The+introduction+of+NS2

2.LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy）协议：





LEACH协议分为两个阶段操作，即类准备阶段(set-up phase)和就绪阶段(ready phase)。为了使能耗最小化，就绪阶段持续的时间比类准备阶段长。类准备阶段和就 绪阶段所持续的时间总和称为一轮(round) 在类准备阶段，LEACH协议随机选择一个传感器节点作为类头节点(cluster head node)，随机性确保类头与基站之间数据传输的高能耗成本均匀地分摊到所有传感器 节点。 具体的选择办法是：一个传感器节点随机选择0和1之间的一个值，如果选定的值小于 某一个阈值T(n)，那么这个节点 成为类头节点。T(n)值按右边公式计算： N：网络中传感器节点的总数； p：一轮中网络的类头节点数；r：己完成的轮数； Gr：在剩余的N/k-r个回合中未成为类头节点的传感器节点组成的集合； 在类头节点选定后，该类头节点对网络中所有节点进行广播，广播数据包含有该节点 成为类头节点的信息。一旦传感器节点收到广播数据包，根据接收到的各个类头节点 广播信号强度，该节点选择信号强度最大的类头节点加入，向其发送成为其成员的数 据包。类形成后，类头节点采用TDMA策略分配通道使用权给类内节点。 一旦处于就绪阶段，类头节点开始接收类内各节点采集的数据，然后采用数据融合和 数据压缩等技术进行汇聚，将整合后的数据传输给Sink节点。在就绪阶段持续了一段 时间后，网络又进入了另一次的类准备阶段。

Otcl是Tcl的面向对象（Object Oriented）的扩展，在 Otcl中加入了类的概念。 对象是类的实例，它有自己的属性（成员变量，InstVar ）和自己的内部操作（成员函数，InstProc）。 对象具有继承、封装、多态性和动态绑定等性质。 面向对象机制的加入使得原始的Tcl变得更加强大，更加 方便使用。 实际上，Tcl和OTcl的关系就像C和C++ 。因此，所有的 Tcl命令都可以在OTcl中使用。
无线传感器网络仿真平台NS2
计算机应用技术 张道远
内容

NS2介绍 OTcl语言简介 NS2的实现机制和体系结构 利用NS2模拟流程和注意事项 NS2—协议仿真
NS2介绍


NS2是面向对象的，离散事件驱动的网络环境模拟器，开发于 UC Berkeley，它可以模拟各种IP网络环境。 NS2实现了对许多网络协议的模拟，如TCP，UDP，和数据源 发生器（traffic source)如FTP，WWW，Telnet，Web，CBR和 VBR等。 NS2模拟了路由队列的管理机制，如Drop Tail，RED和VBR， 实现了Dijkstra和其他的路由算法。 NS2也实现了Multicasting和一些应用于局域网模拟的在MAC层 的协议。 NS2采用分裂对象模型的开发机制，由C++和Otcl（加上面向对 象特性的TCL脚本程序设计语言，开发于MIT）两种程序设计语 言实现。
节点存活率

节点能量消耗

数据包发送量

NS2的部分类结构


分类器——classifier是Ns-2基本网络组件的一个大类。 它的基本派生类有地址分类器（AddrClassifier）和多播 分类器（McastClassifier）等。基于分类器的基本网络 组件具有1个或多个可能的数据输出路径，属于交换 （Switch）设备（对应来说，连接器Connector只有一个 数据的输出路径）。 拓扑结点（Node）是由一个结点入口对象和若干个分类 器（Classifier）组成的一个符合对象。



C++程序模块的运行速度非常快，是强制类型的程序设 计语言（变量严格定义整型，浮点型和字符、字符串类 型），容易实现精确的、复杂的算法，但是修改和发现 、修正bug所花费的时间要长一些。适合对具体协议的模 拟和实现，因为它需要很有效率的处理字节（Byte）， 报头（Packet Header）等信息，需要应用合适的算法在 大量的数据集合上进行操作。 Otcl是脚本程序编写语言，是无强制类型的，比较简单 ，容易实现和修改，容易发现和修正bug，虽然它的运行 速度和C++的模块相比要慢很多。许多网络中的研究工 作都围绕着网络组件和环境的具体参数的设置和改变而 进行的，需要在短时间内快速的开发和模拟出所需要的 网络环境（scenarios），并且方便修改和发现、修复程 序中的Bug。这种环境的配置只需要一次。
NS2的实现机制和体系结构
N S 仿 真 试 图
NS是一种面向对象Tcl(OTcl)语言脚本解释器，它有一个事件调度器、一个网络组件 库。换句话说，使用NS时需要使用OTcl语言编写脚本文件。 事件调度器:事件在NS中是一个具有唯一ID号的数据包、数据包被处理的时间及处 理它的主对象的总称。事件调度器跟踪仿真的时间并且根据预定时间安排队列中的 事件，激活当前时间对应的处理该事件的网络对象。事件调度器维护一个排序的数 据结构（缺省情况下ns使用链表），对事件有序地执行、释放，并激活事件处理对 象。


NS由C++和OTcl写成：其中C++语言实现各种网络组件，这是为了提高效 率；OTcl语言编写脚本文件来建立网络和运行仿真，这样是为了简单而快速 地进行网络环境的建立。 编译过的C++对象只要通过链接，创建一个与之匹配的OTcl对象就可在OTcl 解释器中使用。

OTcl与C++的类对应示意图
OTcl语言简介
Tk是Tcl在X Window环境下的扩展，它包含了Tcl的全部的C库函 数，以及支持X Window的窗口、控件等C库函数，为用户开发 图形用户界面提供了方便。 Tcl是解释执行的脚本语言。它的实现依赖于Tcl内部的C函数库 。添加新的C函数就可以扩充Tcl的命令和功能，是扩展性非常强 的脚本程序设计语言。 Tcl解释器把用户输入的命令和程序语句进行初步分析，然后调 用C函数库里的相应函数来执行，输出结果。 Tcl是无强制类型的脚本语言，一切变量，不论整型，浮点型等 ，都以字符串的形式存储。


连接器——Connector是NS2基本网络组件中的另一个大类。 它的基本派生类对象包括缓冲队列（Queue）、延迟 （Delay）、各种产生和处理数据包的代理（Agent）和对象 的跟踪器（Trace）。基于连接器的基本网络组件只有一个可 能数据输出的路径，和分类器有1个或多个可能的数据输出 路径（Switch）是不同的。 拓扑结点连接类（Link）是NS2中另一个主要的复合组件对 象。一个结点和另一个结点之间的简单连接（simplex-link） 是单向的。一个最基本的简单连接由一个连接入口、包缓冲 队列、延迟处理对象、废弃处理对象和时间处理对象（TTL ）组成。
NS2的总体系结构


NS2的目录结构
ns-2.34:存放C++代码的地方； ns-2.34\tcl:存放OTcl代码的地方； Ns-2.34\tcl\lib:存放与组件（agent, node, link, packet, address, routing ） 实现有关的OTcl代码；在此目录下，有以下几个文件：ns-lib.tcl: Simulator 类定义与成员函数实现，如 run，simplexlink，flush-trace等；ns-default.tcl ：各种网络组件配置的缺省值。 ns-2.34\tcl\ex, ns-2.34\tcl\test: 存放一些例子脚本文件和验证结果。
2. 注意事项
Start NS有 吗 ？
No
Yes
需要修改 吗？
网上呢？
C++实 现
添加
Yes
配置场景
修改
编译调试 测试分析
编译调试
Ye s
TE(Minimum Transmission Energy)协议：


在MTE协议中，节点选择离自己平面距离 最近的节点进行路由中转 当且仅当如下公式满足时，节点A将会选择 B转发自己的数据到节点C

两个节点间数据包通信的实例

如何从OTcl来操纵NS2的C++对象, 这包括: 动态创建一个新的C++对象, 访问这个C++对象的属性, 调用该C++对象的方法.
利用NS2模拟流程和注意事项
1. 流程 整个模拟流程主要有三部分工作量：一是修改源代码，二是 编写Tcl模拟脚本，三是分析结果。 源代码在需要修改的时候才修改，注意修改C++代码时候，要修 改相应的OTcl代码 需要用awk语言对结果进行分析，用gnuplot作图或者用nam生 成动画 Gawk gnuplot Trace文件 tcl 脚本 ns-2 Nam文件 nam
LEACH模型
3.LEACH-C协议： LEACH-C引入中心控制机制，保证簇头较优地分布于网络中，从而优化网 络性能。 LEACH-C 协议也分为簇的建立和数据传输阶段。在簇的建立阶段，所有节 点都将自己的位置与能量信息传送给基站。基站计算出所有节点能量的平 均值，只有能量大于平均值的节点才有资格成为簇头。然后基站利用模拟 退火算法划分簇，选出簇头节点。然后向所有节点广播簇头节点的ID 信息 ，各个节点根据接收的消息判断自己的身份。如果ID 与自己的ID 信息相同 ，则成为簇头；否则，则根据自己所在的簇决定自己的数据传输TDMA 时 隙，并进入“睡眠”状态，直到传输数据的时隙到来。数据传输阶段， LEACH-C 与LEACH 机制相同。
仿真后生成 x.data,x.alive,x.energy等文件（x对应的为协 议名称），分别对应的为各个协议的数据包传送个数， 节点生存情况和节点能量消耗，用awk语言编写程序， 提取数据进行分析 在Cygwin中用gnuplot 作出分析结果曲线