基于NS2的AdHoc網(wǎng)絡(luò)AODV協(xié)議研究與改進(jìn)

1、基于NS2的AdHoc網(wǎng)絡(luò)AODV協(xié)議研究與改進(jìn)論文導(dǎo)讀:：無線自組網(wǎng)是由一組無線移動(dòng)主機(jī)組成的無基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)。通過NS2仿真軟件的內(nèi)核擴(kuò)展及重編譯，分析經(jīng)典按需路由協(xié)議AODV的路由發(fā)現(xiàn)和建立過程。最后對(duì)AODV協(xié)議提出改進(jìn)思路。結(jié)果表明，在NS2仿真軟件下對(duì)無線自組網(wǎng)路由協(xié)議研究和調(diào)試分析是一種科學(xué)有效的方法。論文關(guān)鍵詞：無線自組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)仿真，路由協(xié)議1.引言移動(dòng)無線自組網(wǎng)(Mobile Ad Hoc Network, MANET )是由一組帶有無線收發(fā)裝置的移動(dòng)終端組成的多跳自組織、自管理網(wǎng)絡(luò)。MANET網(wǎng)絡(luò)不需要固定的基站，加上MANET網(wǎng)絡(luò)具有生存性極強(qiáng)、創(chuàng)建與移動(dòng)極為方便的特點(diǎn)，

2、彌補(bǔ)了蜂窩系統(tǒng)與有線網(wǎng)絡(luò)的不足，可方便、靈活組網(wǎng)，在公共服務(wù)、緊急搜救、智能交通等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。MANET網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)既是通信終端，又具有路由器的功能，可自由移動(dòng)。在MANET網(wǎng)絡(luò)中，無線信道變化的不規(guī)則性、節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)、加入、退出等原因?qū)е铝司W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)經(jīng)常發(fā)生變化，而且由于節(jié)點(diǎn)無線覆蓋范圍的有限性，兩個(gè)無法直接連接的節(jié)點(diǎn)需要借助于其它節(jié)點(diǎn)的報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)才能通信，路由協(xié)議的作用就是在這種環(huán)境中監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化，交換路由信息小學(xué)語文教學(xué)論文，定位目的節(jié)點(diǎn)位置，產(chǎn)生、維護(hù)和選擇路由，并根據(jù)選擇的路由轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，提供網(wǎng)絡(luò)的連通性，它是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)互相通信的基礎(chǔ)，是移動(dòng)MANET網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要和核心

3、的問題。目前已經(jīng)提出了十幾種MANET網(wǎng)絡(luò)單徑路由協(xié)議，根據(jù)路由建立的方式不同，可以把路由協(xié)議分為先驗(yàn)式路由協(xié)議、反應(yīng)式路由協(xié)議。DSDV1是比較典型的先驗(yàn)式路由協(xié)議，DSR2、AODV3和TORA4是比較典型的反應(yīng)式路由協(xié)議。研究表明，在節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的情況下，反應(yīng)式路由協(xié)議具有較低的路由開銷，其性能優(yōu)于先驗(yàn)式路由協(xié)議；在反應(yīng)式路由協(xié)議中，AODV協(xié)議具有適度的路由開銷和快速收斂性，優(yōu)勢較明顯，是MANET網(wǎng)絡(luò)中有前途的路由協(xié)議之一并已成為多徑協(xié)議的擴(kuò)展基礎(chǔ)5。2.AODV協(xié)議AODV協(xié)議本質(zhì)上是DSDV和DSR兩種協(xié)議的結(jié)合，是在DSDV協(xié)議的基礎(chǔ)上，結(jié)合DSR的按需路由機(jī)制改進(jìn)而提出的，不同之

4、處在于AODV采用了逐跳轉(zhuǎn)發(fā)的方式而不是DSR的源路由方式以提高帶寬利用率。AODV是一種純粹的按需路由獲取機(jī)制，只有需要相互通訊的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)才會(huì)進(jìn)行路由查找與維護(hù)，中間節(jié)點(diǎn)可以提供轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)6。AODV協(xié)議假設(shè)無線鏈路是雙向的，其路由協(xié)議機(jī)制可以概括為路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)2個(gè)過程。(2)路由維護(hù)：結(jié)點(diǎn)通過MAC層周期性廣播hello消息來判斷鏈路狀態(tài)，如果該結(jié)點(diǎn)連續(xù)3次未收到hello響應(yīng)消息，就認(rèn)為鏈路已經(jīng)斷開，刪除包含該鏈路的路由信息，并發(fā)起路由錯(cuò)誤RRER報(bào)文小學(xué)語文教學(xué)論文，通知相鄰結(jié)點(diǎn)和相應(yīng)的上游結(jié)點(diǎn)刪除因鏈路斷開而導(dǎo)致目的結(jié)點(diǎn)不可達(dá)的路由信息。3.NS2仿真軟件的擴(kuò)展在NS27仿真軟件

5、上，AODV協(xié)議路由發(fā)現(xiàn)及路由表建立策略主要與sendRequest、recvRequest、forward、sendReply、recvReply等5個(gè)函數(shù)有關(guān)。為了更好的研究工作分析其路由發(fā)現(xiàn)與路由表項(xiàng)目的建立過程，本文對(duì)NS2仿真軟件進(jìn)行必要的擴(kuò)展論文提綱怎么寫。(1) 在sendRequest、recvRequest、forward、sendReply、recvReply等5個(gè)函數(shù)的相應(yīng)位置添加fprintf()函數(shù)，以便仿真后能從控制臺(tái)上讀出路由發(fā)現(xiàn)、轉(zhuǎn)發(fā)及路由回應(yīng)等信息。如在sendRequest函數(shù)中添加fprintf(stderr, %f-Node%2d-%s-Node%2dn

6、, Scheduler:instance().clock(), index, _FUNCTION_,rt-rt_dst);(2)在aodv.h頭文件中，聲明路由表項(xiàng)目打印輸出的函數(shù)如下：void rt_print(nsaddr_t node_id);(3)在aodv.cc中，定義路由表項(xiàng)目打印函數(shù)為：void AODV:rt_print(nsaddr_t node_id)aodv_rt_entry *rt;for (rt=rtable.head();rt; rt =rt-rt_link.le_next) fprintf(stderr, %fS=%i,D=%i,N=%i, H=%i, seqno

7、=%i n,CURRENT_TIME, node_id,rt-rt_dst, rt-rt_nexthop, rt-rt_hops, rt-rt_seqno);如果需要打印其它信息，如時(shí)間戳、路由有效標(biāo)志等，可按此方法增加。(4)在sendRequest、recvRequest、forward、sendReply、recvReply等5個(gè)函數(shù)的相應(yīng)位置添加打印函數(shù)rt_print(index)，以便在路由發(fā)現(xiàn)過程中將各節(jié)點(diǎn)建立的正向或反向路由表打印出來。(5)重新編譯NS2。4.NS2仿真參數(shù)說明采用winXP+Cygwin+NS2.29仿真平臺(tái)，對(duì)MANET網(wǎng)絡(luò)的AODV協(xié)議進(jìn)行模擬分析。使用

8、node-config配置函數(shù)配置移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，配置的選項(xiàng)包括：路由協(xié)議、協(xié)議棧、通道、拓?fù)?、傳輸模型以及是否打開有線路由(如果需要有線-無線場景)，是否打開各層的Trace(Router，Mac，Agent)等。本文采用的仿真場景是在600m600m的空間中配置3個(gè)節(jié)點(diǎn)，仿真時(shí)間為100s。各節(jié)點(diǎn)在仿真過程中保持靜止。仿真選擇CBR業(yè)務(wù)源，每個(gè)CBR源每秒發(fā)送2個(gè)CBR數(shù)據(jù)包，每個(gè)數(shù)據(jù)包512B。如圖1(a)所示：圖1 RREQ及RREP的傳送過程N(yùn)0為源節(jié)點(diǎn)，N1為中間節(jié)點(diǎn)，N2為目的節(jié)點(diǎn)，源節(jié)點(diǎn)N0在20.0s時(shí)向目的節(jié)點(diǎn)N4發(fā)送數(shù)據(jù)包。詳細(xì)的模擬參數(shù)記錄于表1。表1 仿真參數(shù)列表 參數(shù)類型

9、 參數(shù)值 simulation time/s 100 simulation terrain/m2 600*600 number of nodes 3 Traffic CBR radio frequency/MHz 914 channel bandwidth /(Mb/s) 2 Mac protocol 802.11 transmission range/ m 250 5.NS2仿真輸出文件分析 仿真結(jié)束后，在控制臺(tái)輸出相關(guān)的RREQ和RREP路由包的傳送過程，以及節(jié)點(diǎn)在接收到RREQ與RREP時(shí)建立的反向與正向路由表項(xiàng)目。其原理分析示意圖如1。此外，更多的信息在out.tr文件中。5.1控制臺(tái)

10、輸出信息分析20.000000-Node 0-sendRequest -Node2 /20s時(shí)，節(jié)點(diǎn)0有數(shù)據(jù)需要發(fā)送到節(jié)點(diǎn)2，發(fā)起RREQ報(bào)文。20.019909-Node 1-recvRequest/節(jié)點(diǎn)1收到節(jié)點(diǎn)0的RREQ報(bào)文。20.019909 S=1,D=0,N=0,H=1,seqno=4,flags=1/建立反向路由小學(xué)語文教學(xué)論文，即1-0的路由。20.019909-Node 1-forward-BROADCAST/節(jié)點(diǎn)1轉(zhuǎn)發(fā)，繼續(xù)廣播節(jié)點(diǎn)0的RREQ報(bào)文。20.040699-Node 0-recvRequest/節(jié)點(diǎn)0收到自己發(fā)送的RREQ報(bào)文，丟棄。20.040699-Nod

11、e 2-recvRequest/節(jié)點(diǎn)2收到節(jié)點(diǎn)0的報(bào)文。20.040699 S=2,D=0,N=1,H=2,seqno=4,flags=1/節(jié)點(diǎn)2為RREQ報(bào)文的目的地，建立到節(jié)點(diǎn)0的反向路由。20.040699-Node 2-sendReply-Node 0/節(jié)點(diǎn)2以單播形式發(fā)送RREP報(bào)文，20.197203-Node 1-recvReply From Node 2/節(jié)點(diǎn)1收到節(jié)點(diǎn)2發(fā)出的2-0的報(bào)文。20.197203S=1,D=2,N=2,H=1,seqno=4,flags=120.197203 S=1,D=0,N=0,H=1,seqno=4,flags=1/節(jié)點(diǎn)1建立正向路由。20.

12、197203-Node 1-forward RREP To Node 0/節(jié)點(diǎn)1轉(zhuǎn)發(fā)RREP到節(jié)點(diǎn)0。20.373262-Node 0-recvReply From Node 2/節(jié)點(diǎn)0接收到RREP報(bào)文。20.373262 S=0,D=2,N=1,H=2,seqno=4,flags=1/建立正向路由，路由表項(xiàng)目建立完成論文提綱怎么寫。5.2AODV仿真輸出的TraceFile文件分析在仿真后的輸出文件out.tr中，為分析方便，下面只列出其中的$1、$2、$3、$18、$19、$20、$21、$22、$23、$24、$25列。內(nèi)容如下：1: s 20.000000 _0_ 0 02: r 2

13、0.000000 _0_ 0 03: s 20.000000 _0_ 0x2 1 1 2 0 04 (REQUEST)4: r 20.019909 _1_ 0x2 1 1 2 0 04 (REQUEST)5: s 20.020790 _1_ 0x2 2 1 2 0 04 (REQUEST)6: r 20.040699 _0_ 0x2 2 1 2 0 04 (REQUEST)7: r 20.040699 _2_ 0x2 2 1 2 0 04 (REQUEST)8: s 20.040699 _2_ 0x4 1 2 410.000000 (REPLY)9: r 20.197201 _1_ 0x4 1

14、 2 410.000000 (REPLY)10:f 20.197201 _1_ 0x4 2 2 410.000000 (REPLY)11:r 20.373261 _0_ 0x4 2 2 410.000000 (REPLY)12:s 20.373261 _0_ 0 013:r 20.451991 _1_ 0 1 014:f 20.451991 _1_ 0 1 015:r 20.530681 _2_ 0 2 0第1、2行，20.000000秒節(jié)點(diǎn)0的AGT業(yè)務(wù)層產(chǎn)生數(shù)據(jù)，并下傳給它的路由層，節(jié)點(diǎn)0查找自己的路由表，由于沒有到節(jié)點(diǎn)2的路由，第3行，發(fā)送路由發(fā)現(xiàn)RREQ報(bào)文，其中為該RREQ報(bào)文的唯一

15、標(biāo)識(shí)，其它節(jié)點(diǎn)接收到后依據(jù)來判斷是否收到過此報(bào)文。第4-7行該RREQ報(bào)文經(jīng)過節(jié)點(diǎn)1接收并繼續(xù)廣播后到達(dá)節(jié)點(diǎn)2。節(jié)點(diǎn)2接收到節(jié)點(diǎn)0發(fā)出的RREQ報(bào)文后建立反向路由，并單播RREP到節(jié)點(diǎn)0(第8行)，如第9-11行所示該RREP報(bào)文經(jīng)過中間節(jié)點(diǎn)1的轉(zhuǎn)發(fā)，最終在20.373261秒時(shí)被節(jié)點(diǎn)0接收，節(jié)點(diǎn)0依據(jù)RREP信息建立起到節(jié)點(diǎn)2的路由。如第12-15行所示，節(jié)點(diǎn)0將隊(duì)列中的fid為0的第1個(gè)分組經(jīng)過中間節(jié)點(diǎn)1的轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)送到節(jié)點(diǎn)2。20.530681秒時(shí)節(jié)點(diǎn)2接收到第一個(gè)CBR分組。6.AODV協(xié)議的改進(jìn)思路(1)由于MANET網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)通過由電池供電，能量問題消耗后，可能導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)的死亡，所以在A

16、ODV協(xié)議中應(yīng)該考慮能量因素小學(xué)語文教學(xué)論文，做到節(jié)能降耗，延長MANET網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間。同時(shí)可以考慮采用路徑能量總消耗來作為在選擇路由時(shí)的度量和條件。(2)在路由發(fā)現(xiàn)中目的結(jié)點(diǎn)會(huì)接收到從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的不同路徑，可在改進(jìn)中增加多徑路由選擇，當(dāng)前路由失效后，無需重新發(fā)起RREQ請求，后采用備用路由進(jìn)行通信。(3)由于通信的覆蓋范圍與節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率有關(guān)，在節(jié)點(diǎn)硬件開發(fā)時(shí)，可以考慮動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)射功率，使得在兩節(jié)點(diǎn)距離非常近的情況下節(jié)省節(jié)點(diǎn)通信的能耗。7.總結(jié)通過對(duì)AODV路由協(xié)議的路由發(fā)現(xiàn)及路由建立過程的深入分析，并在NS2仿真軟件上進(jìn)行必要的擴(kuò)展和重編譯。從實(shí)驗(yàn)的仿真過程與結(jié)果分析可以看出，對(duì)于

17、MANET網(wǎng)絡(luò)協(xié)議研究，NS2是一種有效的手段，對(duì)于進(jìn)一步研究MANET網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及改進(jìn)后的驗(yàn)證有著積極的意義。本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：通過NS2仿真軟件的內(nèi)核擴(kuò)展及重編譯，分析MANET 中經(jīng)典按需路由協(xié)議AODV的路由發(fā)現(xiàn)和建立過程，并對(duì)AODV協(xié)議提出改進(jìn)思路。參考文獻(xiàn)1Perkins C E and BhawatP.HighlyDynamic Destination Sequenced Distance Vector Routing(DSDV) for Mobile Computers. september1994.2David B Johnson，David A Maltz，Carnegie Mellon， et al Thedynamic source routing Protocol for mobile ad hoc networks(DSR)RFC4728，F(xiàn)eb20073CPerkins， EBelding-Royer，SDas Ad hoc On-Demand Distance Vcetor(AODV) Routing RFC3651，July 20034VPark and SCorson.Temporally-OrderedRouting Algorithm(TORA) Ve