Ad hoc网中经典路由协议QoS性能研究

冯欣，尹方超，贺丽柏，韩永林

（长春理工大学 计算机科学技术学院，长春 130022）

移动自组网(MobileAdhocnetwork，MANET)是一种不需要基础设施支持的无线网络，具有移动、分布和多跳的特点。网络中的所有节点具有终端和路由器的双重功能。由于网络拓扑结构动态变化、通信带宽有限以及能量有限等原因，使得移动自组网的研究极具挑战性。为了最大限度的节省能量消耗和提高通信带宽，路由协议的选择和设计就显得非常重要，它既是信息的传输策略问题，也涉及到网络的管理问题。目前自组织网的路由协议一般分为两种：路由表协议(table driven)和源始发的按需路由协议(source-initiated on-demand driven)。路由表协议包括有：DSDV、CGSR、WRP等，源始发的按需路 由 协 议 有：DSR、AODV、LMR、TORA、ABR、SSR等。本文主要对DSR和AODV进行了分析研究，并且模拟仿真出相关的性能参数。

1 相关工作

AODV协议属于源始发按需路由选择（sourceinitiatedondemandrouting）协议，又被称为反应式路由协议。与按表驱动的路由协议相反，按需驱动的路由协议不需要定期交换、更新路由信息，只有当源节点需要时才建立路由。一旦检验完所有可能的路由排列方式或找到新的路由后就结束路由发现过程；当新的路由建立后，由路由维护程序来维护这条路由，直到链路中不再需要或发生链路断开为止。因此，使用按需驱动路由协议的节点往往只包含一部分网络拓扑信息。常用的按需驱动的路由协议有DSR、AODV、TORA等。本文将主要对AODV进行性能分析与研究。

1.1 动态源路由协议（DSR）

DSR是基于源路由概念的按需自适应路由协议。移动节点需保留存储节点所知的源路由的路由缓冲器。当新的路由被发现时，缓冲器内的条目随之更新。

DSR主要由两部分组成：路由发现和路由维护，具体工作流程如图1和图2所示。源节点A将路由请求（RREQ）消息局部广播发送出去，如果目标节点E收到该请求包，给请求源 A回答一个RREP消息，路由请求源收到RREP消息后在本地Route Cache中缓存路由信息。

图1 路由发现过程中的RREQFig.1 RREQ in route discovery process

图2 路由发现过程中的RREPFig.2 RREP in route discovery process

路由维护通过路由错误分组（Route Error）和确认分组来实现，如图3所示。每个节点确保使用源路由发送/转发的数据分组被路由中的下一跳接收；如果没有收到下一跳的确认则不断重发（至最大重试次数）。而对于确保数据报被逐跳转发，可以用：

（1）链路级的确认（IEEE802.11）；

（2）被动确认（B侦听C向D转发）；

（3）要求DSR软件返回确认；

图3 路由维护中的RRERFig.3 RRER in route maintenance

1.2 按需距离矢量路由协议(AODV）

AODV实质上就是DSR和DSDV的综合，它借用了 DSR中路由发现和路由维护的基础程序以及DSDV中端到端的路由选择、序列号码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通过建立基于按需的路由来减少路由广播的次数，这是AODV对DSDV的重要改进。与DSR相比，AODV的好处在于源路由并不需包括在每一个数据包中，这样会使路由协议的开销有所降低。

AODV路由协议的路由发现过程与DSR类似，包括路由建立分为反向路由的建立和前向路由的建立。而与DSR路由协议的源路由相比，AODV路由协议的路由信息分散在各个节点中。

AODV路由维护采用本地修复和源节点修复两种方式。当某节点发现链路失效时，若该节点离目的节点的距离不大于MAX_REPAIR_TTL(最大修复长度)跳，则在一个局部范围内发送RREQ，以发现该节点到达目的节点的路由。若本地修复失败，需使用路由错误报文通知源节点。AODV路由表中包含一个前驱节点列表，表中记录了所有使用该路由进行分组发送的前驱节点，该节点利用表中的信息将RERR报文发往源节点，重新发现路由。

2 实验及结果仿真

2.1 实验场景设置

在TCL文件中输入场景设置程序，其中节点配置用tcl语言，在sourceinsight环境中编写代码，最后用NS2自带的绘图工具nam将网络环境用图形表示，如图4所示。

图4 模拟网络场景Fig.4 Simulated network scenarios

在本场景中，配置30个移动节点，使其随机的移动，在移动过程中不断发出信息，同时各节点也会在自身传输信息过程中受到其他节点的干扰。场景时间设置为2000ms。用这种比较简单的模拟工具就可以将待分析的DSR和AODV两种协议的QoS性能指标数据取出。

2.2 性能指标分析及仿真

表示Adhoc网的性能指标有平均分组投递率和端到端平均时延等。其表示分别如下所示：

分组投递率 deliver反映了网络传输的可靠性能。

端到端时延反映了AODV路由协议的有效性。

吞吐量是指在没有帧丢失的情况下，设备能够接受的最大速率。反映了单位时间内在该协议下分组传输的快慢程度。

图5 分组投递率随节点数的变化Fig.5 Packet delivery rate with the change in the number of nodes

图6 平均端到端时延Fig.6 Average desay of end to end

当将TCL文件配置好后，利用ns命令来运行，会得到tr和nam文件。tr文件中的数据格式为：s 10.000000000_0_AGT---0 cbr 512［0 0 0 0］-------［0:0 2:0 32 0］［0］0 0。其含意为：在第10s时一个ID为0的节点应用层发出了一个CBR分组，这个分组的UID为0，长度为512，源地址0：0，目标地址2:0，分组生存周期32。

用awk文件从中取出所用数据，最后用gnupolt命令绘制图形，如图5和图6所示。

从图5可以看出越多节点参与数据转发，分组投递率就越高，表示网络的传输可靠性就越高。

从图6可以看出：在Ad hoc网中，随着节点数的增加，平均端到端时延逐渐增大，这使得网的整体反应变慢。所以在能完成相同的任务前提下，尽量减少节点数目。

从图7可以看出，在AODV协议中网络吞吐量要比DSR协议中的网络吞吐量高。

3 结束语

本文首先对Adhoc网中的经典路由协议AODV在原理做了详细的介绍。初步对比了DSR和AODV之间存在的性能差异。以此为基础，利用网络仿真工具NetworkSimulator配置出符合实际的网络环境和参数，对经典的DSR和AODV两种协议的两个质量服务（QoS）性能指标（分组投递率、平均端到端时延、吞吐量）做了详细的分析和研究。最后的实验结果仿真表明：在相同网络环境下，AODV的QoS性能要比DSR的更为优越。这一结论对将来设计高效的路由协议、处理网络中自私节点工作都具有重要的指导意义。

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