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AdHoc网络中的典型路由协议分析研究


网 络 中的 典 型 路 由 协 议 分 析 研 究
李宗 收
南京 邮 电 大 学 江 苏省 无 线 通信 重 点 实验 室 摘
,

江苏 南京 对 于 某些 特殊 场 合
,



随 着信 息技 术 的 不 断发 展

,

人 们

对移 动通 信 的 需 求越 来越 强

不 可 能 有 预 先部 署 的 固 定 设施 可 以 利 用

在这 种 情况 下
,

,

就 需 要 一 种 能 够临 时 快 速 自动 组 网
网络 通 信 技 术 由 于

的 移 动 通 信 技 术 这也形 成 了 另 一 类 无 线 通 信 网 络 技 术 即
网 络 自身的 特殊 性
,

其路 由 协 议 的设计 与传 统 的路 由协 议 不 一 样

无 线 网 络 的路 由 协

议 可 分 为 以 下 三 大 类型
称是

表驱 动 路 由协议 按 需驱 动 路 由协 议 是 一 种 面 向 网 络 的 离散 事件 模 拟 器
,
、 、 、





混 合 驱 动 路 由协议





本文将利用

仿 真软件对

网 络 的 以 下 三 种 典 型 协议进 行 仿 真

具 体 性 能 参数 将 涉及到


吞 吐量
关键字



丢 包率



抖动
,

时延
,



获得 率



路 由平 均跳 数 等
,


移动 通 信

路 由协议

,

,

,

,

,


,





,


们。






,



,













,





,





, ,

,
,

,

,

,

,

,





,

基 金项 目

国 家重 点基 础 研究 发 展 汁划 资助


,

国 家 自然科 学 基金

,

东南大

学 移动 通 信 国 家 重 点实 验 室 开 放 研 究 基 金 资助 课 题 困
?

引言
网 络 的发 展 和 现 状
无线通 信 网 络 按 照 其 组 网控制 方 式一 般 分 为两 类 一 类 是 集 中式 控制 的
一 类无线 网络 的运 行 要 依 赖预先部署 的 网 络 基 础 设施

。 。

,

即 有 中心 的





典 型 的例 子 有 蜂 窝移动通 信系统


,


就 即

依靠 基 站和 移动 交 换 中心 等 基 础 设 施 的支 持 基 于 接 入 点 和 有线骨千 网 模 式 工 作 的无线 局 域
但对 于 某 些 特 殊场 合
网络通 信技 术
,


,

不 可 能有这 种 预 先部署 的固 定 设施 可 以利 用


在 这 种情 况 下

,

需要 一 种 能够临 时快速 自动 组 网 的移 动 通 信技术

这也 形 成 了另 一 类无线通 信 网 络 技术

,

网 络 的特 点
如图

所 示 为 一 个 典 型的移 动

网 络 结构

,

网 络 具有 以下 特 征

无 中心 和 自组 织 性 有 限 无 线传 输 带 宽 动 态变化 的拓扑结构 移动终端 的 有 限 性

多跳 路 由


安 全 性差 当前
络 及 其他


网 络 的应 用 主 要 集中在 军 事通 信 紧 急 服 务 传 感 器 网络 移动会 议 个 人 域 网



典型的

网 络 的 网 络 架构

本 文 的研 究意 义
网 络 将在 未 来 的移动通 信 中扮 演 重 要 角 色 在 络 拓 扑结 构 在 不 断 变 化


网络 中

,

随 着 节 点移动

,


,

如 何 迅 速准确地选 择 到达 目的节 点的路 由 即 网 络 的 路 由选择 问题




网 络 一 个 重 要 和 核 心 的 问题

因此

,

网 络 设计 中 的 一 个 关 键 问题就 是研 究


能 够两 个 节 点之 间 提 供 高质 量 高效 率通 信 的路 由协 议

本文 主 要 分 析 了
相 关技术
、 。

。。

网 络 的 原 理 以及 发 展 历 程

,

同时 介 绍 了
,
,

网 络 路 由协 议 的

然后 利用

平 台下 的
,

软件 进 行 了一 系 列 的 仿 真

对 比 分析 了



三 种协 议 的性 能

对 四 种协 议 分别 进 行 了 分 析 和对 比

并利 用 仿 真 结 果 进 行 了

绘图



路 由技术
网络有着广 泛 的应 用 前 景
,

关键 技术

〔 但 是 因 为 其 自身 的一 些 特 征 川
、 、

,



技术方面
管理


,

还 面临很 多挑 战
网 络 的互 联



,

分 别包 括

路 由技术 信道 接入 技术
。 。

功率管理
,



安全

无线

移动

网 络路 由相 关研 究 问题

其中

网络 的

路 由协议 时

网 络 最 基础



最 关键的技术之 一

路 由过 程 分 析


无 线 网 络 的路 由协 议
, ,

,

目前 正 仆
。。
,




,

的 提 出 了 许多 协 议


工 作小 组 正 专 注 于

网 络 路 由协 议 的研 究

草案 如
网 络路 由 协议 下 面将

,

等路 由协议 另外 专 业 研 究人 员 也提 出 了许 多关 于
,



,







网 络 的路 由方法 分 为 两 个 过程进 行 阐述

路 由搜索

发现

及 路 由保持

维护



路 由搜索 过 程
一 种 简单 实用的路 由搜索方法是 利用

地 址 解 析协议




用 于将主 机 的
层地址


地址
,

换算为 其

层地 址

比如 以太 网地 址
,

一 台主 机要 想 获得 其他 主 机 的



以在 网 络 中广 播询 问分 组 包

反 馈回来的

层 地 址 将 用 于 未 来 的分 组 传 递 或突 然 停止 工 作
, ,

路 由保 持 过 程
当 网络 发 生 变 化 的时候
,

比 如某 个主 机移动 了位 置


使 得 原 来搜索 发

现 的路 由 不再 有 效

,

这 时就 需要 重 新 启 动 路 由搜 索 过程

路 由保持 过 程就 是 来完 成对 路 由 的


有 效性 检 查

,

以便在 需 要 时 启动 路 由搜索过 程

路 由有效 性检 查可 以通 过 数据 链 路 层 的逐 跳

应 答 或 检 查 高层

如传输层 或 应 用 层

分 组 报 头中的应 答来完成

路 由分 类
根据 路 由触 发 原理 表 驱 动 路 由协 议
,

无线 网 络 的路 由 协 议 可 分为 以下 三 大类 型
,

表 驱 动路 由协 议 就 是 每个 节 点 都维 护 一 张包 含到 达节 点 的路 由信 息 的路 由表 络 拓扑 的 变 化 随 时 更新路 由表
,

并 根据 网

以尽 量 实 时 准 确 的 反映 网络 的拓 扑 结构
,



按需驱动 路 由 协 议 按 需驱 动 路 由协 议 是 一 种节 点 不 需要 维 护 及 时 准 确 的路 由信息
路 由选择 协议


当 需要 时才 查 找路 由 的

混 合 驱 动路 由 协 议

实践 证 明
路 由 问题
,

,

无 线 网 络 中单 纯 采 用 表 驱 动 路 由协议或 按 需路 由 协议都 不 能完 全解 决
,

因 此 许 多 学 者 提 出 了 把 两者 结 合 起来

叫做 混合 驱 动 路 由协 议

,



协议



与 路 由协议 的仿真分 析
汇〕’ 汇

全称 是

改 如
,

,

源 自美 国

朋理 ℃

一 种 面 向 网 络 的 离散事件模拟 器

国家实验室


,



尹对



网 络 的支 持 基 于 卡 内基 一 梅 隆

大学的
机 制的 协议


项目

的扩充 扩 充部分包括移动


网 络的路 由协 议



协议 以及 两 个无 线信道 传 播 模 型 的实现 图 给出了

移动节点是

仿 真的核心

,

是由一 系列 网 络构件

中 的移 动节点模型





中移动 节 点 模型

网 络 典 型 路 由协 议 分 析 与结论
三 种 仿 真路 由 的 分 析 介绍
,

协议 综 合 了



门尺

两水七

讨谁诊燕介

网 络 中 的每 尸 个节点都保持 了一 张 完整 的 路 由表

,

路 由表 中记 录 了 从 该 节 点 到 网 络 中其他 节
协 议 通过 目的序号 来 消除环 路 问题
。 。 。

点 的路 由信 息
,

,

包 括 跳数 以及 下 一 跳地 址 等
,



路 由协议 的特 点在 于采用 了源 路 由机制 用 于 存储源 路 由信 息
,

源 节 点路 由表 中包含 了从 源 到

目的 节 点的完整的路 由信息

路 由器 按照数 据分组 头 中携带 的路 由对 分组进行 转 发
当学 习 到新的路 由时则修 改路 由缓存 内容


它采 用

路 由缓存技术

,

仿真环 境设 置
本 文 将利 用 前 述 的
、 。

仿 真 软 件对

网 络 的 以下三 种 典 型 协 议 进行 仿 真




具 体考察 的性 能参 数将 涉及 到 吞 吐 量


丢包 率



抖动



时延



获得率




平均跳

数等



首先 利用

建立 随机场 景 文 件

参数 节 点数 数
,

,

具 体 数据参 数如 表

所示

仿 真条件 设 置 值
设置 值










移动 范 围
节 点最大移动速 度 节 点最 小移 动速 度

〔 刃






静 止 时间
仿真时间 间 节 点最大连接数
业 务类 型



节 点数不 等

仿 真 性 能分 析
运行
,

仿 真脚 本


,

得 到相 应 的 恤


文件



然后

,

用编 写 的
,


程 序对
,
,

文件进

行 统计 分 析 得 出相 应 的数 据 最 后 用

,




对所得 的数据 画 图 绘 出

的分组 数据 的吞 吐 量

分 组 数据 的丢包 率


分 组 数据 端 到端 的平均 时延

路 由协 议 的路 由负

载 的 比较 图如 图
图 平 均值 运动时 与
而 增大
。 。

所示

中左 一 图所 反 映 的是 在 整 个 仿 真 过程 中三 种 协 议对 应 的 所有数据 包 的端 到 端 时 延 的 端到 端 时延 即 从 源 节 点 发送 数据包到 目 的节 点接 收到 数 据 包之 间 的所 用 的时 间
的平 均端 到 端 时 延 随着 节 点 的 增加 而显 著增加
, , ,



们 可 以看 到 先验 式 的路 由协 议
而 言 是 有很大优势 的


当节 点
,

路 由协 议 的效 果 会 明显 降低
, ,

而 时
,



协 议 始 终 是 比较 平 稳 的

相对

从 右 上 图 可 以看到 协议
,

当 节 点 个 数大 于


其他 种 路 山 协 议 的 丢 包 率随 着 节 点 的增 多
,

的丢包 率最 小


的丢包 率 一 致较低
,

这 是 由于
,

是 一 种 表驱动路 由
的 开 销 随着 节 点

节 点 存储 了整 个拓 扑 的 全局 信 息

因而 寻 路 成 功 率较高

不过

个 数 的增 多 而 迅 速 增 大



仿 真 性 能 比较 图
,

由左 下 图可 以看 出 的 尤 为严 重


,

三 种 路 由协议 的 负载随 这 节 点 数 目的增 加 在 明 显 的增 加
,


其中
,

协 议 的 开 销 决定 了 该协议 的可 扩 展 性


并且 影 响 节 点 电池 能量 的使 用 效 率
,



别 是 在带 宽较 窄 的 关系


易 出 现 拥 塞 的环 境 下 执 行 时 尤 为 突 出
,

图 显 示 了 路 由负载 与节 点个数 之 间


从 图 中可 以看到
,


的 路 由 负载最 轻
,

说 明其 扩 展 性好


由图可 以看 出
,
,

,

随着

节 点 数 目 的增 加
的路 由协 议 路 由开 销
,

的路 由 负载 明显 增 大
这是 因为
,


, ,

相 对稳 定

而 且远 远 小 于

采 用表 路 由

经 过 查 表 可 以 快速 寻 找路 由

免 去 了部 分
,







集 合 了二 者 的优 点
,

只 是 在 路 由维护 阶段采 用 表 驱 动 的方 式
,

因 而其 开 销 较

三 种协 议 条 件 下 的吞 吐 量 相 比 较 而 言 和

在节 点 个 数小 于 二 十 的 情 况 下
, ,

的吞 吐 量 比
, ,

的略好
,

,

但 是 在 大 于 三 十 节 点 的情 况 下
的表 现最 好
,

的 渐渐 超过 了
,

的 同样 认为
,



在 这 种 条件 下
,

的 次之
,



的 是最 差 的
, ,

笔者 分 析

这 是 因 为笔者 设定 的 仿 真 范 围较大

而 移 动 速 度 相 对较 小 的 情 况

相 当于 拓 扑结构 相

对稳定 的情 况 下
由 寻 找相 对 稳定

作 为表路 由
,

,

有 自己 的优 势
,

因 为 它维 护 整 个路 由表


使 自己 的路

,

可 以节省 路 由寻 找 时 间
,

从而 增加 吞 吐 量


, ,

路 由 协 议 是基 于 源 路 由
相 邻 节点 的 路 由请 求信 息 可


的一 种 按 需 路 由协 议 路 由协 议 作 为

由 于 路 由请求 信 息需要 以泛 洪方 式 发 送
, ,

能会产 生 传播 冲 突 并 可 能产 生 重复广播 从而 影 响 了路 由寻 找 时 间 因 此吞 吐 量 较差

,

协 议 的 改 良版 兼 有 二 者 的优 点 因 此 其 吞 吐 量 总体 而 言 最 好



总结
本文 介 绍 了

,

网 络 的特 点及 关 键 技术


,

然后 着 重 介 绍 了
网 络 仿 真 架构
,

种路 由协 议 对

,

并 利用

仿 真 平 台建立 了一 个

种 路 由协 议 性 能进

行 仿真 并结合 仿 真 结 果 进 行 性 能 分 析 从 仿真 的 结 果 来 看 在 网 络 拓 扑 结构频 繁 变动 的 情 况 下
,

,

和 的
,

的分 组 投送 率 均 比

好 从 时 延 来看
,

,

的性 能 比





,

这 表 明 不 同 的路 由 协 议有 各 自的 应用场 合 和 优 缺 点

因 此 设 计 一 种 万 能 的路 由 协议 是 不 现 实

应 根 据 具 体 环 境选 取 合适 的路 由协 议 比 如在 网 络 拓 扑 结构 变 化 频繁 且 又要求 有 高分 组 投 或
,

送 率 时可 以选 用 当节 点 的 数量较 少
开销 不大
,

路 由协 议 而 要求较 小时 延 的场 合 可 以选用
, ,

路 由协 议
, ,

,

运动 不 激 烈 的情 况 下
,

可 以选 用 先 验 式 的路 由 协 议
当 节 点 数 目多
, , ,

此 时 路 由的

平 均 跳数 和 平 均 时 延 都 比 较 低



运 动 场 景 激 烈 的情 况 下

使用 先

验 式 的 路 由 协议 开 销 将 会大 大 增 加 和
由 负载 适 中
开 销很 大
, ,

最 好 反 应 式 的路 由 协 议
,

特别是
, ,

协议

,

它综 合 了


路 数据 成 功 传送 率很 高 而 且 平 均跳数 和 平 均 时延 都 不 高 在 中 小拓 扑结构 内 丢 包 率最 小 吞 吐 量 最 大 延 时 较 大 适 合 于 中等 规 模 的

协议 的优 点

,

,

,

网 络 环 境 和 对 延 时 要 求不 高 的环 境 中

由于要 维 护 全 局 信 息
,

因而 其 木适合 大 规 模高速移 动 的无 线 环 境


当拓 扑 结 构 变 化 频繁 时 在大 规 模 高速移 动 的环 境 下 表
,


,

,

现 出 了 最 小 的延 时

丢包 率及 最 大 的 吞 吐 量

可扩 展 性及 适 应 能 力 强

展望
笔者认为 的支 持
、 、

,

路 由协议 的下 一 步研 究


,

应 该注 重 以下 几 个 方 面 路 由对


和 安全
。 。

路 由对 多址 通 信 的支持 路 由对 单 向链路 的 支 持 路 由 的 多 接 口 多信 道 问题


网 络 路 由 协 议 的跨 层 分 析

笔 者后 面 将 从 这 些方面针对

网 络 的 路 由 协 议进 行 研 究

参 考 文 献
郑少仁
, ,

王海涛 等
,

网络技术【

第一 版 北 京
,

人 民 邮 电出版 社

,


,

徐 雷 鸣 庞博 赵 耀 著
王 海涛 陈 林星
,
,

与 网 络 模拟

第一 版 北 京

人 民邮 电 出版社
,
,

网 络 的 体 系 结构及 其设 计

中国数 据 通 信



曾曦 曹毅 编 著 移动 移动 无线 网络 〔

,

网络

自组 织分 组 无线 网 络 技 术 北京 电子工 业 出版社
,

,



王金 龙 等

北 京 国 防 工 业 出版 社

米志超
仿真

,

郑 少 仁 无线战 术 互 联 网 控 制器通 信协 议 的设计 与 实现 解 放军 理 工 大学学报

,

,














,


一 一

,

,






,

,





,


, ,




,

,

,

,

,





【 」

, , ,




,

,

,

,


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