基于不同節(jié)點移動模式的無線自組網(wǎng)路由協(xié)議性能分析

王娜

（西安郵電大學，西安710121）

0 引言

無線自組織網(wǎng)絡（Ad hoc）是一種不依賴任何已有的網(wǎng)絡基礎設施或集中的管理控制中心，由無線節(jié)點或移動終端自主構(gòu)成的通信網(wǎng)絡。相距較遠的主機需要通過其他主機的多跳轉(zhuǎn)發(fā)才能通信，因此網(wǎng)絡中的主機同時也作為路由器為其他主機轉(zhuǎn)發(fā)報文，即節(jié)點同時具有路由功能。網(wǎng)絡中，由于節(jié)點的任意移動將導致網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生變化，因此相應的路由協(xié)議中必須有能夠適應節(jié)點之間鏈路的不斷變化的要求。目前，開發(fā)針對無線自組網(wǎng)的路由協(xié)議成為目前無線自組網(wǎng)研究的熱點和難點之一。

1 無線自組網(wǎng)路由協(xié)議

現(xiàn)有的Ad hoc網(wǎng)絡路由協(xié)議可以分為表驅(qū)動路由協(xié)議和按需路由協(xié)議兩種。在表驅(qū)動路由協(xié)議中，節(jié)點需要維護到達目的網(wǎng)絡路由信息的路由表，節(jié)點發(fā)送報文時按照路由表中指示的下一跳地址對報文進行轉(zhuǎn)發(fā)。在按需路由協(xié)議中，通常不需要維護路由表，節(jié)點只在有需要時才啟動路由發(fā)現(xiàn)機制。本文研究三種典型的Ad hoc網(wǎng)絡路由協(xié)議：AODV、DSR和DSDV。其中DSDV屬于表驅(qū)動路由協(xié)議，AODV和DSR屬于按需路由協(xié)議。

2 無線自組網(wǎng)路由協(xié)議性能分析

2.1 仿真模型建立 仿真使用NS2網(wǎng)絡仿真軟件，節(jié)點數(shù)目為100，數(shù)據(jù)流為cbr流，仿真時間100s，發(fā)包速率為每秒10個封包，封包大小使用默認值。分別在節(jié)點靜止、節(jié)點緩慢移動（移動速率為5m/s）、節(jié)點快速移動（移動速率為15m/s）三種情況下比較三種路由協(xié)議的時延、抖動和吞吐量三個性能指標，并對結(jié)果進行分析。

2.2 節(jié)點靜止時路由協(xié)議性能分析 當節(jié)點在仿真時間內(nèi)均靜止時，AODV、DSDV和DSR三種路由協(xié)議的時延、抖動和吞吐量三個性能指標的比較圖如圖1所示。

由圖1可知，在所有網(wǎng)絡節(jié)點靜止的情況下，DSDV的平均延時明顯小于AODV和DSR。這是由于DSDV屬于表驅(qū)動路由協(xié)議，DSDV節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)包時可以直接查找路由表，從而顯著降低數(shù)據(jù)包的傳輸延時。在抖動方面，DSR最好，AODV的抖動比DSDV抖動的波動范圍小。在吞吐量方面，在仿真剛開始的一段時間內(nèi)，三種路由協(xié)議的吞吐量幾乎差不多，隨著時間的延長，AODV的吞吐量大于DSDV，DSDV的吞吐量大于DSR，主要原因是AODV在路由機制方面結(jié)合了DSDV和DSR的優(yōu)點，從而減少了網(wǎng)絡的開銷，提高了網(wǎng)絡的吞吐量。

2.3 節(jié)點緩慢移動時的路由協(xié)議性能分析 當節(jié)點在仿真時間內(nèi)緩慢移動時，AODV、DSDV和DSR三種路由協(xié)議的時延、抖動和吞吐量三個性能指標的比較圖如圖2所示。

由圖2可知，在節(jié)點緩慢移動的情況下，三種路由協(xié)議的時延相差不大，DSDV相對較好一些，AODV居中，DSR相對最差，主要原因是DSR是完全按需的路由協(xié)議。在抖動方面，同樣由于DSR的完全按需的路由機制，DSR的抖動相對與AODV和DSDV要平緩的多。對于表驅(qū)動的DSDV，節(jié)點的移動將導致網(wǎng)絡拓撲發(fā)生變化，此時DSDV需要頻繁重新計算路由表，因此會出現(xiàn)大幅抖動的情況。在吞吐量方面，隨著節(jié)點的移動，DSR表現(xiàn)出比較明顯的優(yōu)勢，它的吞吐量是三者中最大的，DSDV的吞吐量次之，AODV最小。

2.4 節(jié)點快速移動時的路由協(xié)議性能分析 當節(jié)點在仿真時間內(nèi)均靜止時，AODV、DSDV和DSR三種路由協(xié)議的時延、抖動和吞吐量三個性能指標的比較圖如圖3所示。

圖1 三種路由協(xié)議的時延、抖動、吞吐量比較

圖2 三種路由協(xié)議的時延、抖動、吞吐量比較

圖3 三種路由協(xié)議的時延、抖動、吞吐量比較

由圖3可知，在節(jié)點快速移動條件下，DSDV的平均時延比AODV和DSR的大的多，主要原因是由于節(jié)點的快速移動，導致網(wǎng)絡拓撲的頻繁變化，DSDV采用表驅(qū)動機制，加大了數(shù)據(jù)包的時延。而AODV和DSR是按需路由協(xié)議，能更好的適應網(wǎng)絡拓撲的頻繁變化。在抖動方面，相對于AODV和DSR，DSDV的抖動也較大。在吞吐量方面，DSR的吞吐量明顯大于AODV和DSDV。

3 結(jié)論

通過上述仿真結(jié)果分析可以看出，在網(wǎng)絡規(guī)模較大，網(wǎng)絡拓撲變化較小的情況下，DSDV在數(shù)據(jù)包傳輸時延方面具有一定的優(yōu)勢。在網(wǎng)絡規(guī)模較大，網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)頻繁變化的情況下，DSDV不能很好適應Ad hoc網(wǎng)絡。DSR和AODV都是按需驅(qū)動路由協(xié)議，在網(wǎng)絡拓撲變化比較頻繁的條件下，相比表驅(qū)動的DSDV優(yōu)勢比較明顯。在網(wǎng)絡負荷較小且節(jié)點移動較慢的情況下，DSR的性能優(yōu)于AODV。隨著網(wǎng)絡環(huán)境負荷的加重，AODV的優(yōu)勢越加明顯。因此，DSR適用于中小規(guī)模網(wǎng)絡，AODV適用于較大規(guī)模且較復雜的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。

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