1 引言

　　移動Adhoc網(wǎng)絡即移動自組網(wǎng)（MobileAdhocNetwork,MANET），是一個臨時性網(wǎng)絡，它由攜帶無線收發(fā)設備的移動節(jié)點組成，具有自創(chuàng)造、自組織和自管理的特點。MANET組網(wǎng)因為靈活快捷、設施投資少，并且不受固定拓撲的限制，它的應用范圍正在越來越迅速地由軍事通信向民用系統(tǒng)擴展，而其路由協(xié)議的開發(fā)和研究逐漸成為熱門焦點，協(xié)議性能評估的重要性也日益凸現(xiàn)。而通過模擬網(wǎng)絡環(huán)境對協(xié)議性能進行測試和評估實現(xiàn)代價低，控制靈活方便，因此被廣泛采用。

　　目前，IETF公布了一系列的有關Adhoc路由的草案：AODV、TORA、DSR、OLSR、DDM、MAODV、TBRPF、LANMAR、FSR等，根據(jù)路由的驅動方式可以把路由選擇協(xié)議分成表驅動路由協(xié)議（又稱先應式路由協(xié)議）和源驅動按需路由協(xié)議（又稱反應式路由協(xié)議）。

　　其中DSDV是經(jīng)典的表驅動路由算法，AODV是經(jīng)典的源驅動路由算法。

　　在實際工作中需要實現(xiàn)Adhoc網(wǎng)絡時，必須根據(jù)具體的應用環(huán)境選擇合適的路由協(xié)議。

　　本文將利用NS2仿真軟件對DSDV和AODV這兩個協(xié)議進行對比分析，并結合智能小區(qū)移動AdHoc網(wǎng)絡的特征，為智能小區(qū)移動AdHoc網(wǎng)絡選擇一個合適的路由協(xié)議。

　　2 應用環(huán)境以及協(xié)議介紹

　　2.1 智能小區(qū)移動AdHoc網(wǎng)絡特征

　　智能小區(qū)移動AdHoc網(wǎng)絡具有以下特征：

　?、傩∫?guī)模低帶寬需求。一般移動節(jié)點數(shù)在20到50個左右，覆蓋范圍為1000m×1000m，而且其通信具有間隙性、集中度較低的特點，同時考慮到可用頻段問題，一般其可用帶寬較小；

　?、诠?jié)點移動速度低。智能小區(qū)的節(jié)點主要處于靜止或低速運動狀態(tài)（運動速度0-5m/s）；

　?、劭煽啃院头召|量要求高。根據(jù)信息產(chǎn)業(yè)部的規(guī)定，在雙向語音通信中，時延一般在100ms－500ms之間；時延抖動不能超過50ms；從用戶角度，丟包率不能超過2%，而且在5分鐘內，包接收率不能低于75%。

　?、芤竽芰抗?jié)省。

　　2.2 DSDV和AODV

　　協(xié)議DSDV是一種無環(huán)路距離向量路由協(xié)議，它是傳統(tǒng)的Bellman-Ford路由協(xié)議的改進。

　　其特點是利用目的節(jié)點序列號解決了DBF算法的路由環(huán)路和無窮計數(shù)問題。在DSDV中，每個節(jié)點保存一張路由表，路由表維護本節(jié)點到網(wǎng)絡內部所有可達的目的節(jié)點的路由。路由條目中保存目的節(jié)點的序列號，用以區(qū)別新舊路由。為維護路由表，節(jié)點周期性地廣播路由更新分組。收到路由更新分組后，節(jié)點比較其中的目的節(jié)點序列號和自己保存的同一目的節(jié)點的序列號，如果前者大，就更新自己的路由；如果路由序列號相同，則選擇具有較少跳數(shù)的路由。路由更新分組要延遲一段時間發(fā)送，以防止路由表的波動。

　　AODV是一種按需路由協(xié)議，它根據(jù)業(yè)務需求建立和維護路由。AODV協(xié)議由DSDV算法發(fā)展而來。為了找到通往目的節(jié)點的路由，源節(jié)點將廣播一個路由請求分組（RREQ），收到RREQ的中間節(jié)點根據(jù)RREQ中的信息，建立到源節(jié)點的路由——在路由表中增加一個路由條目——稱為“反向路由”。反向路由條目的目的節(jié)點是廣播RREQ的源節(jié)點，下一跳節(jié)點是將RREQ發(fā)送給本節(jié)點的鄰節(jié)點。然后它再向周圍節(jié)點廣播此分組。如果目的節(jié)點收到RREQ則向源節(jié)點回復路由應答分組（RREP），RREP沿著剛剛建立的反向路由向源節(jié)點傳送，在此過程中，收到RREP的節(jié)點建立到目的節(jié)點的路由——在路由表中增加一個條目——稱為“正向路由”。正向路由條目的目的節(jié)點是RREP的源節(jié)點，下一跳是將RREP發(fā)送給本節(jié)點的鄰節(jié)點。節(jié)點的移動可能導致原來的路由不可用，針對以上情況，AODV協(xié)議有兩種處理方式：本地修復和源節(jié)點重建路由。

　　3 DSDV和AODV性能仿真與比較

　　3.1 路由協(xié)議性能評估指標

　　為了判斷和衡量某種路由協(xié)議的性能高低，需要通過定性和定量的評估指標來度量。而且這些指標應該獨立于欲測評的協(xié)議類型，同時對所有路由協(xié)議均適用?？紤]到智能小區(qū)移動AdHoc網(wǎng)絡的特征，并且參照InternetRF2501，本模型提出四種定量指標：

　　（1）分組平均遞交率

　　即目的節(jié)點接收到的數(shù)據(jù)包個數(shù)與源發(fā)送的數(shù)據(jù)包個數(shù)之比，綜合反映了數(shù)據(jù)分組傳輸過程路徑中中斷修復、發(fā)送緩沖區(qū)溢出、接口隊列溢出，MAC分組沖突等因素對端到端分組遞交率的影響，也反映了網(wǎng)絡傳輸?shù)目煽啃?，遞交率越高可靠性越大。

　　（2）端到端的平均時延

　　目的節(jié)點的分組接收時間與源節(jié)點的相應分組發(fā)送時間的平均差值，包括路由查找時延、數(shù)據(jù)包在接口隊列中的等待時延，傳輸時延及MAC層的重傳時延，反映了路由有效性，尤其對話音包來說，時延太大會嚴重影響通信質量。

　?。?）歸一化的路由協(xié)議開銷

　　即為傳遞數(shù)據(jù)包，平均每個數(shù)據(jù)包所需要的路由包的個數(shù)。

　　它反映了網(wǎng)絡的擁塞程度和節(jié)點電源的效率，開銷大的協(xié)議擁塞的概率就大，且會延遲接口隊列中數(shù)據(jù)包的發(fā)送。

　?。?）平均跳數(shù)

　　數(shù)據(jù)包從源節(jié)點到目的節(jié)點所經(jīng)過的平均跳數(shù)，反映了網(wǎng)絡拓撲結構、節(jié)點通信范圍及路由效率。

　　3.2 仿真工具及參數(shù)配置仿真工具

　　采用由UCBerkley大學開發(fā)的NS2，這是一個事件驅動和面向對象網(wǎng)絡仿真工具。NS2仿真環(huán)境中主要有C++和OTCL兩種分工不同的開發(fā)語言，C++語言來描述網(wǎng)絡協(xié)議中的細節(jié)，OTCL語言來配置仿真活動中的各種參數(shù)，建立仿真的整體框架。在C++和OTCL之間通過一種稱為TCLCL工具包來實現(xiàn)相互自由地調用。

　　NS-2仿真的基本步驟為：

　?、賱?chuàng)建網(wǎng)絡；

　?、诮⒐?jié)點間的連接；

　?、蹌?chuàng)建流量；

　?、軇?chuàng)建事件調度器，即規(guī)定節(jié)點何時采取什么動作（包括發(fā)數(shù)據(jù)包、移動等）；

　?、莞櫡抡孢^程，提取重要數(shù)據(jù)作為仿真結果輸出到trace文件中保存，仿真結果是進行參數(shù)分析的基礎。

　　對于無線網(wǎng)絡的仿真，創(chuàng)建網(wǎng)絡之前需要配置節(jié)點參數(shù)。根據(jù)智能小區(qū)的需求，在進行DSDV和AODV協(xié)議性能對比時，采用以下參數(shù)配置：節(jié)點數(shù)為50個、節(jié)點速度為5m/s（0~20m/s）、拓撲范圍為1000×1000、天線為全方位天線、停留時間為0s（0~300s）、業(yè)務類型為CBR、業(yè)務源連接數(shù)為30、業(yè)務源發(fā)包率為1packet/s、數(shù)據(jù)包長為512bytes，仿真時間300s?；谠摶緱l件，分別改變某個參數(shù)（保證在某個參數(shù)改變時，其他參數(shù)保持不變），來分析比較各項參數(shù)對AODV與DSDV協(xié)議性能的影響。

　　3.3 仿真結果分析與比較

　　a、不同停留時間下路由協(xié)議性能。

　　設置節(jié)點移動速度為5m/s，停留時間分別為0s、60s、120s、180s、240s和300s。

　　仿真結果如下圖所示：

　　從圖1中可知，在整個停留時間內AODV的分組投遞率變化相對平穩(wěn)，在95%以上，而DSDV的分組投遞率明顯不如AODV，并且受停留時間的影響較大，甚至一度低于70%；AODV的端到端平均時延比DSDV的要大很多；兩個協(xié)議的路由開銷和平均跳數(shù)變化不大，AODV的協(xié)議開銷小于DSDV的。

　　b、不同移動速度下協(xié)議的性能。

　　設置節(jié)點停留時間為0s，移動速度分別為1m/s、2m/s、5m/s、10m/s、15m/s和20m/s。

　　仿真結果如下圖所示：

　　由圖2知道，隨著節(jié)點移動速度的增大，兩個協(xié)議的分組投遞率都在下降，但AODV依然能達到95%以上，而DSDV則急劇的下降，甚至一度低于60%；在節(jié)點移動速度較低時，DSDV的平均時延明顯低于AODV的，但隨著速度的增加，DSDV的平均時延急劇增大，且大大的高于AODV的，而AODV的平均時延基本無變化；兩個協(xié)議的路由開銷隨速度的增加而增大，但DSDV的變化更加明顯；平均跳數(shù)依然變化不大。

　　通過以上的仿真分析可以發(fā)現(xiàn)，AODV能夠滿足智能小區(qū)移動AdHoc網(wǎng)絡可靠性和服務質量的要求：盡管AODV的平均時延大于DSDV，但其平均時延小于100ms（符合信息產(chǎn)業(yè)部對雙向語音通信的時延規(guī)定）；AODV的分組遞交率遠優(yōu)于DSDV，在運行時間5分鐘內，包接收率都遠遠大于75%（符合信息產(chǎn)業(yè)部對雙向語音通信的包接收率規(guī)定）。而DSDV卻很難滿足智能小區(qū)移動AdHoc網(wǎng)絡可靠性和服務質量的要求：盡管在節(jié)點低速移動的環(huán)境下，其平均時延要遠低于AODV，但其分組投遞率卻有可能低于75%。我們還可以發(fā)現(xiàn)，不管是停留時間還是節(jié)點移動速度的變化，對AODV性能的影響都比DSDV要小很多，可見AODV能更好的適應網(wǎng)絡拓撲的變化，具有很好的可擴展性。

　　因此，AODV比DSDV更加適合于智能小區(qū)移動AdHoc網(wǎng)絡。

　　4 結語

　　本文利用NS2仿真軟件對移動Adhoc網(wǎng)絡中比較經(jīng)典的DSDV和AODV路由協(xié)議的性能進行了仿真，并結合移動Adhoc網(wǎng)絡在智能小區(qū)的應用特征在不同條件下分析比較了幾個重要參數(shù)對這兩個協(xié)議的影響。

參考文獻:

[1]. FSR datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/FSR_2346447.html.
[2]. 60s datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/60s_1804429.html.