NS-3在多網卡處理和IP尋址策略方面具有很的好特性,為了提高MANET路由協(xié)議性能,采用了NS-3仿真工具對MANET路由協(xié)議進行分析,詳細闡述了如何搭建NS-3仿真平臺,并從網絡規(guī)模和動態(tài)拓撲角度分析比較了AODV,DS-DV和OLSR三種路由協(xié)議的端到端平均時延和投遞率性能。仿真結果為協(xié)議的后續(xù)優(yōu)化和改進提供了依據(jù)。
0引言
隨著網絡技術和通信技術的蓬勃發(fā)展,如何在硬件條件不具備的情況下研究大規(guī)模網絡,如何快速設計。實現(xiàn)。分析新的協(xié)議和算法,如何比較新老系統(tǒng)和算法而不必花費巨資建立實際系統(tǒng)等問題日益成為網絡研究者關注的焦點。近年來,盛行的方式是通過計算機軟件對網絡協(xié)議。網絡拓撲。網絡性能進行模擬分析。采用這種網絡仿真的研究方法,降低了成本,研究方法靈活可靠,提高了研究效率。現(xiàn)在主流的網絡仿真工具主要有:OPNET,QualNet,NS-2.OPNET是商業(yè)軟件,軟件所提供的模型庫比較有限,而且主要集中于路由仿真。QualNet也是一款商業(yè)軟件,弱化了網絡分層的概念。NS-2的內容比較龐雜,各模塊間的協(xié)同及耦合不便于系統(tǒng)擴展。為此,在廣泛汲取現(xiàn)有網絡模擬器的成功經驗基礎上,美國華盛頓大學Thmos R. Henderson教授及其小組研發(fā)了一款極具特色的新型網絡仿真器——NS-3.相比其他網絡仿真工具,NS-3是一款開源軟件,在多網卡處理和IP尋址策略方面表現(xiàn)出更好特性,同時,NS-3的架構也相對更明了清晰,代碼不需做很大修改就可直接移植到真實網絡節(jié)點上,此外,研究者可根據(jù)自身需求進行任意拓展。
1 MANET路由協(xié)議分析
移動無線自組織網絡(MANET)是一種無中心。自組織的分布式多跳網絡,MANET以其固有特點在某些特殊場景(如:救災。戰(zhàn)爭等)中得到了廣泛運用。路由協(xié)議的好壞直接影響到整個網絡性能的優(yōu)劣。這里簡要介紹MANET中應用比較廣泛的3種平面路由協(xié)議。DSDV(Destination-Sequenced Distance Vector)是一種表驅動路由協(xié)議,它是在傳統(tǒng)的距離矢量DV算法基礎上改進設計的,同時也被稱為消除環(huán)路的Bellman-Ford路由算法。DSDV算法中每個節(jié)點都維護一張到達全網可達目的節(jié)點的路由表。相比DV算法,DSDV最大的區(qū)別是路由中增加了目的系列號(Sequence Number)字段,通過序列號來區(qū)別新舊路由信息。節(jié)點將收到新路由信息和當前路由信息比較,選擇序列號較大的路由記錄來更新路由表。若兩者序列號相同,則選擇跳數(shù)較小者。此外,全網節(jié)點要求周期性廣播路由包來進行路由維護。AODV(Ad Hoc On-Demand Distance Vector)是一種源驅動的路由協(xié)議[5],是DSR協(xié)議結合了DSDV中的按需路由機制設計出來的。節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)包時,首先查找自己路由表是否有到達目的節(jié)點的路由信息,若有,則直接按照路由信息發(fā)送;若沒有,則執(zhí)行路由發(fā)現(xiàn)過程。節(jié)點廣播路由請求包RREQ給自己鄰居,鄰居收到RREQ包后查詢自己路由表是否有到達目的節(jié)點路由信息,若有或本身就是目的節(jié)點,則將路由信息添加到路由應答包RREP,并將其反饋給源節(jié)點;若沒有,再將RREQ轉發(fā)給自己所有的鄰居。依次類推,直到到達目的節(jié)點或中間節(jié)點存在到達目的節(jié)點的路由。
AODV協(xié)議通過定期廣播Hello分組來進行路由維護,一旦發(fā)現(xiàn)了某條通信鏈路斷開,節(jié)點就會在DE-LEte_PERIOD時間之后從路由表中刪除包含該斷開鏈路的路由,并發(fā)送ERROR(路由錯誤)報文來通知那些因為鏈路斷開而不可達的節(jié)點刪除相應的路由記錄或者對已經存儲的路由信息進行修復更新。
OLSR(Optimized Link State Routing)是一種優(yōu)化的鏈路狀態(tài)路由協(xié)議,類似其他表驅動路由協(xié)議,節(jié)點需要周期性交互網絡路由信息。被鄰居節(jié)點選作中繼節(jié)點(Multi Point Telay,MPR)的節(jié)點周期性向網絡廣播控制信息分組,分組中包括將它選作MPR的那些節(jié)點的信息,以告訴網絡中其他節(jié)點與這些節(jié)點之間相連。而且,只有MPR節(jié)點才能夠作為路由節(jié)點,其他非MPR節(jié)點不參與路由計算,也不需轉播控制信息。OLSR協(xié)議中主要通過HELLO和TC(Topological Control)兩種控制消息來感知廣播拓撲。通過HELLO消息實現(xiàn)鏈路偵測。鄰居偵聽,以此建立節(jié)點的本地鏈路信息表,同時用于向鄰居節(jié)點通告本節(jié)點的多點中繼MPR節(jié)點的選擇;TC消息負責執(zhí)行MPR Selector鏈路狀態(tài)聲明,使得每個節(jié)點都能夠感知全網拓撲結構。最終,節(jié)點根據(jù)本地鏈路信息庫和拓撲集合中的信息,采用Dijkstra算法根據(jù)路徑最短的原則計算路由表。
2 NS-3仿真平臺搭建
2.1 NS-3仿真架構
NS-3是一款離散型模擬器,NS-3的網絡架構主要由模擬器內核和網絡構件2部分組成,如圖1所示。其中模擬器內核包括時間調度器和網絡模擬支持系統(tǒng),是NS-3最核心的部分。相比NS-2,NS-3仿真時間不僅支持Default Scheduler,而且還支持Realtime Scheduler.
圖1 NS-3體系結構
NS-3的網絡模擬支持系統(tǒng)包括:Attribute系統(tǒng)。Logging系統(tǒng)和Tracing系統(tǒng)。由于廣泛汲取了其他網絡仿真工具的經驗和技術,NS-3的內核在可量測性。可擴展性。模塊化。支持仿真與現(xiàn)實融合等方面具有極大優(yōu)勢。NS-3的網絡構件包括:節(jié)點(Node)。應用(Application)。協(xié)議棧(Protocol Stack)。網絡設備(Net Device)。信道(Channel)。拓撲生成器(Helper)等。網絡構件是對真實網絡的各個部分的抽象,具有低耦合高內聚特點,NS-3通過低層次的抽象,使得仿真效果盡可能反映真實網絡的性能。
圖2 節(jié)點數(shù)和時延
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路由協(xié)議
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