Ad Hoc 三种路由协议的仿真和性能分析
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摘要：无线自组网络（ad hoc）由于可以在没有基础设施支持的情况下灵活方便的通信，逐渐吸引了业界的注意力。该文以NS2为模拟工具，模拟比较了3种常见的路由协议AODV、DSDV 和AOMDV，并将各个协议的平均时延，路由开销，投递率三个方面进行了性能分析和比较。
关键词：Ad Hoc；路由协议；性能
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）28-6284-03
1 关于Ad hoc
Ad hoc网络不需要固定基础设施的支持，网络中的节点作为移动主机可以自由的组网以实现灵活方便的通信，这些节点可以任意移动，随时加入或离开网络。Ad hoc网具有无中心、自组织、多跳路由、动态拓扑的特点，可以使移动节点方便、快速的自组起网络、从而传送信息。
Ad hoc网络的特点是节点间的通信可经过多个其他中间节点转发，因为Ad hoc中的节点具有报文转发的能力。Ad hoc网络可用于军事，也可用于灾难救助，当有线通信设施损坏或无法保证可靠的通信时，Ad hoc网络会快速建立通信网络，完成紧急通信任务。
在Ad hoc网络中，节点同时担任路由器的工作，他们之间的通信有有限的范围，一旦超过这个范围就无法直接通信，此时需要其他中间节点来转发信息，这称为多跳，因此Ad hoc网络中的节点一般是通过多跳完成通信的。路由技术在无线Ad hoc网络中担负着为数据分组寻找路由和将其传送到目的地的任务。所以路由技术在无线Ad hoc网络中是一个重要研究课题[1]。
Ad hoc网络的网络路由协议大体可分为两大类：先应式路由协议（表驱动路由协议）和按需路由协议（反映式路由协议）[2]。
2.1 目的序列距离矢量路由协议（DSDV）
DSDV是一种表驱动路由。为了防止产生路由环路，它采用了序列号机制来区分路由的新旧程度，也可以避免产生环形路由，选择路由时，会选择序列号最大的路由，若序列号相同，则会选择跳数最小的路由。在DSDV中，每个移动节点都需要维护一个路由表，路由表表项包括目的地址、跳数、节点相关的序列号以及目的地路由序列号（递增的）等信息[3]。路由表可以通过全部更新和部分更新的方式来进行更新，前者适用于网络变化较快时，后者适用于网络变化较慢的情况。
2.2 按需距离矢量路由协议（AODV）
AODV可以称为纯粹的按需路由协议。AODV会在需要时启动路由发现过程来寻找路由，这样大大降低了路由开销，期间会通过广播hello消息来检查路由状态，以此进行路由维护。AODV只寻找一条从源节点到目的节点的路由。AODV实际以DSDV为基础，结合 DSR中的按需路由思想并加以改进形成[4]。
2.3按需多路径距离矢量路由（AOMDV）
AOMDV协议是对AODV协议的扩展，它与AODV的主要区别在于路由发现过程中发现的路径数，在AOMDV协议中，源节点到目的节点之间会建立多条不相交路径，之后会选择其中一条作为主路径，其他作为备份路径。AOMDV和AODV协议一样，也包括路由发现和路由维护两部分。
3.1 仿真场景
本文使用NS2[5]对以上三种路由协议进行仿真。仿真节点个数为50个，节点的传输半径设定为250mm，节点随机分布在800 x 800m的矩形区域内，仿真时间为100s，最大移动速度分别为1m/s，10m/s，20m/s，30m/s，40m/s，50m/s，仿真采用CBR（Constant Bit Rate）流量源，最大连接数为40。
3.2 仿真结果分析
如图1所示，随着最大移动速度的增大，AODV、DSDV和AOMDV延迟都增加；在整个模拟过程中AOMDV协议的延迟始终大于DSDV，小于AODV；AOMDV是一个多径路由，相比AODV来说减少了路由发现的次数；而DSDV协议中每个节点都会维护一个路由表，会在适当的时间更新路由表，因此节点移动性增强基本对延迟影响不大。在整个模拟过程中随着移动速度的增大三者的延迟变化都较平稳。
如图2所示，AODV协议和AOMDV协议的数据包投递率明显优于DSDV协议，AODV投递率最高。DSDV的分组投递率最低，因为DSDV中的各个节点只维护到其他某个特定节点的一条路由，不存在备用路由。节点的平均运动速度越高，数据包投递率越低，这是符合实际情况的，节点运动速度的增加会加大路由的维护难度、增加丢包率。而AOMDV协议在所有路由都失效后才会再次寻找路由，因此若其中若干条路由失效，那么AOMDV协议就有可能会在失效的路由间频繁的切换、寻找有效路由，相比AODV会丢失更多的数据分组。
如图3所示，随着节点移动速度的增大，AODV，DSDV，AOMDV的开销值都有一定幅度的提高。因为在发送数据包的时候先从路由表中找到能到达目的节点的路由，若速度增大，寻找的路径的开销就越大，所以开销值也越大。如图中所示，DSDV相比其他两个开销最小，DSDV协议中每个节点都会维护一个路由表，会在适当的时间更新路由表，因此路由开销与节点移动性强弱没有太大关联。而AOMDV和AODV都是按需路由协议，节点移动性增强必然导致路由开销增大。而AOMDV是一个多路径路由，相比AODV来说降低了路由开销。
4 结束语
本文利用网络仿真软件——NS2模拟了AODV、AOMDV和DSDV三种路由协议。其中AODV和AOMDV是按需路由协议，DSDV是表驱动路由协议。该文通过在不同的移动速度下，对三种路由协议的分组投递率、端到端平均延迟、路由开销作了比较。在六种不同移动速度下通过多次模拟实验得出，DSDV适用于节点运动速度低的情况下，此时路由的投递率高，开销值和平均时延都比较低。当节点运动激烈的情况下，使用AOMDV和AODV协议较好，特别是AOMDV协议，性能较稳定，数据成功传送率较高，而且平均时延较低。
参考文献：
[1] 史美林，英春.自组网路由协议综述[J]. 通信学报， 2001， 22（11）： 93-103.
[2] 李志方，马宏伟.AODV和DSR无线移动网络路由协议性能分析[J].电脑知识与技术，2009，5（10）： 2581-2583.
[3] 周莉，张燕，徐璐蕾， 等. Ad Hoc网络路由协议DSDV的仿真研究与实现[J]. 福建电脑， 2012（11）： 93-95.
[4] 高明亮，曹晟熙. 移动自组织网络AODV路由协议的仿真与性能分析[J].控制工程，2009（16）：142-144.
[5] 徐雷鸣，庞博，赵耀.NS与网络模拟[M].北京：人民邮电出版社，2003.