基于NS2的AdHoc網(wǎng)絡路由協(xié)議仿真與分析

劉洋

摘要：利用以CentOS為平臺的NS2網(wǎng)絡仿真軟件，對Ad Hoc網(wǎng)絡中典型的路由協(xié)議 DSDV、DSR 、AODV進行仿真與分析。仿真中選取丟包率這個指標對DSDV、DSR 、AODV進行性能評估。通過改變數(shù)據(jù)流速度、節(jié)點停留時間來分析比較這些參數(shù)的改變對這三個協(xié)議性能的影響。

關鍵詞：Ad Hoc 網(wǎng)絡;DSDV;DSR;AODV

0 引言

在Ad Hoc網(wǎng)絡中，各節(jié)點兼有主機和路由器的功能。移動節(jié)點之間通信是通過多路無線鏈路進行通信的，每個移動節(jié)點在必要時都要充當路由器的角色為其他節(jié)點轉發(fā)數(shù)據(jù)包。[1]由于移動Ad Hoc網(wǎng)絡的應用越來越廣泛，設計高效靈活的動態(tài)路由協(xié)議成為研究的重點。本文介紹幾種典型的路由協(xié)議，并通過仿真對其性能進行比較、分析。

1 Ad Hoc路由協(xié)議

1.1 DSDV

在DSDV（Destination Sequenced Distance Vector，目的節(jié)點序列距離矢量協(xié)議）協(xié)議中，每個節(jié)點周期性地廣播它當前的路由表。每個收到該廣播報文的節(jié)點將報文中的對應各目的節(jié)點的序列號與自身路由表中相應表項比較，如果報文中的序列號較高，則更新自己的路由表，將發(fā)送者指定為下一跳，并將距離增加一跳。在序列號相等但是報文中路由距離更小的情況下，節(jié)點也要更新自己的路由表。

當一個節(jié)點發(fā)現(xiàn)鏈路失效時，它將所有通過該節(jié)點轉發(fā)的路由的距離設為無窮并將其序列號加1。由于更新了序列號，因此這一消息會傳播到整個網(wǎng)絡。這樣所有這些目的路由指向的目的節(jié)點都有效地與此節(jié)點斷開，直到有新的序列號產(chǎn)生并包含新的路由信息。

1.2 DSR

DSR（Dynamic Source Routing， 動態(tài)源路由協(xié)議）是一種基于源路由的按需路由協(xié)議。每個尋路分組在其頭部攜帶完整分組所須經(jīng)過節(jié)點順序列表，發(fā)送方知道完整到達目的地路徑。在DSR中，節(jié)點有高速緩沖區(qū)用于存放所知目的節(jié)點所有路由。當要發(fā)送分組時，節(jié)點先查詢路由表。若目的節(jié)點和所需路由在路由表中，則使用這條路由;否則，廣播路由請求分組進行尋路。路由請求分組到達的每個節(jié)點都檢查自己路由表是否有到達目的節(jié)點路由。若有，就應答這個請求并提交這條路由。[2]

1.3 AODV

AODV（Ad Hoc On-Demand Distance Vector Routing，無線自組網(wǎng)按需平面距離向量路由協(xié)議）是一種隨選驅動路由協(xié)議。當一個節(jié)點需要給網(wǎng)絡中另外一個節(jié)點傳送信息時，首先以廣播的形式發(fā)出RREQ（Route Request），其中記錄著發(fā)出的源節(jié)點和目的節(jié)點的地址，鄰近節(jié)點收到RREQ，首先判斷其中的目的節(jié)點是否就是自己，如果不是，再在記錄中查找是否有到目的節(jié)點的路由。如果滿足上邊的任何一條就發(fā)出RREP（Route Reply）給源節(jié)點。如果不能滿足就轉發(fā)RREQ繼續(xù)查找。對于每一條路由都對應著一個序列號，當路由更新時，序列號也隨著更新。

AODV協(xié)議的路由維護是通過定期的廣播hello報文來實現(xiàn)的。一旦發(fā)現(xiàn)某一個連接斷開，節(jié)點就發(fā)送RRER（Route Error）報文通知那些因連接斷開而不可達的節(jié)點刪除相應的路由記錄。

2 仿真與分析

2.1 NS2仿真流程

（1）利用setdest工具隨機生成所需的節(jié)點運動場景。

（2）利用cbrgen工具生成隨機數(shù)據(jù)流。

（3）編寫TCL仿真文件。

（4）運行TCL腳本。

（5）利用Gawk程序語言對Trace文件進行分析處理。 [3]

2.2 性能評估指標

丟包率，該指標是反映網(wǎng)絡衡量協(xié)議效率、可擴展性、在低帶寬或擁塞情況下的性能和能耗效率。

丟包率=（1-接受數(shù)據(jù)包數(shù)/發(fā)送數(shù)據(jù)包數(shù)）*100%

2.3 仿真結果

2.3.1 數(shù)據(jù)流速度

仿真實驗參數(shù)設置：100個節(jié)點，每個節(jié)點最大連接數(shù)10個，數(shù)據(jù)流速度依次為20、30、40、50、60、70、80、90、100個/秒，節(jié)點停留時間10秒，節(jié)點移動速度10米/秒，仿真時間100秒，仿真環(huán)境大小500米*500米。

從圖1可以看出，隨著數(shù)據(jù)流速度的增大，三個協(xié)議的丟包率都逐漸增加，DSDV起點最高，但當數(shù)據(jù)流速度較大時丟包率中等，DSR起點最低，且丟包率一直最低。AODV當數(shù)據(jù)流速度較大時丟包率最大。

2.3.2 節(jié)點停留時間

仿真實驗參數(shù)設置：100個節(jié)點，每個節(jié)點最大連接數(shù)10個，數(shù)據(jù)流速度10個/秒，節(jié)點停留時間依次為10、20、30、40、50、60、70、80、90、100秒，節(jié)點移動速度10米/秒，仿真時間100秒，仿真環(huán)境大小500米*500米。

從圖2可以看出，DSDV的丟包率隨節(jié)點停留時間的增大而顯著下降，DSR和AODV沒有明顯變化且丟包率都很低。

3 結論

3.1 DSDV

當網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)包傳輸量較小時，DSDV丟包率最大。當傳輸流量加大，DSDV丟包率在上升，但上升趨勢最弱。在網(wǎng)絡拓撲變化不明顯時，丟包率三者差不多。而當網(wǎng)絡拓撲變化明顯時，DSDV的丟包率逐漸加大。

因此，DSDV 適用于網(wǎng)絡拓撲較穩(wěn)定、傳輸數(shù)據(jù)量大的 Ad Hoc網(wǎng)絡。

3.2 DSR

當網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)包傳輸量較小時，DSR丟包率最低。當數(shù)據(jù)流量增大，DSR的丟包率一直保持最低。網(wǎng)絡拓撲變化對DSR沒有明顯影響。

因此，DSR在三個路由協(xié)議中穩(wěn)定性最好。

3.3 AODV

當網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)包傳輸量較小時， AODV丟包率中等。當傳輸流量加大，AODV丟包率逐漸變成三者中最大的。網(wǎng)絡拓撲變化對AODV沒有明顯影響。

因此，AODV適用于數(shù)據(jù)傳輸量不大的 Ad Hoc網(wǎng)絡。

4 結束語

文中使用NS2仿真軟件對Ad Hoc網(wǎng)絡中典型的路由協(xié)議DSDV、DSR 和AODV進行了仿真，通過改變網(wǎng)絡流量、網(wǎng)絡拓撲來分析這三個協(xié)議在不同環(huán)境下的運行效果，為之后的研究提供參考。

參考文獻

[1] 何昆鵬，李臘元.Ad Hoc網(wǎng)絡中按需路由協(xié)議的仿真與性能分析[J].計算機技術與發(fā)展，2008（03）：81-84.

[2] 翁睿，任祥穎，錢松榮.基于NS2的Ad Hoc網(wǎng)絡路由協(xié)議性能比較分析[J].計算機應用與軟件，2007（11）：130-132+197.

[3] 王玲，程靜.基于Ad hoc無線網(wǎng)絡的AODV路由協(xié)議仿真[J].成組技術與生產(chǎn)現(xiàn)代化，2014，31（03）：54-57.