的研究与开发。2研究MANET的方法计算机仿真和建立实验床是目前研究MANET常见的方法，借助网络仿真软件如GloMoSim、NS2、OPNET等可以建立MANET系统仿真模型，其是在路由协议和MAC算法的研究方面。关[1]于MANET的标准化文档RFC2501也列举了一些性能分析的定性和定量指标。[2]在建立实验床方面，CMU的Maltz等人的实验中，室外测试了五个移动节点、两个静止节点组成Adhoc网络，移动节点使用载有IBMThinkpad560X笔记本电脑的汽车，900MHz的朗讯WaveLAN-I无线设备，使用CS

4、MA/CAMAC协议。固定节点位于整个网络的两端，[3]可以方便地用于测试网络直径的连接性。天津大学金志刚等的实验中，实验床由网络业务生成器、基站系统、测量系统、基于Linux的软件路由器和移动节点五部分组成。由于是在实验室内的小空间实现移动网络，有两个问题需要解决。一个问题是，由于无线网卡的设计作用范围是几百米,很难实现AdHoc网络多跳的路由环境；另一个问题是传输信号的多径[4]干扰使得路由不稳定。他们借鉴了JamesT.Kaba等提出的方法，使用射频电缆将无线网∗本课题获得北京市自然科学基金资助（4052024）http://www.paper.edu.cn

5、卡连接起来，并通过使用分配器和可调节的衰减器来解决上面的问题，还采用了人为软件调整网卡输出功率的方法实现了小空间的移动AdHoc实验床，并测试了按需组播路由协议[5]ODMRP。其他的实验床还有APE（AdhocProtocolEvaluation）实验床。计算机仿真的优点显而易见，系统由严格的数学模型、图形方式或计算计程序来表示，无需采用实际系统的任何部件，是纯软件系统。但由于人的决策过程是系统中不可缺少的环节，应用数学或计算机程序难以成功地模仿这一环节，故有其局限性。目前不少人试图采用人工智能(AI)等技术来改善这一环节的仿真质量，但迄今尚未成熟。该仿真模式抽

6、象程度最高，仿真费用最省，所花时间最短，做各种变量控制试验亦最简便，但存在仿真结果可信度的问题。目前的实验床规模一般较小，存在扩展性问题。我们设计了一种半实物仿真（HardwareintheLoopSimulation）系统，这种既有计算机仿真，又根据研究的角度加入了实物设备的混合仿真系统，可以克服纯数字仿真和小规模实验床的缺点，使得研究更方便和全面。3HILS系统结构的设计首先，对于半实物仿真系统结构设计有如下考虑：z分布式操作：系统的实物部分和虚拟部分通过分布式仿真引擎连接，信息在应用程序、物理设备、协议执行单元以及相应的仿真组件之间交互。z多粒度仿真：网络仿

7、真工具对于物理和信道模型作了一定的抽象，半实物仿真系统将综合链路级的仿真软件和信道模拟器来提高在物理层的仿真粒度。z可扩展的接口：设计可扩展的系统结构，以便于将来综合其他的网络和相关技术。目前的半实物仿真系统实现了实际设备的真实业务流进出仿真网络。系统的结构如图1所示：交换机/hubHostAHostB10.1.8.6810.1.8.166仿真计算机10.1.8.183图1半实物仿真系统的物理连接系统包括：[6]z仿真平台：采用了QualNet网络仿真软件http://www.paper.edu.cnz实物节点：包括实物终端设备（如电台、数/话终端设备等）和实物网

8、络设备（如