基于omnet++无线网络跨层协议栈的实现

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1、万方数据第22卷第3期空军雷达学院学报V01．22No．32008年9月JoumalofAirForceRadarAcademySep．2008文章编号：1673．8691(2008)03-0207-04基于OMNeT++无线网络跨层协议栈的实现陈芳信，李光明(空军雷达学院信息与指挥自动化系，武汉430019)摘要：为实现无线网络协议栈的跨层设计，分析了软件平台OMNeH斗中的MFW插件，研究了MFW组件实现跨层信息的交互订阅／发布机制，并通过该机制提出了协议栈跨层设计的建模方法．关键词：OMNeT++；跨

2、层协议栈；订阅／发布中图分类号：TP393文献标识码：A无线网络通信具有网络拓扑结构变化大，信号衰落速度快，噪声和多径干扰强等特点，以互联网为基础的分层通信协议构架无法适应其快速时变的工作环境．为了解决这个问题，人们提出了跨层设计机制【1】，即通过在协议栈的各层之间传递特定的信息来协调协议栈各层之间的工作过程，对网络性能进行整体优化．网络仿真法是研究无线网络跨层协议栈的重要方法之一．网络协议层运行机制极其复杂，其建模和仿真必须在网络仿真平台中进行．OMNeT++是一个面向对象的模块化离散事件跨平台开源仿真工

3、具，主要用于网络通信、协议、多重处理机以及分布式处理系统的模拟和评估复杂软件系统性能【2J．同NS2，OPNET和GloMosim等网络仿真平台相比口，4J，它是一个集编程、调试、输出结果和跟踪于一体的可视化面向对象的离散事件模拟器；具有较强的运行环境适应性和可移植性；运行速度快、效率高；仿真内核可以嵌入到其他系统中，其用户接口部分也可扩展或替换，便于形成具有自主知识产权的网络仿真平台或开发环境．因此，选择OMNeT++来构建功能完善的无线网络跨层协议栈仿真平台具有巨大的潜力．OMNeT++网络仿真平台主要

4、面向OSI模型，其本身没有实现协议栈跨层访问的机制，而OMNeT++在MFW(MobilityFrameworkforO删eT．H)项目中采取了订阅／发布的方式实现跨层信息的交互机制【5J，MFW是OMNeT++中基于无线移动网络仿真的模块化插件，成为开发跨层设计协议栈的理想工具，本文着重分析MFW组件系统的工作原理与实现方法．1MFW组件的组成与实现MFW系统建立了移动通信节点模型的框架，该框架具有一定的独立性、可扩展性和可测性．它由3个模块组成：①移动管理框架；②移动主机节点；③为无线网络协议栈仿真模型

5、提供跨层设计策略．1．1移动管理框架移动管理框架模块的作用是实现移动网络中节点的移动管理和连接管理．其中，节点的连接管理采用的是集中式处理方法，而节点的移动管理则采取分布式处理方式．移动管理框架的核心是信道控制模块，它动态地实现节点之间连接的建立与撤销，其依据是节点之间的距离及其物理特性．在每一节点中，移动性由独立的移动控制子模块所控制．信道控制模块实现运动节点的建立和撤销通信信道的连接．为清晰地确定节点连接，必须设定每个节点的连接门限值，对于玎个节点，其门限数为4矿．而仿真中存储器有效利用的方法是按需实现

6、门限的自动生成，为减轻计算量，门限数大批地被动态分配和释放．同时，更新节点的连接是一个开销巨大的算法．计算竹个节点每对连接距离的计算复杂度为D(矿)．节点的移动性管理采用面向对象技术来实现节点移动状态的本地封装和拥有独立的移动模式．为此，MFW为每一个节点定义一个移动控制器子模块来处理节点的移动性．该控制器按一定规律反复计算节点的位置并更新移动主节点模块，也负责把当前位置信息与信道控制模块进行通信，收稿日期：2008—03—08：修订日期：2008．05—24作者简介：陈芳信(1964一)，男。博士，主要从

7、事广义系统的鲁棒控制研究万方数据208空军雷达学院学报2008这种通信的方式采用函数调用功能来实现．移动模块负责节点的移动模型的实现．每个节点都拥有自己的移动模块，只要改变系统配置文件omnetpp．ini中的指定字符串值，就可以指派一个移动算法模型．目前OMNeT++中实现了5种移动算法模型：随机步移动模型、限制型随机步移动模型、随机点移动模型、随机方向移动模型和标准Markovian移动模型【6J．1．2移动主机节点结构与分层协议模型的数据交换图1表示了移动主机节点的主模块与其子模块之间的关系．在该主机

8、节点的结构中，应用层、传输层和网络层被定义为组合式模块，而网络层以下的模块则为多个网络接口，它们每一个模块表示主机节点的一个特定网络接口，分为无线网络接入接口和有线网络接入接口两大类．这些接口模块，特别是无线接口模块，必须与其它模块协同通信才能完成主机节点无线传输的仿真功能．为实现这些接口模块的即插即用，并允许用户独立使用白定义的模块，对于每层模块，有如下定义：(1)该模块提供的基本属性特征和某些特殊类别可能具有