AdHoc網(wǎng)絡DSR路由協(xié)議仿真性能分析

1、Ad H oc 網(wǎng)絡DSR 路由協(xié)議仿真性能分析王申濤1, 楊浩1, 周熙1, 劉小麗2(11重慶通信學院, 重慶400035;2. 北京軍區(qū)66242部隊, 內(nèi)蒙古011216摘要:移動Ad H oc 網(wǎng)絡是隨著無線通信技術的快速發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型網(wǎng)絡。目前, 它的應用越來越廣泛。在介紹移動Ad H oc 網(wǎng)絡的相關技術后, 對動態(tài)源路由協(xié)議(DSR 進行了研究, 通過計算機仿真, 在不同的網(wǎng)絡負荷、節(jié)點移動性條件下, 對移動Ad H oc 網(wǎng)絡的性能進行了分析, 仿真結(jié)果表明DSR 路由協(xié)議對于移動環(huán)境下的動態(tài)路由適應性較好。關鍵詞:移動Ad H oc ; 路由協(xié)議;DSR 協(xié)議; 仿真

2、中圖分類號:T N91912文獻標識碼:A 文章編號:-(3Analysis of Ad H protocolanceShen 2tao 1,Y ANG Hao 2,ZH OU X i 1,LI U X iao 2li 3(1. Chongqing Institute of C ommunication ,Chongqing 400035,China ;2. M ilitary Base of Beijing ,Neimeng 2gu 011216,China Abstract :Mobile Ad H oc netw ork is an up 2to 2date one emerging w

3、ith the development of wireless communication technology. N owadays ,it has become m ore and m ore popular. In the paper ,the related technologies of m obile Ad H oc netw ork are introduced , and dynamic s ource routing (DSR protocol is described. With various netw ork loads and node m obility ,the

4、per formances of m obile Ad H oc netw ork adopting DSR protocol are analyzed by com puter simulation. S imulation results dem onstrate that DSR protocol can achieve better per formances in a m obile environment.K ey w ords :m obile Ad H oc ; routing protocol ; DSR protocol ; netw ork simulation重慶市自然

5、科學基金資助項目(項目編號:CSTC,2005BB2209 收稿日期:2005-11-18作者簡介:王申濤(1980- , 男, 碩士。主要研究方向:移動Ad H oc 網(wǎng)絡。0引言移動Ad H oc 網(wǎng)絡是1種不依賴于任何基礎設施而能隨時隨地組建、無中心自組織的臨時性多跳網(wǎng)絡。隨著無線通信技術的發(fā)展和移動終端性能的提高, 它廣泛地應用到戰(zhàn)場通信指揮與控制、警察與醫(yī)療部門的搶險救災、傳感器網(wǎng)絡、課堂教育等眾多領域。Ad H oc 網(wǎng)絡中的各節(jié)點兼有主機和路由器2種功能。節(jié)點之間通過多跳無線鏈路來相互進行通信, 每個節(jié)點在必要時都要充當路由器的角色來為其他節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。而無線信道的不規(guī)則變化以

6、及節(jié)點的移動、加入、退出都會引起網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化。路由協(xié)議就是在這種環(huán)境中, 監(jiān)控網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)變化, 交換路由信息, 定位目的節(jié)點位置, 產(chǎn)生、維護和選擇路由, 盡量避免路由環(huán)路的發(fā)生, 并根據(jù)選擇的路由轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù), 提供網(wǎng)絡的連通性。Ad H oc 網(wǎng)絡面臨的1個主要問題是設計高效靈活的動態(tài)路由協(xié)議, 來快速發(fā)現(xiàn)需要通信的節(jié)點間的路由, 這種路由協(xié)議必須要適應由于節(jié)點的高度移動性導致網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生的變化, 并且算法簡單有效, 實現(xiàn)的程序代碼短小精悍, 盡量節(jié)省能源。本文在介紹Ad H oc 網(wǎng)絡的相關路由協(xié)議后, 對采用DSR 路由協(xié)議的Ad H oc 網(wǎng)絡進行了計算機仿真性能分析,

7、得出了相關結(jié)論。1移動Ad H oc 路由協(xié)議按照路由發(fā)現(xiàn)策略, 移動Ad H oc 網(wǎng)絡的路由協(xié)議可以分為先驗式(Proactive 路由和反應式(Reactive 路由2種類型1。先驗式路由協(xié)議中, 每個節(jié)點維護1張包含到達其他節(jié)點的路由信息的路由表。當檢測到網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時, 節(jié)點在網(wǎng)絡中發(fā)送更新消息, 收到更新消息的節(jié)點將更新自己的路由表, 來準確地反映網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)。源節(jié)點一旦要發(fā)送報文, 可以立即獲得到達目的節(jié)點的路由。這種路由協(xié)議的時延較小, 但是路由協(xié)議的開銷較大; 反應式路由協(xié)議又稱為按需路由協(xié)議,通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡技術是1種當需要發(fā)送數(shù)據(jù)時才查找路由的路由算法。在這種路由

8、協(xié)議中, 節(jié)點不需要維護及時準確的路由信息, 只有當向目的節(jié)點發(fā)送報文時, 源節(jié)點才在網(wǎng)絡中發(fā)起路由查找過程, 找到相應的路由。與先驗式路由協(xié)議相比, 反應式路由協(xié)議的開銷較小, 但是數(shù)據(jù)報傳送的時延較大。為了解決無線Ad H oc 網(wǎng)絡中的路由問題,IETF 成立了MANET 工作組來研究無線Ad H oc 中的路由協(xié)議。目前, 比較典型的Ad hoc 網(wǎng)絡路由算法有:目的序列距離矢量路由協(xié)議(DS DV 、魚眼狀態(tài)路由協(xié)議(FSR 、臨時按序路由算法(T ORA 、Ad H oc 網(wǎng)絡的距離矢量路由協(xié)議(AODV 、動態(tài)源路由協(xié)議(DSR 。(1 目的序列距離矢量路由協(xié)議(DS DV 2路

9、由協(xié)議是在計的。H 議。DS DV 由的新舊程度, 防止DVA 可能產(chǎn)生的路由環(huán)路。它不適應變化速度快的自組網(wǎng), 不支持單向信道。(2 魚眼狀態(tài)路由協(xié)議(FSR FSR 3是1個先驗式的路由協(xié)議。它使用了魚眼技術, 在不同魚眼域中的節(jié)點以不同的頻率(這個頻率是由節(jié)點距離決定的 向鄰居節(jié)點廣播鏈路更新信息, 這能夠大大減少鏈路狀態(tài)更新信息, 從而降低了泛洪的開銷。通過節(jié)點之間相互交換鏈路狀態(tài)消息, 每個FSR 路由器都能獲知網(wǎng)絡全局的拓撲信息。(3 臨時按序路由算法(T ORA T ORA 4是在有向無環(huán)圖(DAG 算法的基礎上提出的1種按需路由協(xié)議。它分為路由發(fā)現(xiàn)、路由維護和路由消除3個過程。

10、T ORA 的路由發(fā)現(xiàn)與其他按需路由協(xié)議一樣, 首先在網(wǎng)中擴散路由請求分組。但在路由回答中, 采納了DAG 算法。(4 Ad H oc 按需距離矢量路由協(xié)議(AODV AODV 5協(xié)議是在DS DV 協(xié)議基礎上結(jié)合類似DSR 中的按需路由機制進行改進后提出的。不同之處在于AODV 采用了逐跳轉(zhuǎn)發(fā)分組方式, 而DSR 是源路由方式。因此,AODV 在每個中間節(jié)點隱式保存了路由請求和回答的結(jié)果, 而DSR 將結(jié)果顯式保存在路由請求和路由回答分組中。此外,AODV 的另一個顯著特點是它加入了組播路由協(xié)議擴展, 并支持Q oS 。(5 動態(tài)源路由協(xié)議(DSR DSR 路由協(xié)議6是1種基于源路由的按需路

11、由協(xié)議, 它使用源路由算法, 發(fā)送方知道應該經(jīng)過哪些中間節(jié)點一跳一跳地到達目的地, 這些路由存儲在一個緩存中。數(shù)據(jù)包在它的包頭攜帶所需的源路由信息。DSR 路由協(xié)議主要包括2個過程:路由發(fā)現(xiàn)和路由維持。當節(jié)點S 向節(jié)點D 發(fā)送數(shù)據(jù)時, 它首先檢查緩存是否存在未過期的到目的節(jié)點的路由, 如果存在, 則直接使用可用的路由, 否則啟動路由發(fā)現(xiàn)過程, 具體過程如下:源節(jié)點S 將使用洪泛法發(fā)送路由請求消息(RRE Q ,RRE Q 包含源和目的節(jié)點地址以及唯一的標志號, 中間節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)RRE Q , 并附上自己的節(jié)點標識。當RRE Q D 或(此時, Q ,D S 發(fā)送路由應答, 該消息中將包含S 到D

12、的路由信息, S 到D 的路由供RREP 消息使用。源節(jié)點將此路由寫入自己的緩存中以備今后使用。如果源路由中有一段鏈路不可用, 源節(jié)點S 將會收到1個路由錯誤(RERR 包。節(jié)點S 在緩存中刪除所有用到這條鏈路的路由, 并在必要時再啟動路由發(fā)現(xiàn)過程。2DSR 路由協(xié)議的仿真模型本文采用離散事件驅(qū)動的OPNET 網(wǎng)絡仿真軟件對DSR 路由協(xié)議進行仿真性能分析。OPNET 仿真模型由網(wǎng)絡域模型(Netw ork M odel 、節(jié)點域模型(N ode M odel 、進程域模型(Process or M odel 組成。OPNET 核心的機制是中斷(Interrupt 機制, 中斷的產(chǎn)生與時間相關

13、, 在某一時刻產(chǎn)生的中斷造成事件(Event 的觸發(fā), 當事件觸發(fā), 仿真程序執(zhí)行相應的協(xié)議操作。采用中斷機制,OPNET 能真實地對網(wǎng)絡協(xié)議進行仿真。OPNET 的協(xié)議操作過程由有限狀態(tài)轉(zhuǎn)換機FS M 來描述,FS M 由狀態(tài)(State 和轉(zhuǎn)移條件(T ransition 組成, 在FS M 中, 狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換由中斷觸發(fā), 從而使協(xié)議在時間軸上有序地工作。在本文中, OP NET 仿真模型真實地模擬了采用IEEE 802. 11M AC 協(xié)議和DSR 路由協(xié)議的移動Ad H oc 網(wǎng)絡。3仿真性能分析通過計算機仿真對移動Ad H oc 網(wǎng)絡動態(tài)源路由協(xié)議(DSR 在不同網(wǎng)絡負荷、節(jié)點移動

14、性條件下的性能進行了分析, 仿真參數(shù)如表1所示。其中信源產(chǎn)生恒定比特率C BR 業(yè)務, 源節(jié)點與目的節(jié)點在本網(wǎng)絡中是隨機組合的, 每個源節(jié)點由隨機位置出發(fā)以隨機速度向隨機目的節(jié)點移動, 當?shù)竭_目的節(jié)點時, 暫停一段時間后再向另外一個節(jié)點移動, 暫停時間反映了節(jié)點的移動性。仿真收集4個性能指通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡技術標:數(shù)據(jù)投遞率、端-端延遲、平均路由跳數(shù)、路由包數(shù)。表1主要仿真參數(shù)參數(shù) 參數(shù)值參數(shù)參數(shù)值仿真節(jié)點50節(jié)點移動速度020m/s 源節(jié)點20,30節(jié)點暫停時間/s0,50, 120,300, 600,900數(shù)據(jù)包大小512byte 仿真區(qū)域1500m ×300m數(shù)據(jù)包平均到達間隔0.

15、 25s 傳輸范圍250 m數(shù)據(jù)包發(fā)送延遲30ms移動模型隨機圖1數(shù)據(jù)投遞率圖1為數(shù)據(jù)投遞率, 的數(shù)據(jù)之比, 反映網(wǎng)絡所能支持的最大吞吐量, 在一定程度上也反映了路由協(xié)議的正確性。如圖所示, DSR 路由協(xié)議的數(shù)據(jù)投遞率很高, 趨近于100%(因為本網(wǎng)絡路由開銷小, 使得數(shù)據(jù)投遞率達到100% 。當節(jié)點移動速度過快時, 數(shù)據(jù)投遞率有所下降, 這是由于DSR 路由協(xié)議過分依賴路由緩存, 網(wǎng)絡拓撲變化快時, DSR 面臨多條路由, 它只會從多條路徑中選擇1條最短的而非最新的, 有可能是1條已經(jīng)失效的路由。圖2端-端延遲圖2為端 -端延遲, 指所有可能的 延遲, 主要是數(shù)據(jù)在發(fā)送緩存器中的等待時間、

16、接口隊列的排隊時間、媒體接入時間、傳輸時間以及沖突重傳的時間。如圖所示, 當節(jié)點數(shù)增加或節(jié)點移動性加大時, 端-端延遲有所增加。在MAC 層采用適應Ad H oc 要求的媒體接入控制協(xié)議, 可以降低端-端延遲。圖3為平均路由跳數(shù), 它可以反映路由協(xié)議是否滿足實現(xiàn)多跳通信的中間轉(zhuǎn)接次數(shù)一般不超過3次的要求。如圖所示, 路由跳數(shù)維持在2跳以內(nèi), 說明DSR 路由協(xié)議滿足Ad H oc 網(wǎng)絡對路由協(xié)議跳數(shù)的要求。圖4路由包數(shù)圖3平均路由跳數(shù)圖4為路由包數(shù), 即路由開銷, 它可以評價路由協(xié)議的可擴展性、適應網(wǎng)絡拓撲變化的能力及其效率。如圖所示, DSR 路由協(xié)議的路由開銷隨著節(jié)點移動性的減小而降低,

17、隨著網(wǎng)絡負載的增加而增加, DSR , 路由, 從而大大降低了路由開銷。在同類反應式路由協(xié)議中, DSR 路由協(xié)議的路由開銷是最小的。4結(jié)束語移動Ad H oc 網(wǎng)絡作為未來通信的關鍵技術, 其路由算法已經(jīng)成為研究的熱點。本文對動態(tài)源路由協(xié)議(DSR 進行了研究, 并通過計算機仿真對其性能進行了分析, 仿真結(jié)果表明,DSR 路由協(xié)議能夠很好地適應網(wǎng)絡拓撲的動態(tài)變化, 提供良好的網(wǎng)絡連通性。參考文獻1BROCH JOSH ,M A LTZ DAVI D A ,JOH NS ON DAVI D B , etal. A per formance com paris on of multi 2hop

18、wireless Ad hoc netw ork routing protocols C /M obile C om puting and Netw orking ,1998:85-97. 2PERKI NS C , BH AG W AT P. Highly dynamic destination 2sequenced distance 2vector routing (DS DV for m obile com putersC/AC M SIG C O M M 94, Lond on ,1994:234-244. 3PEI G, GER LA M , CHE N T W. Fisheye state routing :arouting scheme for Ad hoc wireless netw orks C /Proceedings of ICC 2000,New Orleans ,LA ,Jun. 2000. 4PARK V ,C ORS ON M. A highly adaptive distributed routingalg orithm for m obile wireless netw orks C /IEEE In focom 97,K obe ,Japan ,Apr 1997:1405-1413. 5PERKI NS C ,R