无线自组织网络(adhoc)路由协议性能比较

无线自组织网络(adhoc)路由协议性能比较内容摘要：

、节点移动等因素会造成报文丢失和冲突，将会严重影响 TCP 的性能，所以要对传输层进行改造，以满足数据传输的需要。 5)节能 问题 Ad Hoc 终端一般采用电池供电。 为了电池的使用寿命，在网络协议的设计中，要考虑尽量节约电池能量。 6)网络管理 Ad Hoc 的自组织网方式对网络管理提出了新的要求，不仅要对网络设备和用户进行管理，还要有相应的机制解决移动性管理、服务管理、节点定位和地址配置等特殊问题、 7)服务质量保证 长沙学院 毕业 论文 7 Ad Hoc 网络出现初期主要用于传输少量的数据信息。 随着应用的不断扩展，需要在 Ad Hoc 网络中传输多媒体信息。 多媒体信息对带宽、时延、时延抖动等都提出了很高的要求。 这就需要提供一定的服务质量保证。 8)安全性 无线 Ad Hoc 网不依赖与任何固定设施，而是通过移动节点间的相互协作保持网络互联。 而传统网络的安全策略如加密、认证、访问、控制、权限管理和防火墙等都是建立在网络的现有资源如专门的路由器、专门的密钥管理中心和分布共用密钥的目录服务机构等的基础上，而这些都是 Ad Hoc 网络所不具备的。 9)网络互连技术 Ad Hoc 网络中的网络节点要访问互联网或和另一个 Ad Hoc 网络中的节点通信，这样就产生了网络互联问题。 Ad Hoc 网络通常以一个末端网络的方式通过网管连接到互联网，网关通常是无线移动路由器。 Ad Hoc 的应用场合 Ad Hoc 网络的许多优良性能为它在民用和军用通信领域占据一席之地提供了有利的保证。 首先，网络的自组织特性提供了廉价并且快速部署网络的可能。 其次，多跳和中间节点的转发特性可以在不降低网络覆盖范围的条件下减小每个终端的发射功率，从而降低天线和相关发射 /接收的设计难度和成本，为移动终端小型化、低功耗提供了可能。 从共享无线信道的角度来看， Ad Hoc 网络降低了信号冲突的概率，提高了信道利用率。 从用户角度来看，低功耗的无线电波产生的电磁辐射较少，对人体的影响比较小。 低功耗的无线电波也减少了被截获和 监听的概率。 Ad Hoc 网络的应用可以归纳为以下几类。 (1)军事通信：军事应用是 Ad Hoc 网络应用的主要领域，从 Ad Hoc 发展历程来看，如无军事利用，则不会有今天的 Ad Hoc 网络。 (2)传感器网络：传感器网络是 Ad Hoc 网络技术应用的另一个大领域。 因为考虑到体积和节能等因素，传感器的发射功率不可能很大，使用 Ad Hoc 网络实现多跳通信是非常实用的解决方法。 (3)紧急场合：在发生了地震、火灾、水灾等灾害之后，固定的网络设施可能全部毁坏或不能使用，这时需要 Ad Hoc 这种不依赖固定网络设施又能快 速布设的网络技术。 (4)偏远野外：在处于偏远或野外地区时，无法依赖固定或预设的网络设施进行通信。 Ad Hoc 网络技术具有单独组网能力和自组织特点，时这种场合通信的最佳选择。 (5)临时场合： Ad Hoc 网络快速、简单组网能力使得它可以用于临时通信场合。 比如会议、庆典、展览等场合。 长沙学院 毕业 论文 8 (6)商业应用：组建家庭无线网络、开展移动和可携带计算等等。 本论文主要进行的工作和组织结构 本论文主要进行的工作 本论文基于网络规模 (网络节点数 )，设计了几个不同的网络模型。 模拟并揭露了在不同规模的场景中， 采用不同的路由协议，无线节点之间收发数据包时的情况。 所测算的性能包括：平均端到端延时，分组投递比，路由开销，平均跳数。 对结果数据进行分析，从而比较 DSDV,AODV,DSR 三种路由协议的优缺点，提供了在具体网络环境中选择哪种路由协议提供了策略。 本论文的组织结构 论文第一章绪论部分首先简单介绍了 AdHoc 网络的背景和现状 ，并分析了无线AdHoc 路由协议 的研究 的现实意义。 然后 系统的介绍了 介绍了 AdHoc 网络 两种 结构，以及当前的应用范围。 第二章 详细 介绍了目前存在的 比较成熟的三种 主要路由协议 ： DSDV、 DSR、 AODV的主要工作原理，以及评价 该协议性能 的 一个 标准 方法。 第三章开头介绍了本次论文所采用的仿真工具。 设计了仿真环境模型，流量模型 等。 最后 采用 gawk 脚本分析了实验产生的结果数据 ， 用自己的观点比较了三种路由协议的优缺点和使用场景。 长沙学院 毕业 论文 9 第 2 章 Ad Hoc 网络 路由协议 的概述 Ad Hoc 无线网络的路由协议分类 在 Ad Hoc 网络中，由于节点的移动以及无线信道的衰耗、干扰等原因造成了网络拓扑结构的频繁变化，同时考虑到单向信道问题以及无线传输信道较窄等因 素，在 Ad Hoc 网络中，其路由问题与固定网络相比要复杂的多。 针对 Ad Hoc 网络的这些特点，要求路由协议必须采用分布式操作，能够尽量支持单向链路，同时应避免路由环路现象。 考虑到无线节点的特点，路由协议还应尽量简单，能够支持节点的 “休眠 ”操作以节省电源，能够提供安全性保护机制。 自 20 世纪 70 年代美军 DARPA 资助研究的分组无线网项目开展以来，国内外的许多研究人员从不同的角度提出了一系列的 Ad Hoc 网络路由协议。 这些路由协议必须处理好 Ad Hoc 网络的典型局限，包括能量消损、低带宽、高误码等。 根据发现路 由的驱动模式的不同，以将这些路由协议分为表驱动路由协议 (Table Driven Protocols)和按需路由协议 (SourceInitiated OnDemand Protocols)，如图 所示。 按照图示可 将路由协议按其算法的驱动方式大致可分为 3 大类： 1)路由表驱动路由 (Table Driven Protocols)，又称主动式 (Proactive Protocols)路由，主要通过节点间周期性的交换路由信息来获 得所要到达节点的路径，主要路由算法有DSDV(Highly Dynamic DestinationSequenced DistaceVector Routing)， CGSR(Clusterhead Gateway Switch Routing)和 WRP(TheWireless Routing Protocols)等； 2)按需路由 (Ondemand Driven Protocols)，又称源节点触发路由，反应式 (Reactive 图 路由协议分类图 LMR ABR TORA SSR AODV DSR Adhoc 网络 路由协议 基于表驱动的路由协议 基于按需路由协议 DSDV WRP CGSR 长沙学院 毕业 论文 10 Protocols) 路由，在需要某条路由信息时才由源节点发出路由请求。 主 要包括DSR(Dynamic Source Routing)和 TOAR(Temporally Ordered Routing Alogrithm)等； 3)混合 (Hybrid Protocols)型，由上面两种混合而成，典型的协议是 AODV(Ad Hoc Ondemand Distance Vector Routing)协议。 三种典型的 Ad Hoc 协议 DSDV(DestinationSequenced DistanceVector Routing)协议 DSDV 是一种基于 BellmanFord 路由算法的主动路由协议，它的最大优点就是解决了传统距离矢量路由协议中的无穷环路问题。 在 DSDV 路由协议中，每个节点都维护一张路由表，该路由表表项包括目的节点、跳数、下一跳节点和目的节点序号。 其中目的节点序号由目的节点分配，主要用于判断路由是否过时，并可防止路由环路的产生。 每个节点必须周期性地与邻节点交换路由信息，当然也可以根据路由表的改变来触发路由更新。 路由表更新方式有两种方式：一种是全部更新 (Fulldump)，即拓扑更新消息中将包括整个路由表，主要根据网络变化较快的情况；另一种是部分 更新(Incrementalupdate)，更新消息中仅包含变化的路由部分，通常适用于网络变化较慢的情况。 在 DSDV 中只使用序号最高的路由，如果两个路由具有相同的序列号，那么将选择最优的路由 (如跳数最短 )。 DSDV 只能在给定的原节点和目的节点之间提供单条路径，协议需要选择以下参数：定时更新的周期、最大 “沉淀时间 ”和路由失效间隔时间。 虽然这些参数对网络的影响难以衡量，因为其本质是要在路由的有效性和网络通信开销之间进行折中平衡。 DSDV 路由协议中，节点维护着整个网络的路由信息，这样在有数据报文需要发送时，可 以立即进行传送，因而适用于一些对实时性要求较高的业务和网络环境。 但是在拓扑结构变化频繁的无线网络环境中， DSDV 可能存在一些问题，一是节点维护准确路由信息的代价高，要频繁的交换拓扑更新信息；二是有的时候可能刚得到的路由信息随机又失效了。 因此， DSDV 主要用于网络规模不是很大，网络拓扑变化相对不是很频繁的网络环境中。 AODV(Ad Hoc OnDemand Distance Vector Protocols)协议 AODV 是基于距离矢量的算法。 所不同的是， AODV 和像 DSDV 一样的前摄协 议不同，他是反向的。 AODV 只保持需要的路由，而不需要节点维持通信过程中未激活的目的节点的路由。 当节点 S 需要到某个节点 D 的路由时，他就广播一个路由请求消 长沙学院 毕业 论文 11 息给他的邻节点，其中还包含了那个目的节点的最终所知道的序列号。 路由请求消息以一种控制的方式在网络中进行泛洪直到他到达了一个节点，并且这个节点知道到目的节点的路由。 每一个转发路由请求的节点就为自身创建一条到节点 S 的反向路由 [11]。 当路由请求分组到达有路由到节点 D 的节点时，这个节点就产生一个包含到达节点 D 所必需的跳数和此节点最近所知道的节点 D 的 路由应答分组的序列号。 每一个参与转发应答分组给产生路由请求原始节点的转发节点都建立一条到节点 D 的转发路由。 从节点 S 到节点 D 路由上的每个节点的链路状态是逐跳状态。 也就是说，每一个节点仅仅是记住下一跳而不是像源节点路由那样记住整个路由。 除此之外， AODV 为了维护路由还周期性地发送 Hello 分组。 路由发现过程 AODV 协议采用与 DSR 协议类似的广播式路由发现机制。 与 DSR 协议相比， AODV 的路由依赖于中间节点建立和维护的动态路由表。 AODV 的路由发现过程由反 向 路由的建立和前向路由的建立两 部分组成。 反 向 路由指从目的节点到源节点的路由，用于将路由响应报文送至源节点。 反向路由是源节点在广播路由请求报文的过程中建立起来的，具体过程如图 (a)所示。 前向路由指从源节点到目的节点方向的路由，用于以后数据报文的传送。 前向路由是在节点回送路由响应报文的过程中建立起来的，如图 (b) AODV 的路由发现过程如下： 1)源节点首先发起路由请求过程，在发起的路由请求报文中携带以下信息字段： 源地址，源序列号，广播 ID，目 的地址，目的序列号，跳数计数器。 2)中间节点在收到路由请求报文时，比较本节点和目的节点的地址， A、如果自己是目的节点，则回复路由响应报文。 否则转向步骤 B； D S S\S D 反向路由 反向路由 前向 路由 (a)反向 路由的建立 (b)前向路由的建立 图 AODV路由建立过程 长沙学院 毕业 论文 12 B、根据 源地址，广播 ID判断是否收到过该信息请求消息，如果收到过则丢弃该请求信息，否则转向 C； C、记录相应的信息，以形成反向路由。 同时跳数计数器加 1，向邻节点转发该路由请求报文。 与 DSDV 协议相比，在 AODV 协议中也引入了序列号，包括源序列号和目的序列号。 不同的是 AODV 中，这些序列号是单调递增的。 路由表的管理及维护 AODV 路由协议中的路由表主要包括目的节点、下一跳节点、距离目的节点的跳数、目的节点序列号、本路由的活跃邻及诶但和本路由的超时等信息。 同时，在 AODV 协议中，节点还存储一些与路由表相关的信息。 如下： 1)路由请求超时定时器：和反向路由相关的定时器，当定时器超时后，节点仍然未收到路由响应报文时，节点则认为该反向路由无效，删除该反向路由。 2)活跃超时时长：和前向路由相关的时长。 当超过活跃时长时间后，节点仍无数据利用该路由发送报文时，删除该路由。 节点的移动可能会造成现有路由的失效，根据节点的不同， AODV 路由协 议的处理方法不同。 当源节点移动而造成路由失效时，此时只能由源节点再次发起路由请求过程。 当由于中间节点或目的节点移动而造成路由失效时，检测到路由断连带节点主动向其上游节点发送路由响应报文，该报文中将至目的节点的跳数置为无穷大，同时将目的节点的序列号加 ，会及时更新本地相关路由。 DSR(Dynamic Source。