馮欣，尹方超，賀麗柏，韓永林

（長春理工大學(xué) 計算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長春 130022）

移動自組網(wǎng)(MobileAdhocnetwork，MANET)是一種不需要基礎(chǔ)設(shè)施支持的無線網(wǎng)絡(luò)，具有移動、分布和多跳的特點。網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點具有終端和路由器的雙重功能。由于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動態(tài)變化、通信帶寬有限以及能量有限等原因，使得移動自組網(wǎng)的研究極具挑戰(zhàn)性。為了最大限度的節(jié)省能量消耗和提高通信帶寬，路由協(xié)議的選擇和設(shè)計就顯得非常重要，它既是信息的傳輸策略問題，也涉及到網(wǎng)絡(luò)的管理問題。目前自組織網(wǎng)的路由協(xié)議一般分為兩種：路由表協(xié)議(table driven)和源始發(fā)的按需路由協(xié)議(source-initiated on-demand driven)。路由表協(xié)議包括有：DSDV、CGSR、WRP等，源始發(fā)的按需路 由 協(xié) 議 有：DSR、AODV、LMR、TORA、ABR、SSR等。本文主要對DSR和AODV進(jìn)行了分析研究，并且模擬仿真出相關(guān)的性能參數(shù)。

1 相關(guān)工作

AODV協(xié)議屬于源始發(fā)按需路由選擇（sourceinitiatedondemandrouting）協(xié)議，又被稱為反應(yīng)式路由協(xié)議。與按表驅(qū)動的路由協(xié)議相反，按需驅(qū)動的路由協(xié)議不需要定期交換、更新路由信息，只有當(dāng)源節(jié)點需要時才建立路由。一旦檢驗完所有可能的路由排列方式或找到新的路由后就結(jié)束路由發(fā)現(xiàn)過程；當(dāng)新的路由建立后，由路由維護(hù)程序來維護(hù)這條路由，直到鏈路中不再需要或發(fā)生鏈路斷開為止。因此，使用按需驅(qū)動路由協(xié)議的節(jié)點往往只包含一部分網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?。常用的按需?qū)動的路由協(xié)議有DSR、AODV、TORA等。本文將主要對AODV進(jìn)行性能分析與研究。

1.1 動態(tài)源路由協(xié)議（DSR）

DSR是基于源路由概念的按需自適應(yīng)路由協(xié)議。移動節(jié)點需保留存儲節(jié)點所知的源路由的路由緩沖器。當(dāng)新的路由被發(fā)現(xiàn)時，緩沖器內(nèi)的條目隨之更新。

DSR主要由兩部分組成：路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)，具體工作流程如圖1和圖2所示。源節(jié)點A將路由請求（RREQ）消息局部廣播發(fā)送出去，如果目標(biāo)節(jié)點E收到該請求包，給請求源 A回答一個RREP消息，路由請求源收到RREP消息后在本地Route Cache中緩存路由信息。

圖1 路由發(fā)現(xiàn)過程中的RREQFig.1 RREQ in route discovery process

圖2 路由發(fā)現(xiàn)過程中的RREPFig.2 RREP in route discovery process

路由維護(hù)通過路由錯誤分組（Route Error）和確認(rèn)分組來實現(xiàn)，如圖3所示。每個節(jié)點確保使用源路由發(fā)送/轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)分組被路由中的下一跳接收；如果沒有收到下一跳的確認(rèn)則不斷重發(fā)（至最大重試次數(shù)）。而對于確保數(shù)據(jù)報被逐跳轉(zhuǎn)發(fā)，可以用：

（1）鏈路級的確認(rèn)（IEEE802.11）；

（2）被動確認(rèn)（B偵聽C向D轉(zhuǎn)發(fā)）；

（3）要求DSR軟件返回確認(rèn)；

圖3 路由維護(hù)中的RRERFig.3 RRER in route maintenance

1.2 按需距離矢量路由協(xié)議(AODV）

AODV實質(zhì)上就是DSR和DSDV的綜合，它借用了 DSR中路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)的基礎(chǔ)程序以及DSDV中端到端的路由選擇、序列號碼及周期性的更新信息的用法。但是和DSDV保存完整的路由表不同的是，AODV通過建立基于按需的路由來減少路由廣播的次數(shù)，這是AODV對DSDV的重要改進(jìn)。與DSR相比，AODV的好處在于源路由并不需包括在每一個數(shù)據(jù)包中，這樣會使路由協(xié)議的開銷有所降低。

AODV路由協(xié)議的路由發(fā)現(xiàn)過程與DSR類似，包括路由建立分為反向路由的建立和前向路由的建立。而與DSR路由協(xié)議的源路由相比，AODV路由協(xié)議的路由信息分散在各個節(jié)點中。

AODV路由維護(hù)采用本地修復(fù)和源節(jié)點修復(fù)兩種方式。當(dāng)某節(jié)點發(fā)現(xiàn)鏈路失效時，若該節(jié)點離目的節(jié)點的距離不大于MAX_REPAIR_TTL(最大修復(fù)長度)跳，則在一個局部范圍內(nèi)發(fā)送RREQ，以發(fā)現(xiàn)該節(jié)點到達(dá)目的節(jié)點的路由。若本地修復(fù)失敗，需使用路由錯誤報文通知源節(jié)點。AODV路由表中包含一個前驅(qū)節(jié)點列表，表中記錄了所有使用該路由進(jìn)行分組發(fā)送的前驅(qū)節(jié)點，該節(jié)點利用表中的信息將RERR報文發(fā)往源節(jié)點，重新發(fā)現(xiàn)路由。

2 實驗及結(jié)果仿真

2.1 實驗場景設(shè)置

在TCL文件中輸入場景設(shè)置程序，其中節(jié)點配置用tcl語言，在sourceinsight環(huán)境中編寫代碼，最后用NS2自帶的繪圖工具nam將網(wǎng)絡(luò)環(huán)境用圖形表示，如圖4所示。

圖4 模擬網(wǎng)絡(luò)場景Fig.4 Simulated network scenarios

在本場景中，配置30個移動節(jié)點，使其隨機(jī)的移動，在移動過程中不斷發(fā)出信息，同時各節(jié)點也會在自身傳輸信息過程中受到其他節(jié)點的干擾。場景時間設(shè)置為2000ms。用這種比較簡單的模擬工具就可以將待分析的DSR和AODV兩種協(xié)議的QoS性能指標(biāo)數(shù)據(jù)取出。

2.2 性能指標(biāo)分析及仿真

表示Adhoc網(wǎng)的性能指標(biāo)有平均分組投遞率和端到端平均時延等。其表示分別如下所示：

分組投遞率 deliver反映了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃阅堋?/p>

端到端時延反映了AODV路由協(xié)議的有效性。

吞吐量是指在沒有幀丟失的情況下，設(shè)備能夠接受的最大速率。反映了單位時間內(nèi)在該協(xié)議下分組傳輸?shù)目炻潭取?/p>

圖5 分組投遞率隨節(jié)點數(shù)的變化Fig.5 Packet delivery rate with the change in the number of nodes

圖6 平均端到端時延Fig.6 Average desay of end to end

當(dāng)將TCL文件配置好后，利用ns命令來運(yùn)行，會得到tr和nam文件。tr文件中的數(shù)據(jù)格式為：s 10.000000000_0_AGT---0 cbr 512［0 0 0 0］-------［0:0 2:0 32 0］［0］0 0。其含意為：在第10s時一個ID為0的節(jié)點應(yīng)用層發(fā)出了一個CBR分組，這個分組的UID為0，長度為512，源地址0：0，目標(biāo)地址2:0，分組生存周期32。

用awk文件從中取出所用數(shù)據(jù)，最后用gnupolt命令繪制圖形，如圖5和圖6所示。

從圖5可以看出越多節(jié)點參與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，分組投遞率就越高，表示網(wǎng)絡(luò)的傳輸可靠性就越高。

從圖6可以看出：在Ad hoc網(wǎng)中，隨著節(jié)點數(shù)的增加，平均端到端時延逐漸增大，這使得網(wǎng)的整體反應(yīng)變慢。所以在能完成相同的任務(wù)前提下，盡量減少節(jié)點數(shù)目。

從圖7可以看出，在AODV協(xié)議中網(wǎng)絡(luò)吞吐量要比DSR協(xié)議中的網(wǎng)絡(luò)吞吐量高。

3 結(jié)束語

本文首先對Adhoc網(wǎng)中的經(jīng)典路由協(xié)議AODV在原理做了詳細(xì)的介紹。初步對比了DSR和AODV之間存在的性能差異。以此為基礎(chǔ)，利用網(wǎng)絡(luò)仿真工具NetworkSimulator配置出符合實際的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和參數(shù)，對經(jīng)典的DSR和AODV兩種協(xié)議的兩個質(zhì)量服務(wù)（QoS）性能指標(biāo)（分組投遞率、平均端到端時延、吞吐量）做了詳細(xì)的分析和研究。最后的實驗結(jié)果仿真表明：在相同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，AODV的QoS性能要比DSR的更為優(yōu)越。這一結(jié)論對將來設(shè)計高效的路由協(xié)議、處理網(wǎng)絡(luò)中自私節(jié)點工作都具有重要的指導(dǎo)意義。

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