AdHoc网络DSR路由协议仿真性能分析

1、Ad H oc 网络DSR 路由协议仿真性能分析王申涛1, 杨浩1, 周熙1, 刘小丽2(11重庆通信学院, 重庆400035;2. 北京军区66242部队, 内蒙古011216摘要:移动Ad H oc 网络是随着无线通信技术的快速发展而出现的一种新型网络。目前, 它的应用越来越广泛。在介绍移动Ad H oc 网络的相关技术后, 对动态源路由协议(DSR 进行了研究, 通过计算机仿真, 在不同的网络负荷、节点移动性条件下, 对移动Ad H oc 网络的性能进行了分析, 仿真结果表明DSR 路由协议对于移动环境下的动态路由适应性较好。关键词:移动Ad H oc ; 路由协议;DSR 协议; 仿真

2、中图分类号:T N91912文献标识码:A 文章编号:-(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重庆市自然

5、科学基金资助项目(项目编号:CSTC,2005BB2209 收稿日期:2005-11-18作者简介:王申涛(1980- , 男, 硕士。主要研究方向:移动Ad H oc 网络。0引言移动Ad H oc 网络是1种不依赖于任何基础设施而能随时随地组建、无中心自组织的临时性多跳网络。随着无线通信技术的发展和移动终端性能的提高, 它广泛地应用到战场通信指挥与控制、警察与医疗部门的抢险救灾、传感器网络、课堂教育等众多领域。Ad H oc 网络中的各节点兼有主机和路由器2种功能。节点之间通过多跳无线链路来相互进行通信, 每个节点在必要时都要充当路由器的角色来为其他节点转发数据包。而无线信道的不规则变化以

6、及节点的移动、加入、退出都会引起网络拓扑结构的动态变化。路由协议就是在这种环境中, 监控网络拓扑结构变化, 交换路由信息, 定位目的节点位置, 产生、维护和选择路由, 尽量避免路由环路的发生, 并根据选择的路由转发数据, 提供网络的连通性。Ad H oc 网络面临的1个主要问题是设计高效灵活的动态路由协议, 来快速发现需要通信的节点间的路由, 这种路由协议必须要适应由于节点的高度移动性导致网络拓扑结构发生的变化, 并且算法简单有效, 实现的程序代码短小精悍, 尽量节省能源。本文在介绍Ad H oc 网络的相关路由协议后, 对采用DSR 路由协议的Ad H oc 网络进行了计算机仿真性能分析,

7、得出了相关结论。1移动Ad H oc 路由协议按照路由发现策略, 移动Ad H oc 网络的路由协议可以分为先验式(Proactive 路由和反应式(Reactive 路由2种类型1。先验式路由协议中, 每个节点维护1张包含到达其他节点的路由信息的路由表。当检测到网络拓扑结构发生变化时, 节点在网络中发送更新消息, 收到更新消息的节点将更新自己的路由表, 来准确地反映网络的拓扑结构。源节点一旦要发送报文, 可以立即获得到达目的节点的路由。这种路由协议的时延较小, 但是路由协议的开销较大; 反应式路由协议又称为按需路由协议,通信系统与网络技术是1种当需要发送数据时才查找路由的路由算法。在这种路由

8、协议中, 节点不需要维护及时准确的路由信息, 只有当向目的节点发送报文时, 源节点才在网络中发起路由查找过程, 找到相应的路由。与先验式路由协议相比, 反应式路由协议的开销较小, 但是数据报传送的时延较大。为了解决无线Ad H oc 网络中的路由问题,IETF 成立了MANET 工作组来研究无线Ad H oc 中的路由协议。目前, 比较典型的Ad hoc 网络路由算法有:目的序列距离矢量路由协议(DS DV 、鱼眼状态路由协议(FSR 、临时按序路由算法(T ORA 、Ad H oc 网络的距离矢量路由协议(AODV 、动态源路由协议(DSR 。(1 目的序列距离矢量路由协议(DS DV 2路

9、由协议是在计的。H 议。DS DV 由的新旧程度, 防止DVA 可能产生的路由环路。它不适应变化速度快的自组网, 不支持单向信道。(2 鱼眼状态路由协议(FSR FSR 3是1个先验式的路由协议。它使用了鱼眼技术, 在不同鱼眼域中的节点以不同的频率(这个频率是由节点距离决定的 向邻居节点广播链路更新信息, 这能够大大减少链路状态更新信息, 从而降低了泛洪的开销。通过节点之间相互交换链路状态消息, 每个FSR 路由器都能获知网络全局的拓扑信息。(3 临时按序路由算法(T ORA T ORA 4是在有向无环图(DAG 算法的基础上提出的1种按需路由协议。它分为路由发现、路由维护和路由消除3个过程。

10、T ORA 的路由发现与其他按需路由协议一样, 首先在网中扩散路由请求分组。但在路由回答中, 采纳了DAG 算法。(4 Ad H oc 按需距离矢量路由协议(AODV AODV 5协议是在DS DV 协议基础上结合类似DSR 中的按需路由机制进行改进后提出的。不同之处在于AODV 采用了逐跳转发分组方式, 而DSR 是源路由方式。因此,AODV 在每个中间节点隐式保存了路由请求和回答的结果, 而DSR 将结果显式保存在路由请求和路由回答分组中。此外,AODV 的另一个显著特点是它加入了组播路由协议扩展, 并支持Q oS 。(5 动态源路由协议(DSR DSR 路由协议6是1种基于源路由的按需路

11、由协议, 它使用源路由算法, 发送方知道应该经过哪些中间节点一跳一跳地到达目的地, 这些路由存储在一个缓存中。数据包在它的包头携带所需的源路由信息。DSR 路由协议主要包括2个过程:路由发现和路由维持。当节点S 向节点D 发送数据时, 它首先检查缓存是否存在未过期的到目的节点的路由, 如果存在, 则直接使用可用的路由, 否则启动路由发现过程, 具体过程如下:源节点S 将使用洪泛法发送路由请求消息(RRE Q ,RRE Q 包含源和目的节点地址以及唯一的标志号, 中间节点转发RRE Q , 并附上自己的节点标识。当RRE Q D 或(此时, Q ,D S 发送路由应答, 该消息中将包含S 到D

12、的路由信息, S 到D 的路由供RREP 消息使用。源节点将此路由写入自己的缓存中以备今后使用。如果源路由中有一段链路不可用, 源节点S 将会收到1个路由错误(RERR 包。节点S 在缓存中删除所有用到这条链路的路由, 并在必要时再启动路由发现过程。2DSR 路由协议的仿真模型本文采用离散事件驱动的OPNET 网络仿真软件对DSR 路由协议进行仿真性能分析。OPNET 仿真模型由网络域模型(Netw ork M odel 、节点域模型(N ode M odel 、进程域模型(Process or M odel 组成。OPNET 核心的机制是中断(Interrupt 机制, 中断的产生与时间相关

13、, 在某一时刻产生的中断造成事件(Event 的触发, 当事件触发, 仿真程序执行相应的协议操作。采用中断机制,OPNET 能真实地对网络协议进行仿真。OPNET 的协议操作过程由有限状态转换机FS M 来描述,FS M 由状态(State 和转移条件(T ransition 组成, 在FS M 中, 状态之间的转换由中断触发, 从而使协议在时间轴上有序地工作。在本文中, OP NET 仿真模型真实地模拟了采用IEEE 802. 11M AC 协议和DSR 路由协议的移动Ad H oc 网络。3仿真性能分析通过计算机仿真对移动Ad H oc 网络动态源路由协议(DSR 在不同网络负荷、节点移动

14、性条件下的性能进行了分析, 仿真参数如表1所示。其中信源产生恒定比特率C BR 业务, 源节点与目的节点在本网络中是随机组合的, 每个源节点由随机位置出发以随机速度向随机目的节点移动, 当到达目的节点时, 暂停一段时间后再向另外一个节点移动, 暂停时间反映了节点的移动性。仿真收集4个性能指通信系统与网络技术标:数据投递率、端-端延迟、平均路由跳数、路由包数。表1主要仿真参数参数 参数值参数参数值仿真节点50节点移动速度020m/s 源节点20,30节点暂停时间/s0,50, 120,300, 600,900数据包大小512byte 仿真区域1500m ×300m数据包平均到达间隔0.

15、 25s 传输范围250 m数据包发送延迟30ms移动模型随机图1数据投递率图1为数据投递率, 的数据之比, 反映网络所能支持的最大吞吐量, 在一定程度上也反映了路由协议的正确性。如图所示, DSR 路由协议的数据投递率很高, 趋近于100%(因为本网络路由开销小, 使得数据投递率达到100% 。当节点移动速度过快时, 数据投递率有所下降, 这是由于DSR 路由协议过分依赖路由缓存, 网络拓扑变化快时, DSR 面临多条路由, 它只会从多条路径中选择1条最短的而非最新的, 有可能是1条已经失效的路由。图2端-端延迟图2为端 -端延迟, 指所有可能的 延迟, 主要是数据在发送缓存器中的等待时间、

16、接口队列的排队时间、媒体接入时间、传输时间以及冲突重传的时间。如图所示, 当节点数增加或节点移动性加大时, 端-端延迟有所增加。在MAC 层采用适应Ad H oc 要求的媒体接入控制协议, 可以降低端-端延迟。图3为平均路由跳数, 它可以反映路由协议是否满足实现多跳通信的中间转接次数一般不超过3次的要求。如图所示, 路由跳数维持在2跳以内, 说明DSR 路由协议满足Ad H oc 网络对路由协议跳数的要求。图4路由包数图3平均路由跳数图4为路由包数, 即路由开销, 它可以评价路由协议的可扩展性、适应网络拓扑变化的能力及其效率。如图所示, DSR 路由协议的路由开销随着节点移动性的减小而降低,

17、随着网络负载的增加而增加, DSR , 路由, 从而大大降低了路由开销。在同类反应式路由协议中, DSR 路由协议的路由开销是最小的。4结束语移动Ad H oc 网络作为未来通信的关键技术, 其路由算法已经成为研究的热点。本文对动态源路由协议(DSR 进行了研究, 并通过计算机仿真对其性能进行了分析, 仿真结果表明,DSR 路由协议能够很好地适应网络拓扑的动态变化, 提供良好的网络连通性。参考文献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