同構及異構移動自組網中AODV路由協(xié)議的性能分析

1、 同構及異構移動自組網中AODV路由協(xié)議的性能分析 付闖闖+蔣華龍摘 要：文中通過計算機仿真的方法研究了AODV路由協(xié)議在同構自組網和異構自組網中的性能特征。研究結果表明，自組網中節(jié)點的移動速度對于無線網絡環(huán)境中的吞吐量和分組投遞率有很大影響，移動速度的增加會導致吞吐量及分組投遞率下降。此外，研究還表明，AODV協(xié)議在同構網絡中表現(xiàn)出的性能優(yōu)于在異構網絡中的性能。Key：移動自組網；AODV；路由協(xié)議；仿真；：TP393 ：A ：2095-1302（2017）11-00-030 引 言移動自組網是由一系列移動節(jié)點組成的自組織網絡，它不依賴任何已有的網絡基礎設施或集中的管理控制中心，網絡中節(jié)點動

2、態(tài)變化且任意分布，節(jié)點間通過無線方式互連，節(jié)點既充當通信的主體又充當路由器的角色，因此，其在軍事通信、野外通信、應急通信等領域有著廣闊的應用前景1。在移動自組網的研究和開發(fā)過程中，涉及路由協(xié)議、MAC層、QoS、功率控制、數(shù)據(jù)安全等關鍵技術，其中路由協(xié)議是人們研究的重點，由此提出了一系列路由協(xié)議，如 DSR、 DSDV、AODV等。按照路由發(fā)現(xiàn)策略的不同，自組網的路由協(xié)議可以分為主動路由協(xié)議和被動路由協(xié)議2。由于移動自組網存在著動態(tài)多變的特性，主動路由協(xié)議對于Ad Hoc網絡來說有著明顯的缺陷，因此實際中經常使用被動路由協(xié)議。在被動路由協(xié)議中應用最廣泛的是AODV路由協(xié)議。AODV路由協(xié)議是在

3、主動路由協(xié)議DSDV的基礎上，結合了早期按需路由協(xié)議DSR中的按需路由機制提出的，比較適合網絡呈拓撲結構變化的Ad Hoc網絡數(shù)據(jù)傳輸要求，不必維護到達所有節(jié)點的路由，僅在沒有到達目的節(jié)點路由時才按需進行路由獲取，從而有效地節(jié)省了網絡資源3。從網絡的組成形式上來分，移動自組網可分為開放式和封閉式兩種，開放式自組網是一種異構網絡，而封閉式的則是同構網絡4。相對來講，開放式移動自組網在滿足用戶需求方面比封閉式更有優(yōu)勢，因為在很多場合，用戶很難找到一個封閉的移動自組網，如網絡銀行、在線訂票、電子購物等互聯(lián)網應用并非在自組網中運行，而開放式的自組網可以借助已有網絡環(huán)境組建異構網絡。因此開放式自組網能夠

4、為解決現(xiàn)實問題提供更多的幫助。移動自組網中節(jié)點的移動速度、網絡流量和節(jié)點的分布密度是影響路由協(xié)議性能的主要因素5。在一個具體的自組網場景中，若節(jié)點的移動速度不同，那么網絡性能的結果也將不同。本文將通過仿真的方法分別分析同構及異構自組網中移動速度對AODV路由協(xié)議性能產生的影響。1 仿真設計為了能夠獲取分析AODV性能所需數(shù)據(jù)，本文設計了三個移動自組網場景，場景1的節(jié)點均在同一個自組網中通信；場景2的節(jié)點可以在一個自組網和一個無線網之間通信；場景3的節(jié)點可以在自組網、無線網和有線網之間互相通信。場景一代表了同構網絡，場景2和場景3代表了異構網絡。場景1中設置了5個自組網節(jié)點，場景2中設置了5個自

5、組網節(jié)點和2個無線局域網節(jié)點，場景3中設置了5個自組網節(jié)點、2個無線局域網節(jié)點和一個有線局域網節(jié)點。利用OPNET軟件建立了這三個仿真場景，分別如圖1、圖2、圖3所示。節(jié)點的發(fā)射功率、傳輸速率等相應的仿真參數(shù)見表1所列，每個場景中均以不同的節(jié)點移動速度進行多次仿真，移動速度等相關參數(shù)見表2所列。2 仿真結果與分析仿真實驗的主要目的是分析討論移動自組網中節(jié)點移動速度在同構和異構網絡中對AODV路由協(xié)議的影響問題。按照上述設計進行仿真，獲取所需的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并在此基礎上依據(jù)合適的性能指標對仿真結果進行分析討論。2.1 性能指標性能指標是指用來評估一個網絡整體性能的重要參數(shù)，在具體背景下選擇一個恰當?shù)?/p>

6、指標有助于提高網絡的有效性、效率以及性能。通常衡量一個網絡的主要性能指標包括吞吐量（throughput）、端到端時延、時延抖動、分組投遞率（PDR）等?；诒疚牡难芯磕康?，在此選擇吞吐量和包投遞率作為衡量性能的主要指標。吞吐量是反應網絡性能的一個重要參數(shù)，反映了網絡中一條信道在數(shù)據(jù)傳輸時所使用部分占總容量的比率，包含了數(shù)據(jù)分組是否被成功傳輸?shù)男畔?。對于移動自組網來講，吞吐量越大對自組網上的應用運行越有利7。吞吐量被定義為在單位時間內通過某個網絡（或信道，接口）的成功傳輸?shù)钠骄鶖?shù)據(jù)量，比如通過物理鏈路、邏輯鏈路甚至某個網絡節(jié)點的數(shù)據(jù)量8。吞吐量可以通過測量在某條信道目的節(jié)點接收到的數(shù)據(jù)總量來

7、獲得，單位為bit/s。吞吐量受網絡帶寬或網絡額定速率的限制9。例如，對于一個100 Mb/s的以太網，其額定速率為100 Mb/s，那么該數(shù)值也是該以太網吞吐量的絕對上限值。因此，對100 Mb/s的以太網，其典型的吞吐量可能只有70 Mb/s。分組投遞率（Packet Delivery Ratio，PDR）是評估一個路由協(xié)議是否可靠的重要指標，指目的節(jié)點成功接收的數(shù)據(jù)包的數(shù)量與源節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包的總數(shù)之比，計算公式如式（1）：其中，r為目的節(jié)點成功收到的數(shù)據(jù)包個數(shù)，n為源節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)包總數(shù)。2.2 仿真結果吞吐量是仿真實驗獲得的一個重要性能參數(shù)，可以用它來衡量路由協(xié)議的有效性。圖4顯示的是

8、在三個仿真場景中節(jié)點移動速度對于網絡吞吐量的影響情況。由圖4可知，綜合不同移動速度的情況，場景1的吞吐量比場景2大約高21%，比場景3大約高38%，說明同構自組網比異構自組網的吞吐量更大。從仿真結果還可以發(fā)現(xiàn)，場景1、場景2和場景3的吞吐量隨著節(jié)點移動速度的增加均呈現(xiàn)下降趨勢，是因為在移動速度較高的情況下，會產生較高的丟包率。丟包的原因在于節(jié)點移動速度和方向的變化而造成的高路由開銷，而移動速度的增加會導致路由開銷隨之增大。圖5顯示了在三個仿真場景中節(jié)點移動速度對分組投遞率PDR的影響。綜合5種不同移動速度（1 m/s、5 m/s、10 m/s、15 m/s、20 m/s）下的表現(xiàn)，場景1的分組

9、投遞率分別比場景2和場景3高出5%和46%。說明了同構移動自組網比異構自組網有更高的分組投遞率。由圖5可知，場景1和場景2的分組投遞率明顯比場景3高，場景2和場景3雖然均為異構網絡，但場景2在拓撲結構上比場景3簡單，相比場景1來說，場景2不包含有線局域網，這使得其分組投遞更容易成功。同時，還可由圖5發(fā)現(xiàn)，對于任何一個單獨的場景來說，隨著節(jié)點移動速度的增加，分組投遞率均呈現(xiàn)下降趨勢。因為節(jié)點的高速移動會影響節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸。不僅僅是移動速度，節(jié)點數(shù)量也會影響數(shù)據(jù)的有效傳輸，都會使得數(shù)據(jù)分組在傳輸時更容易發(fā)生碰撞。比如場景3的節(jié)點數(shù)量更多，其投遞率就更低，而這也是從圖5中看，場景3比場景1和場景2的

10、投遞率更低的原因。endprint3 結 語AODV是一種適用于移動自組網的典型按需路由協(xié)議，本文通過仿真方法研究了AODV協(xié)議在同構和異構自組網的性能表現(xiàn)。研究結果表明，自組網中節(jié)點的移動速度對于無線網絡環(huán)境中的吞吐量和分組投遞率有很大影響，移動速度的增加會導致吞吐量及分組投遞率的下降。此外，研究還表明，AODV協(xié)議在同構網絡中表現(xiàn)出來的性能要優(yōu)于在異構網絡中的性能，意味著當前的AODV協(xié)議在異構網絡中的自適應性還有所欠缺。本文的研究結果將有助于尋找提高AODV協(xié)議在自組網中性能、突破現(xiàn)存局限性的途徑。Reference1陳林星，曹曦，曹毅.移動Ad Hoc網絡自組織分組無線網絡技術M.北京

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