基于NS2的AdHoc网络路由协议仿真与分析

刘洋

摘要：利用以CentOS为平台的NS2网络仿真软件，对Ad Hoc网络中典型的路由协议 DSDV、DSR 、AODV进行仿真与分析。仿真中选取丢包率这个指标对DSDV、DSR 、AODV进行性能评估。通过改变数据流速度、节点停留时间来分析比较这些参数的改变对这三个协议性能的影响。

关键词：Ad Hoc 网络;DSDV;DSR;AODV

0 引言

在Ad Hoc网络中，各节点兼有主机和路由器的功能。移动节点之間通信是通过多路无线链路进行通信的，每个移动节点在必要时都要充当路由器的角色为其他节点转发数据包。[1]由于移动Ad Hoc网络的应用越来越广泛，设计高效灵活的动态路由协议成为研究的重点。本文介绍几种典型的路由协议，并通过仿真对其性能进行比较、分析。

1 Ad Hoc路由协议

1.1 DSDV

在DSDV（Destination Sequenced Distance Vector，目的节点序列距离矢量协议）协议中，每个节点周期性地广播它当前的路由表。每个收到该广播报文的节点将报文中的对应各目的节点的序列号与自身路由表中相应表项比较，如果报文中的序列号较高，则更新自己的路由表，将发送者指定为下一跳，并将距离增加一跳。在序列号相等但是报文中路由距离更小的情况下，节点也要更新自己的路由表。

当一个节点发现链路失效时，它将所有通过该节点转发的路由的距离设为无穷并将其序列号加1。由于更新了序列号，因此这一消息会传播到整个网络。这样所有这些目的路由指向的目的节点都有效地与此节点断开，直到有新的序列号产生并包含新的路由信息。

1.2 DSR

DSR（Dynamic Source Routing， 动态源路由协议）是一种基于源路由的按需路由协议。每个寻路分组在其头部携带完整分组所须经过节点顺序列表，发送方知道完整到达目的地路径。在DSR中，节点有高速缓冲区用于存放所知目的节点所有路由。当要发送分组时，节点先查询路由表。若目的节点和所需路由在路由表中，则使用这条路由;否则，广播路由请求分组进行寻路。路由请求分组到达的每个节点都检查自己路由表是否有到达目的节点路由。若有，就应答这个请求并提交这条路由。[2]

1.3 AODV

AODV（Ad Hoc On-Demand Distance Vector Routing，无线自组网按需平面距离向量路由协议）是一种随选驱动路由协议。当一个节点需要给网络中另外一个节点传送信息时，首先以广播的形式发出RREQ（Route Request），其中记录着发出的源节点和目的节点的地址，邻近节点收到RREQ，首先判断其中的目的节点是否就是自己，如果不是，再在记录中查找是否有到目的节点的路由。如果满足上边的任何一条就发出RREP（Route Reply）给源节点。如果不能满足就转发RREQ继续查找。对于每一条路由都对应着一个序列号，当路由更新时，序列号也随着更新。

AODV协议的路由维护是通过定期的广播hello报文来实现的。一旦发现某一个连接断开，节点就发送RRER（Route Error）报文通知那些因连接断开而不可达的节点删除相应的路由记录。

2 仿真与分析

2.1 NS2仿真流程

（1）利用setdest工具随机生成所需的节点运动场景。

（2）利用cbrgen工具生成随机数据流。

（3）编写TCL仿真文件。

（4）运行TCL脚本。

（5）利用Gawk程序语言对Trace文件进行分析处理。 [3]

2.2 性能评估指标

丢包率，该指标是反映网络衡量协议效率、可扩展性、在低带宽或拥塞情况下的性能和能耗效率。

丢包率=（1-接受数据包数/发送数据包数）*100%

2.3 仿真结果

2.3.1 数据流速度

仿真实验参数设置：100个节点，每个节点最大连接数10个，数据流速度依次为20、30、40、50、60、70、80、90、100个/秒，节点停留时间10秒，节点移动速度10米/秒，仿真时间100秒，仿真环境大小500米*500米。

从图1可以看出，随着数据流速度的增大，三个协议的丢包率都逐渐增加，DSDV起点最高，但当数据流速度较大时丢包率中等，DSR起点最低，且丢包率一直最低。AODV当数据流速度较大时丢包率最大。

2.3.2 节点停留时间

仿真实验参数设置：100个节点，每个节点最大连接数10个，数据流速度10个/秒，节点停留时间依次为10、20、30、40、50、60、70、80、90、100秒，节点移动速度10米/秒，仿真时间100秒，仿真环境大小500米*500米。

从图2可以看出，DSDV的丢包率随节点停留时间的增大而显著下降，DSR和AODV没有明显变化且丢包率都很低。

3 结论

3.1 DSDV

当网络中数据包传输量较小时，DSDV丢包率最大。当传输流量加大，DSDV丢包率在上升，但上升趋势最弱。在网络拓扑变化不明显时，丢包率三者差不多。而当网络拓扑变化明显时，DSDV的丢包率逐渐加大。

因此，DSDV 适用于网络拓扑较稳定、传输数据量大的 Ad Hoc网络。

3.2 DSR

当网络中数据包传输量较小时，DSR丢包率最低。当数据流量增大，DSR的丢包率一直保持最低。网络拓扑变化对DSR没有明显影响。

因此，DSR在三个路由协议中稳定性最好。

3.3 AODV

当网络中数据包传输量较小时， AODV丢包率中等。当传输流量加大，AODV丢包率逐渐变成三者中最大的。网络拓扑变化对AODV没有明显影响。

因此，AODV适用于数据传输量不大的 Ad Hoc网络。

4 结束语

文中使用NS2仿真软件对Ad Hoc网络中典型的路由协议DSDV、DSR 和AODV进行了仿真，通过改变网络流量、网络拓扑来分析这三个协议在不同环境下的运行效果，为之后的研究提供参考。

参考文献

[1] 何昆鹏，李腊元.Ad Hoc网络中按需路由协议的仿真与性能分析[J].计算机技术与发展，2008（03）：81-84.

[2] 翁睿，任祥颖，钱松荣.基于NS2的Ad Hoc网络路由协议性能比较分析[J].计算机应用与软件，2007（11）：130-132+197.

[3] 王玲，程静.基于Ad hoc无线网络的AODV路由协议仿真[J].成组技术与生产现代化，2014，31（03）：54-57.