基于移动 Ad Hoc 网络路由协议的研究与 NS2 仿真.doc
《基于移动 Ad Hoc 网络路由协议的研究与 NS2 仿真.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于移动 Ad Hoc 网络路由协议的研究与 NS2 仿真.doc(9页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、精品论文基于移动 Ad Hoc 网络路由协议的研究与 NS2 仿真李冬 ,张大波(1.大连理工大学电信学院,大连 116023)E-mail:摘要:本文介绍了 Ad Hoc 网络的三种典型协议 DSDV,AODV 和 DSR。Ad Hoc 是由一组移动 节点在没有任何现存网络基础设施的情况下形成的动态网络,使人们摆脱了有线网络的束 缚,可以随时随地的自由通信。针对 Ad Hoc 网络的特点,为了研究 Ad Hoc 网络路由协议的 性能,采用基于 Unix 平台的免费网络仿真软件 NS2 对三种协议在不同条件下进行仿真。通 过在 NS2 中建立一个三节点的简单运动场景分析了三种协议的工作方式及
2、Ad Hoc 网络路由 协议的丢包原因。通过一个多节点的复杂网络环境,对三种协议在适应网络拓扑变化,适应 不同业务的能力进行了比较分析。给出了 NS2 的仿真环境和参数,得到了三种协议在不同网 络环境下的性能参数,给出了三种协议的适用环境。关键词:Ad Hoc;路由协议;NS2;仿真;性能 中图分类号:TP393.041. 引言目前,国内外对移动Ad Hoc网的研究主要集中在路由协议、媒体接入控制协议、能量、 连接性等,其中路由协议是人们研究的热点1。Ad Hoc网络即移动自组网,是在没有任何网 络有线基础设施的情况下,通过”多跳”通信形成的动态网络。网络中任何两个移动节点之间 不通过有线设备
3、进行通信,而是采用逐跳转发的方式进行通信。节点既是主机又是路由器。 Ad Hoc网络的出现使得人们摆脱了有线网络的束缚,可随时随地的进行自由的通信。它拥有 以下的特点:(1)动态变化的拓扑结构;(2)节点能量有限;(3)采用多跳通信本文针对这些特点,利用NS2网络仿真软件对三种路由协议进行研究.研究了不同业务速 率和业务流量下三种路由协议的性能,分析了三种路由协议适应网络拓扑变化的能力,得到 了三种协议所适应的不同网络环境。2. Ad Hoc网络典型路由协议Ad Hoc网络路由协议主要分为两类:(a)表驱动路由协议。主要有 DSDV(Destination-Sequenced Distance
4、-Vector Routing)和WRP(The Wireless Routing Protocol)等协议。 这类协议的每个节点都保存一个或多个路由表,通过向邻近节点发送路由更新信息来维护路 由表的更新,以适应动态变化的网络拓扑结构。由于要维护路由表,所以这种协议的路由负 荷比较大,同时由于一个节点只与临近节点交换信息,导致这类协议的收敛性比较差。(b) 按需路由协议,也称为反应性路由2。主要有AODV(Ad Hoc On-Demand Distance Vector)、 TORA(Temporally Ordered Routing Algorithm)、DSR(Dynamic Sourc
5、e Routing).这类协议 不需要在每个节点维护一个路由表,只在节点需要的时候才发起路由。这类协议一般分为两 个阶段:路由发现和路由维护。源节点需要路由时先要进行路由发现过程。找到路由后,在 信息发送阶段要对路由进行维护,从而进入路由维护过程。2.1 DSDVDSDV是基于经典Bellman-Ford路由选择过程的改进型路由表算法3。仅适用于双向链- 9 -路。使用DSDV路由协议的节点都维护一个路由表。路由表中包括目的节点、跳数和一个由目的节点标明的序列号。目的序列号用于判断路由是否过时,防止产生路由环路。每个节点周 期性的与临近节点交换路由信息。有两种更新方式:一种是全部更新(Full
6、 dump)发送全 部的路由表信息,主要应用于网络变化较快的情况;另一种是增量更新(Incremental upd ate),更新的消息中只含有变化的路由部分,主要应用于网络变化较慢的情况。2.2 AODVAODV是一种按需路由协议。是由DSDV发展而来的。源节点在路由发现过程中,向周围节 点广播一个RREQ包。周围节点利用RREQ的信息,建立到源发起节点的反向路由,并继续广播 该RREQ包,直到到达目的节点或一个包含目节点路由信息的中间节点,而后该节点将沿着发 送RREP时建立的路径向源节点发送一个RREP包。同样在该RREP包的发送过程中,中间节点建 立了到达目的节点的反向路由,以后源节点
7、发送的信息就依此RREP建立的反向路由向目的节 点发送。可见AODV协议只支持双向链路。每个RREQ都有一个广播ID,转发过此RREQ的节点不 会再次进行转发。在路由分组中还包括一个源序列号SID,用于标识路由的新旧,防止路由 循环3。中间节点在源节点发送信息的过程中维护路由,当源节点没有信息发送后,经过一 段时间的计时后路由过期。在路由维护的过程中,若是源节点移动了位置会重新启动路由发现过程。若是中间节点 移动了位置,该节点相邻的节点发现链路失效后会向源节点发送一个链路失效通知(RERR), 而后源节点重新发起路由发现,或者也可以由发现链路失效的节点自己发起路由发现,此称 为自修复。2.3
8、DSR动态源路由协议是一种基于源路由的按需路由协议。在该算法中,节点在高速缓冲区中 存放到达目的节点的完整路径信息,而不仅仅是下一跳信息。当源节点S要向目的节点D发送 信息时,首先检查缓冲区中是否有到达目的节点的路由。若有则使用该路由,在分组头中包 含完整的转发节点序列。若没有则发起路由发现过程,发送RREQ。在RREQ中包含“路由记录”。 每个转发RREQ的节点都在“路由记录”中加入自己的地址。当RREQ到达目的节点或是知道该 路由的中间节点后,该节点发送RREP回应这个请求,并把”路由记录”的信息拷贝到RREP中, 采用同样的过程把携带路由记录的RREP发送给源节点.这样源节点就拥有了到达
9、目的节点的 完整路由信息.DSR允许节点在它们的路由缓冲区中保存多个到目的节点的路由4,这样当一 条路由失效后源节点可以检查其他可用节点而不用重新发起路由发现,所以其路由回复速度 比其他协议要快。3协议仿真与分析仿真实例在 Linux 环境下,用 ns2.33 版本的 NS2 对典型的 Ad Hoc 网络路由协议 DSDV,AODV,DSR 进行仿真。针对 Ad Hoc 网络的不同特性,通过建立不同的仿真场景对网络 协议进行了分析比较。3.1 三节点的简单运动场景设定3个节点0,1,2,试验区域为600*600,仿真时间是200s。节点0,1,2的初始坐标 为(290 200),(350,20
10、0),(500,280)。节点2在第5s以10m/s的速度向(380 250)方向 运动,此时节点0和2通过节点1进行通信。第80s节点2以3m/s的速度向(300 250)移动,这 时节点2和节点0处于一跳范围之内,直接通信。第100s节点0以2m/s的速度向(500 80)移 动。在远离的过程之中,节点0和节点2先是通过节点1通信,而后通信断开。为了对仿真过程进行更好的控制,采用TwoRayGround模型,利用setdest工具设定各节点的通信范围为100m,Phy/Wireless set RXThresh_ 1.42681e-08节点 2节点 0节点 1图 1 Ad Hoc 节点移动
11、场景Fig.1 The movement scence of Ad Hoc nodes3.1.1 仿真结果仿真中采用TCP流,在节点0和2之间建立TCP连接,在8s时启动。仿真过程中分别采用D SDV,AODV,DSR协议,并记录TCP拥塞窗口大小。图 2 采用不同协议拥塞窗口的变化Fig2 The change of cwnd_ with different protocol根据移动场景的设定,初始时节点0和节点2通过节点2进行通信,在80秒左右节点2靠近 节点0,两节点直接进行通信。100s节点0逐渐远离节点2,在140s左右两节点再次通过节点1 进行通信。从图2中可以看出DSDV和DSR
12、的拥塞窗口变化分为3个阶段,对应了节点0和2的三 阶段的通信过程。而AODV的拥塞窗口始终平滑的上升,这是由于AODV的路由维护过程与二者 不同。在AODV建立源节点到目的节点的路由后,各中间节点在路由活动期间检测路由表中的 下一跳路由是否可用,只有当下一跳不可用时中间节点才向源节点发送路由错误信息。在该 场景中中间节点1始终检测到到下一跳节点2的链路可用,所以至始至终节点0发送的信息包 都沿着0-1-2的路径传送。从图中可以看出通信过程中的丢包主要发生在路由变化的时候, 从而对协议的研究主要应主要考虑网络拓扑变化对协议性能的影响。在图中,两种按需路由 协议的拥塞窗口变化要早于表驱动路由协议D
13、SDV的窗口变化,可见在拓扑变化的时候DSR协议的收敛性要好于DSDV协议。3.2 多节点的复杂运动场景3.2.1 仿真性能参数1)分组投递率Packet delivery fraction(分组投递率)是目的节点接收到的数据分组与源节点发送 的数据分组的比值。它是反映路由协议有效性的重要指标,通过在不同仿真场景中对PDF的 比较,得出了路由协议适应各种环境的能力。2)端到端平均时延Average end-to-end delay of data packet(数据报文端到端平均时延)。包含所有的 时延:发现路由引起的时延,接口队列的排队时延,MAC层的重传时延等。3)路由负荷Routing
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于移动 Ad Hoc 网络路由协议的研究与 NS2 仿真 基于 移动 网络 路由 协议 研究
链接地址:https://www.31doc.com/p-3624987.html