一种基于距离矢量的Ad Hoc网络拥塞适应路由协议

摘要：DSDV是一种基于距离矢量的Ad Hoc网络路由协议，该路由协议在网络负载较大的情况下，网络性能下降很快。本文对DSDV协议进行了改进，使之能实现拥塞感知和拥塞适应功能，提出了一种拥塞警告距离向量（congestion-aware distance vector， CADV）协议。基于NS-2的仿真结果显示，相比于DSDV和AODV，CADV在网络吞吐量和平均分组投递延时方面的性能有了明显的提高，受到节点移动速度变化的影响是最小的。

关键词：Ad hoc 路由协议 DSDV CADV AODV

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）02-0033-02

1 引言

移动自组织网（Ad hoc）是由移动节点通过分布式协议自组织起来的一种无线网络，网络中可以没有基站等固定的路由设施。当有线网络不可使用时，如在战场通信和紧急救援等任务中，移动自组织网提供了一种可行的地面通信和信息交换技术。移动自组织网中所有通信节点均可移动，使得网络拓扑结构是动态变化，这给Ad hoc的路由协议的设计带来了极大的难题。Ad Hoc网络的路由协议分为：表驱动路由协议、按需路由协议和混合路由协议。DSDV[1]是一种基于距离矢量的按表驱动路由协议，该路由协议在负载较大的情况下，网络性能下降很快。本文基于DSDV做出改进，使之适应网络拥塞的情况，提出了一种拥塞警告距离向量（congestion-aware distance vector，CADV）协议。

2 拥塞警告距离向量（CADV）协议

一个在Ad hoc网中的主机可以看作是单独服务的排队系统。发送一个数据报的延时肯定就和拥塞相关。在这里，对于两个协议DSDV和AODV[2]来说，造成报文分组丢失的最主要的原因是网络拥塞。由此给出了一种新的路由协议，即拥塞警告距离向量（congestion-aware distance vector，CADV）协议，以此来减少拥塞事件的发生。在CADV协议当中，每一个路由纪录都有一个预期延时，这就测量了到下一跳的拥塞情况。主机根据在过去的一段时间内发送的数据报的平均延时来估计这个预期延时。通常，这个时间段的长度等于两个更新的间隙之间的时间间隔。预期时间这样计算：， 其中，为发送的数据报的数目，是MAC层数据报队列的长度，表示一个新到达数据报至被发送出去要等待的平均时间。可利用一个终端广播（一个）更新信息到它的邻节点的时候，就指定了产生的延时。

CADV通过赋予具有低的时延路径以高的优先权，来确定下一跳，从而达到平衡业务，避免拥塞的目的。例如，节点A和节点B都有到目的节点的路由，如果到节点A的预期延时小于到节点B的预期延时，就会选择A而不是B，即使通过A的路由跳数比通过B的路由跳数多一跳，选择也不会变。在决定路由的时候，函数用来评估一个路由的价值。当然根据不同的网络环境，我们可以使用不同的函数模型来将这个函数具体化。

CADV协议的路由模块包括三个部分：

（1）业务管理单元管理由链路层输出的业务。通常，它清楚在近期一段时间内发送一个数据报的平均延时。时间间隔由路由维护部分指定。

（2）业务控制单元。业务控制单元决定哪一个数据报是下一个发送或者丢弃的。目前，它支持一个尾部丢弃队列，并且提供重排数据报队列的功能。

（3）路由维护单元。它是一个核心部分。它的功能包括和邻节点交换路由信息，评估并且维护路由表，控制业务管理单元和业务控制单元。

3 仿真分析

笔者的研究工作全部是在一台PC机（2.4GHZ四核，2G RAM）上完成，使用的操作系统是Red Hat Linux 9.0，模拟平台是NS2.35（Network Simulator Version 2.35）[3]。在本文的仿真中，网络共有12个Ad Hoc移动节点，分布在一个1500米×300米的范围内随机移动，移动模式采用CMU Monarch项目[4]提出的称作“随机移动点”的移动模式：每个节点在模拟开始时保持静止一段时间，这段时间被称为停顿时间S，然后在[0，Vmax]中随机选择一个速度，任意地朝某一目标点移动；到达目标点后，停留S，再选择一个新的目标点，同时从[0，Vmax]中再选择一个新的速度，以新的速度和新的目标点运动，依次类推，直至模拟结束。其他参数设置如表1所示。

在以上仿真环境中，笔者对CADV，DSDV和AODV三种路由协议进行了仿真，为了比较各种路由协议的性能，我们选择网络吞吐量和平均分组传输延时两个性能度进行了分析。仿真结果如图1所示。从图中可以看出，三种路由协议在节点低速移动时，都能提供较好的网络性能，随着节点移动速度的增加，网络性能开始下降。相对而言，DSDV能提供更大的网络吞吐量和较低的平均分组传输延时。

4 结语

本文对DSDV路由协议进行了改进，针对网络拥塞的问题，提出了CADV（拥塞警告距离矢量）。从仿真结果来看，CADV路由协议受到节点移动速度变化的影响最小，这是因为CADV的选路机制避免了网络集中在某些过于繁忙节点的拥塞，根据链路已有的时延数据，动态调整网络选路权值，减轻了繁忙节点的负担，在一定程度上减小了时延，有利于保证网络的吞吐量。

参考文献

[1]C.E.Perkins and P.Bhagwat， "Highly Dynamic Destination-Sequenced .Distance-Vector Routing （DSDV） for Mobile Computers，'' In Proceedings of the SIGCOMM’94 Conference on Communications Architectures，Protocols and Applications， pages 234-244.

[2]C.E.Perkins，and E.M. Royer，”Ad-Hoc On-Demand Distance Vector Routing，”Proceedings of 2nd IEEE Workshop on Mobile Computing Systems and Applications， pp.90-100，February 1999.

[3]The Network Simulator（ns-2） http：//www.isi.edu/nsnam/ns/.

[4]The CMU Monarch Project. “The CMU Monarch Projects Wireless and Mobility Extensions to ns”.URL：http：//www.monarch.cs.cmu.edu/ Work in progress.