基于NS2的移动AdHoc网络路由协议的仿真与改进

中山大学研究生学刊(自然科学、医学版)

第29卷第1期　JOURNAL OF T HE GRADUATES　VOL129№1 2008　S UN Y AT2SE N UN I V ERSI TY(NAT URAL SC I E NCES、M E D I C I N E)　2008

基于NS2的移动Ad Hoc网络路

由协议的仿真与改进3

许浩敏

(中山大学数学与计算科学学院,07硕,广州510275)

摘　要:本文介绍移动Ad Hoc网络的发展、特征与关键技术和应用领域,对移动Ad Hoc网络的表驱动路由协议DS DV和源发性按需式路由协议DSR、AODV进行深入的分析和比较,并基于Net w ork Si m ulat or(NS2)平台对以上三种路由协议进行仿真分析,对路由协议的网络性能指标(数据包成功接收率、端到端平均时延和路由负荷)进行了实验分析。本文通过修改AODV相应参数,得到改进协议AODV_I m p r ove ment。在实验设定的场景中,AODV_I m2 p r ove ment的数据包成功接收率、端到端平均时延和路由负荷等网络性能指标比AODV有了较大的改善,从而具有更强的适应性。

关键词:Ad Hoc,路由协议,AODV_I m p r ove ment,NS2

引言

移动Ad Hoc网络是一种移动、多跳、自律式系统,它是一种没有有线基础设施支持的移动网络,网络中的节点均由移动主机构成。这些年,移动通信和移动终端技术不断向前发展,使得Ad Hoc网络技术在军事通信、紧急服务、传感器网络、个人通信等方面得到广泛的应用。当前对Ad Hoc网络的研究主要包括Ad Hoc网络路由协议、媒体接入控制协议、Ad Hoc网络与蜂窝网的互联、基于Ad Hoc网络的多播/组播协议、TCP 协议、地址分配、功率控制、安全性问题、分布式算法、QoS等方面,在实验和应用网络的构建上,用蓝牙节点组建Ad Hoc网络也处于研究阶段。本文将对Ad Hoc网络的路由协议DS DV,DSR和AODV进行较深入的学习和研究,并基于NS2实现路由协议DS2 DV,DSR和AODV的仿真,对数据包成功接收率、端到端平均时延和路由负荷进行分析比较,验证3种路由协议的网络性能;然后针对AODV在高负载网络中存在的缺点对AODV进行相应的改进,得到改进的协议AODV_I m p r ove ment,并对AODV和AODV_ I m p r ovement进行仿真,分析和比较它们的网络性能,最后得出结论。

3收稿日期:2008-01-22

《研究生学刊》(自然科学、医学版)二○○八年第1期1　Ad Hoc网络路由协议

111　Ad Hoc路由协议的分类

Ad Hoc网络的路由协议大致可以分为先验式(Pr oactive)路由协议、反应式(Re2 active)路由协议以及混合式路由协议[1][2]。先验式路由协议又称为表驱动路由协议,在这种路由协议中,每个节点维护一张包含到达其它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,以维护一致的、及时的、准确的路由信息,所以路由表可以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。因此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,是一种当需要发送数据时才查找路由的路由算法。在这种路由协议中,节点不需要维护及时准确的路由信息,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。在Ad Hoc网络中单纯采用先验式或反应式路由协议都不能完全解决路由问题。在高速动态变化的Ad Hoc网络中,使用单纯的先验式路由协议会产生大量的控制报文,并且很多控制报文经常是无用的;如果单独采用反应式路由协议,需要为每个报文查找路由,这也是不合理的(特别是当连续向某个目的节点发送多个报文时)。由此可见,应用结合先验式和反应式路由协议优点的混合式路由协议是一种较好的折衷方案。在局部范围内使用先验式路由协议,维护准确的路由信息,并可缩小路由控制消息传播的范围,当目标节点较远时,通过查找发现路由,这样既可以减少路由协议的开销,时延特性也得到了改善。

及至目前,已经提出多达10-20种移动Ad Hoc网络路由协议,但最基本的、具有原创性的也不过几种,如DS DV、DSR、T ORA、AODV、CGSR和ABR等。如图1-1所示是对移动Ad Hoc网络路由协议的一个简单分类[3]。

图1-1　移动Ad Hoc网络路由协议分类

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　基于NS2的移动Ad Hoc网络路由协议的仿真与改进

112　三种典型的Ad Hoc网络路由协议

11211　DS DV

目标排序距离矢量路由协议(Destinati on Sequenced D istance Vect or Routing,DS DV)是Bell m an-Ford路由算法即距离矢量(DV,D istance Vect or)算法[4]的改进。DS DV的主要思想就是在DV基础上加上目的节点的序列号,用于防止由于节点运动而产生的路由环和死锁等问题。但由于相邻节点之间必须周期性地交换路由表信息,所以会占据很大一部分网络资源,开销过大,这种交换所产生的开销以n2增长。当然也可以根据路由表的改变来触发路由更新。

NS2实现DS DV路由协议的具体策略如下:一个没有找到路由的分组到达节点后首先被缓存,同时节点发送路由查询消息,直到接收到来自接收端的路由响应消息,被缓存的分组才会被发送出去。当然,节点对于缓存的分组来说,通常有一个缓存门限,即最大缓存尺寸(Maxi m um Buffer Size)[5]。一旦缓存的分组超过了这个门限,新到达的需要缓存的分组就会被直接丢弃。分组到达目的节点后将直接由地址解复用器送到相应的端口,而后由端口将分组送到与其对应的目的代理。

11212　DSR

动态源路由协议(Dyna m ic Source Routing,DSR)[6]是一个简单有效的按需协议,特别为多跳无线Ad Hoc网络中的移动节点所设计。它允许节点动态地发现到达目的节点的多跳由。所谓源路由,是指在每个数据分组的头部携带有在到达目的节点之前所有分组必须经过的节点的列表,即分组中含有到达目的节点的完整路由。DSR不用周期性地广播路由控制信息,这样就能减少网络的带宽开销,节约了电池能量消耗,避免了移动Ad Hoc网中大范围的路由更新。

DSR的优点在于:

(1)它是源路由协议,中间节点无需维持更新的路由信息。

(2)由于DSR的数据分组中携带有完整的路由,一个节点可以通过扫描收到的数据分组来获取整个完整路由中需要的某一部分路由信息。

(3)DSR对于链路的对称性无要求。

(4)比链路状态协议或DV协议反应更快。

DSR缺点是:若使用DSR协议,网络规模不能太大,否则,由于分组携带了完整的路由,随着网络的增大,分组的头部就会变得很长,路由分组也会很长。对于带宽受限的移动Ad Hoc网络而言,带宽利用率就会很低。

11213　AODV

Ad Hoc按需距离矢量路由协议(Ad Hoc On de mand D istance Vect or Routing, AODV)[7]是基于距离矢量的算法。它可以说是按需式和表驱动式的一种结合,具备了两种方式的优点。它的处理过程简单,存储开销很小,能对链路状态的变化作出快速反应。AODV路由算法属于按需路由算法,即仅当有源节点需要向某目的节点通信时,才

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