NSadhoc網絡路由分析論文

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摘要運用ns-2仿真，分析了adhoc網絡幾種協議（DSDV、AODV、MFlood）的性能，如吞吐量、丟包、時延。結果表明DSDV、AODV的性能優于MFlood，以及今后的改進方向。

關鍵詞adhoc網絡；ns-2；路由協議；性能

的范圍運動，MAC層的協議是802.11，一個包最大分組是50，測試應用層的CBR報文的傳輸，報文大小為512bytes，CBR的速率為200kbits/sec，總共模擬時間是30sec。節點最大移動速度為2m/s，平均移動速度為1m/s，節點在運動到達目的節點后不停留，節點0在1.4秒開始發送報文，節點1在5秒開始發送，節點2在8秒開始發送，節點3在10秒開始發送。

以0節點為研究對象。

圖表1顯示了整個網絡的吞吐量和時間的關系。由于MFlood是洪泛的路由方式，一開始由于不知網絡的結構，向整個網絡廣播，隨著時間的推進，路由表的滯后使得整個網絡的吞吐量明顯下降了。DSDV剛開始時較低，到一定的時間后，吞吐量增加和AODV的吞吐量比較接近，變化也相似。AODV因為要進行路由發現，發送大量的包使得它的吞吐量一下上去了，直到建立好路由表，其變化也和DSDV接近了。

圖表2顯示了時間和丟包的關系。MFlood的丟包比其它三個協議的更嚴重，這是由于它采取了洪泛廣播的方式。在這里DSDV在25秒出現的一個高峰，這是由于節點迅速移動的結果，但從總體上說，DSDV和AODV都有路由發現機制，丟包要相對少一些。圖表3顯示了時間和時延的關系。由圖可知，DSDV在25秒也就是圖表2的丟包高峰時有個對應的高時延，這一個時延的高峰，是發送包的節點增加和運動造成的，它必須再次啟動路由發現機制更新路由表。MFlood的綜合時延也比DSDV和AODV要高一些，DSR和AODV在這樣網絡環境的配置下，時延接近，幾乎為零。

從圖表2和圖表3可以看出，當DSDV由于節點移動出現鏈路斷裂，由于靠路由表的信息會出現這種短暫的時延；而AODV它是動態的路由機制，在處理路由端裂，反應比較快，所以對AODV影響不是很大。

4結論和今后發展方向

幾種路由協議的性能分析比較：①在按需路由協議中，節點實時地維護網絡拓撲信息，分組的發送時延小，而且通過這些拓撲信息，比較容易實現路由的優化及Qos路由。②在表驅動路由協議中，當節點在發送分組時沒有到目的節點的路由時，需要啟動相應的路由發現機制搜尋路由，這樣會產生一定的時延，不利于實時業務的傳輸。隨著網絡規模的擴大，節點移動速度的增加，網絡拓撲變化變快，要想實時維護拓撲結構需要大量的信息，這些控制信息將會占用大量的無線信道資源，從而影響用戶數據報文的發送，降低了系統吞吐量。在網絡負荷比較大的情況下，網絡性能下降很快。在拓撲變化頻繁的adhoc網絡環境中，應采用按需路由協議；在網絡拓撲結構相對穩定的環境中，如果業務對實時性要求較高時，應盡量采用表驅動方式的路由協議。③在這里我們把按需和表驅動的路由協議和純洪泛的協議MFlood做了比較，可以看出，對路由機制的改進會增強協議的性能，更好運用到應用中去。

從上述的結論中我們可以看出，按需路由協議的擴展性要比表驅動的路由協議好，有著很好的改進基礎，今后可以改進的方向有：采用路由緩存技術，以加快路由發現過程，減少路由請求消息對信道的占用；通過使用位置信息以減少路由請求信息的洪泛；通過限制路由請求消息傳播的距離，來減少路由請求消息的洪泛。通過對現有協議的認識，明白存在的問題有助于我們下一步工作的開展。

參考文獻

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[4]www.isi.edu/nsnam/ns

[5]徐雷鳴,龐博，趙耀.《NS與網絡模擬》[M].北京:人民郵電出版社，2003-11

引言

移動自組網（MobileAdHocNetwork,adhoc網絡或MANET）是一種移動、多跳、自律式系統,它是一種不依賴固定基礎通信設施的無線移動網。在結構上adhoc網絡是一系列可任意移動的節點組成，網絡節點動態分布，節點之間通過無線方式互連，每個網絡節點同時具有終端和路由器的雙重功能。移動adhoc網絡的應用主要有：移動會議；攜帶包含adhoc收法器的PDA可以通過無線方式自動從臺式機上下載電子郵件等；家庭聯網；緊急服務；傳感器網絡；個人域網絡；軍事無線通信；其他商業應用。

Adhoc網絡是一組具有無線收發裝置的移動節點組成的一個多跳的臨時性的自組織系統，具有以下一些主要特征：動態拓撲，即網絡中的節點可以任意移動，因此，網絡的拓撲結構也可能會變化；鏈路帶寬受限、容量時變，由于拓撲動態變化導致每個節點轉發的非自身作為目的地的業務量隨時間而變化，因此與有線網絡不同，它的鏈路容量表現出時變特征；動力受限，能量受限，由于網絡節點的移動特征，其中大多數節點以電池作為動力，在進行系統設計時節能就成為一個非常重要的指標；物理上安全有限，移動網絡比固定網絡（有線和無線）更易受到安全威脅，需要克服無線鏈路的安全弱點及移動拓撲所帶來的新的安全隱患，因此，傳統的用于固定網絡的路由協議不適用于Adhoc網絡。

由于adhoc網絡的特點，廣泛一應用于各種場合，對路由協議有了一些新的要求，如何更好地應用這種自組織的網絡，滿足更多的應用，首先應該掌握現有的一些協議的特點。用ns-2.28這種網絡仿真器對adhoc網絡的幾種路由協議進行研究，分析比較它們適用的場合，同時也可以指導今后進一步的研究，比如考慮QOS的路由協議改進等等。

1現有的幾種協議介紹

由于adhoc網絡的結構分為平面式和分層式，各自有不同的路由策略，在這里主要是針對平面結構的adhoc網絡。在這樣的網絡中,從路由發現策略的角度，可分為主動路由協議（表驅動路由協議）和按需路由協議（反映式路由協議）兩種類型。

1.1DSDV

目的序列距離矢量路由協議（DSDV）[2]是一種表驅動主動路由協議，每個節點都需要維護一個路由表，路由表項的內容包括目的節點、跳數和目的序號，每個節點周期性與鄰節點交換路由信息，來更新路由表，路由發現只有通過路由表來進行。主動路由協議采用周期性的路由分組廣播來交換路由信息，每個節點維護去往全網所有節點的路由表。主動路由的優點是當節點需要發送一個去往其他節點的數據分組時，只要路由表中存在路徑，發送分組的延時就很小，缺點是動態變化的拓撲結構又可能使路由表的內容無意義，只有重新交換路由信息以獲得新路由的路徑，這樣增加了網絡的負載，也增加了維護路由表的難度。

1.2AODV

按需路由協議是根據節點的需要來進行路由發現過程，網絡拓撲結構和路由表內容也是按需建立的，不需有去往網絡內各個節點的路徑，因此，不需要周期性的廣播路由信息，節省了一定的網絡資源；在需要發送數據分組時，因沒有去目的節點的路由，要臨時啟動路由發現機制來尋求路由，有一定時間的延時，路由發現過程通常采用全網洪泛機制進行搜索。IETF的MANET工作組提出的標準草案動態源路由DSR（DynamicSourceRouting）協議和Adhoc按需距離矢量AODV(AdhocOnDemandDistanceVector)[3]路由協議都屬于按需路由協議。這兩種協議DSR采用源路由,每個數據分組都攜帶從源到終點的完整路徑,中間節點不需要維持路由信息,AODV采用逐跳（hop-by-hop）的方式轉發分組路由表中記錄了到目的節點的下一跳，不需要在報文中攜帶完整的路由消息，報文有：RREQ、RREP、RERR，HELLO。DSR協議包括路由發現和維護兩個過程，主要特點是使用了源路由機制進行分組轉發，每個數據分組都攜帶了路徑信息，造成協議開銷較大，而且不適應網絡較大的自組網，網絡可擴展性不強。AODV也包含了路由發現和路由維護，采用了逐跳轉發分組方式，每個中間節點隱式保存了路由請求和回答的結果，而DSR將結果顯式保存在路由請求和路由回答分組中。在AODV中，HELLO報文獲得鄰居節點的信息，RREQ報文發起路由請求，RREP進行路由應答，RERR表示鏈路出現問題，此路不通，不支持單向信道，因為AODV協議基于雙向信道的假設工作，路由應答分組直接沿著路由請求的反方向回到源節點。DSR協議和AODV協議比較適合于節點依靠電池供電能量受限和網絡節點間的通信任務具有突發特點的網絡環境。

1.3MFlood

無線路由通訊協議（wirelessroutingprotocol,MFlood），它是一種泛洪協議，向整個網絡廣播，每個包只轉發一次，維護一張路由表記錄以前轉發過的包，每一條路由表項針對每個數據源記錄了為它轉發過的數據包情況。每個節點維護一個序列號SEQ，數據源每發送一個數據包將SEQ增加1，并把該序列號加到數據包的報頭信息中，其他節點收到一個數據包后依靠序列號來判斷自己是否轉發過該包。

2ns-2網絡模擬器

ns-2是美國DARPA支持的項目VINT（VirtualInterNetTestbed）開發的通用的多協議網絡模擬軟件，開發的源代碼使研究者更好的進行各種算法的實現和協議的改進。

ns是一個離散事件模擬器，事件規定系統狀態的改變，狀態的修改僅在事件發生時進行，典型的事件有分組到達、時鐘超時等。同時，ns還具有豐富的構件庫，對一些通用的實體進行了建模，對象易于組合，擴展。ns的構件庫支持的網絡類型有：廣域網、局域網、移動通信網、衛星通信網等，支持的路由方式有：層次路由、動態路由、多播路由等，ns還提供跟蹤和監測對象，可以把網絡系統中的狀態和事件記錄下來以便分析，如：tracefile，生成.tr文件記錄了仿真過程的數據信息，從中可以提取有用的數據信息。ns還提供動畫模擬整個過程：nam，畫出仿真曲線：xgraph,gnuplot等，方便使用者分析得到結果。ns的構件庫是用兩種面向對象的語言編寫的：C++和Otcl。C++是一種程序設計語言，學程序的人多知道，Otcl是MIT開發的ObjectTCL，即Tcl的面向對象的擴展，Tcl的全稱是Toolkitcommandlanguage，它是一種靈活的、交互式腳本語言，Otcl在Tcl中加入類、實例、繼承等面向對象的概念。ns的構件通常作為一個C++類來實現，同時有一個Otcl類與之對應。構件的主要功能在C++中實現，Otcl中的類則主要提供C++對象面向用戶的接口。用戶通過編寫Otcl腳本來對這些對象進行配置、組合，模擬過程，最后調用ns完成模擬。

ns模擬的步驟大致如下：編寫Otcl腳本，配置網絡結構，確定拓撲圖，建立協議，設置網絡事件，要傳輸的文件，用ns解釋執行腳本，分析trace文件，得出有用的數據，用工具畫出曲線圖，或用Nam工具觀看網絡模擬運行過程。

3仿真過程和性能分析

在對Adhoc網絡協議：表驅動路由協議DSDV,按需路由協議AODV（按需路由以AODV為代表）和泛洪路由協議MFlood進行模擬，進行性能評估時，主要考慮如下性能參數：①端到端的數據吞吐量②延時③丟包率。

在這個仿真過程中，建立網絡模型的相關參數有：50個節點在1000×1000