基于不同节点移动模式的无线自组网路由协议性能分析

摘要： 本文采用NS2网络仿真软件，随机建立包含100个节点的网络拓扑，在节点静止、缓慢移动和快速移动条件下，分别对AODV、DSR和DSDV三种路由协议的数据包端到端时延、抖动和吞吐量的变化趋势进行比较分析。仿真结果表明，在网络规模较大且网络拓扑变化不频繁的情况下，DSDV具有一定的优势；在网络规模较大且网络拓扑多变的情况下，AODV和DSR性能明显优于DSDV。

关键词： Ad Hoc；路由；NS2；网络仿真

中图分类号：TP393.04 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）24-0239-02

0 引言

无线自组织网络（Ad hoc）是一种不依赖任何已有的网络基础设施或集中的管理控制中心，由无线节点或移动终端自主构成的通信网络。相距较远的主机需要通过其他主机的多跳转发才能通信，因此网络中的主机同时也作为路由器为其他主机转发报文，即节点同时具有路由功能。网络中，由于节点的任意移动将导致网络拓扑结构也随之发生变化，因此相应的路由协议中必须有能够适应节点之间链路的不断变化的要求。目前，开发针对无线自组网的路由协议成为目前无线自组网研究的热点和难点之一。

1 无线自组网路由协议

现有的Ad hoc网络路由协议可以分为表驱动路由协议和按需路由协议两种。在表驱动路由协议中，节点需要维护到达目的网络路由信息的路由表，节点发送报文时按照路由表中指示的下一跳地址对报文进行转发。在按需路由协议中，通常不需要维护路由表，节点只在有需要时才启动路由发现机制。本文研究三种典型的Ad hoc网络路由协议：AODV、DSR和DSDV。其中DSDV属于表驱动路由协议，AODV和DSR属于按需路由协议。

2 无线自组网路由协议性能分析

2.1 仿真模型建立 仿真使用NS2 网络仿真软件，节点数目为100，数据流为cbr流，仿真时间100s，发包速率为每秒10个封包，封包大小使用默认值。分别在节点静止、节点缓慢移动（移动速率为5m/s）、节点快速移动（移动速率为15m/s）三种情况下比较三种路由协议的时延、抖动和吞吐量三个性能指标，并对结果进行分析。

2.2 节点静止时路由协议性能分析 当节点在仿真时间内均静止时，AODV、DSDV和DSR三种路由协议的时延、抖动和吞吐量三个性能指标的比较图如图1所示。

由图1可知，在所有网络节点静止的情况下，DSDV的平均延时明显小于AODV和DSR。这是由于DSDV属于表驱动路由协议，DSDV节点在发送数据包时可以直接查找路由表，从而显著降低数据包的传输延时。在抖动方面，DSR最好，AODV的抖动比DSDV抖动的波动范围小。在吞吐量方面，在仿真刚开始的一段时间内，三种路由协议的吞吐量几乎差不多，随着时间的延长，AODV的吞吐量大于DSDV，DSDV的吞吐量大于DSR，主要原因是AODV在路由机制方面结合了DSDV和DSR的优点，从而减少了网络的开销，提高了网络的吞吐量。

2.3 节点缓慢移动时的路由协议性能分析 当节点在仿真时间内缓慢移动时，AODV、DSDV和DSR三种路由协议的时延、抖动和吞吐量三个性能指标的比较图如图2所示。

由图2可知，在节点缓慢移动的情况下，三种路由协议的时延相差不大，DSDV相对较好一些，AODV居中，DSR相对最差，主要原因是DSR是完全按需的路由协议。在抖动方面，同样由于DSR的完全按需的路由机制，DSR的抖动相对与AODV和DSDV要平缓的多。对于表驱动的DSDV，节点的移动将导致网络拓扑发生变化，此时DSDV需要频繁重新计算路由表，因此会出现大幅抖动的情况。在吞吐量方面，随着节点的移动，DSR表现出比较明显的优势，它的吞吐量是三者中最大的，DSDV的吞吐量次之，AODV最小。

2.4 节点快速移动时的路由协议性能分析 当节点在仿真时间内均静止时，AODV、DSDV和DSR三种路由协议的时延、抖动和吞吐量三个性能指标的比较图如图3所示。

由图3可知，在节点快速移动条件下，DSDV的平均时延比AODV和DSR的大的多，主要原因是由于节点的快速移动，导致网络拓扑的频繁变化，DSDV采用表驱动机制，加大了数据包的时延。而AODV和DSR是按需路由协议，能更好的适应网络拓扑的频繁变化。在抖动方面，相对于AODV和DSR，DSDV的抖动也较大。在吞吐量方面，DSR的吞吐量明显大于AODV和DSDV。

3 结论

通过上述仿真结果分析可以看出，在网络规模较大，网络拓扑变化较小的情况下，DSDV在数据包传输时延方面具有一定的优势。在网络规模较大，网络拓扑结构频繁变化的情况下，DSDV不能很好适应Ad hoc网络。DSR和AODV都是按需驱动路由协议，在网络拓扑变化比较频繁的条件下，相比表驱动的DSDV优势比较明显。在网络负荷较小且节点移动较慢的情况下，DSR的性能优于AODV。随着网络环境负荷的加重，AODV的优势越加明显。因此，DSR适用于中小规模网络，AODV适用于较大规模且较复杂的网络结构。

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