Ad Hoc 网络 TORA 和 DSR 路由协议的吞吐量研究.doc
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1、精品论文推荐Ad Hoc 网络 TORA 和 DSR 路由协议的吞吐量研究谢伟 重庆邮电大学通信与信息工程学院,重庆(400065) E-mail:michael_摘要:无线 Ad Hoc 网络是一种新型的无线通信网络,具有广泛的应用前景。本文论述了 无线 Ad Hoc 移动自组织网络的概念、特点,认真讨论了无线 Ad Hoc 网络的各种路由协议。着重对源驱动按需路由协议 TORA 和 DSR 路由协议进行了详细的分析与比较,得出了两种协议。下吞吐量的比较,本文采用 NS2 仿真软件进行了仿真实验分析。得到与理论分析一 致的结果,从而验证了正确的分析结果。关键词:无线 Ad Hoc 网络;TO
2、RA 协议;DSR 协议1.引言无线 Ad Hoc 网络是一种采用分布式控制、无中心、无基础设施的多跳自组织网络。 Ad Hoc 网络中的节点具有高度的移动性,可以动态地进行开关动作以加入或离开系统, 具有较强的抗毁性和自组织的能力。同时,它既是终端又是路由器。Ad Hoc 网络正是 因为这些特性使得其在许多场合中得到了广泛的应用。本文着重讨论了 Ad Hoc 网络的 路由协议,用仿真软件分别对 TORA 和 DSR 路由协议进行吞吐量方面的仿真比较。2.无线 Ad Hoc 网络的路由技术Ad Hoc网络动态的拓扑结构使路由协议研究成了一个很重要的热点,也是Ad Hoc网络 技术实用化的重点之
3、一。MANET工作组提出的单播路由协议根据发现路由的策略基本上可 以分为以下几类:主动式路由协议或表驱动路由选择协议、反应式路由协议或源驱动按需路 由选择协议。比较典型的表驱动路由协议有目的序号距离矢量协议DSDV、无线路由协议 WRP、簇头网关交换协议CGSR等,比较典型的按需路由协议包括动态源路由协议DSR、按 需驱动距离矢量路由协议AODV、临时路由需求协议TORA协议等1。下面我们就着重讨论Ad Hoc网络源驱动按需路由选择协议:2.1 源驱动按需路由协议2.1.1 TORA协议TORA协议是一种按需路由协议,它分为路由建立、路由维护和路由消除三个过程。过 程中用到三种分组格式:路由请
4、求分组QRY、路由更新分组UPD、路由擦除分组CLR。每个 节点i都分配一个五元素的状态变量HEIGHT=(taui,oidi,ri,deltai,i),其中前三个变 量(taui,oidi,ri)定义为参考水平,(deltai,i)定义为节点i的高度。taui为时间标签, oidi引起节点i参考水平改变的节点ID,ri为反射状态标志,deltai节点i在链路中的序号, i为网络中节点i的ID,目的节点j用ZERO=(0,0,0,0,j)表示,NULL=(一,一,一,一, k)表示节点k不在传输链路中,网络初始化时所有节点的状态为NULL。初始化时,目的节点 的高度(即传播序列号)被置为0。然
5、后由源节点广播一个含有目的节点ID的请求分组RREQ, 一个高度不为0的节点响应一个分组。收到RREQ分组的节点的高度将比发送该RREQ分组的 节点的高度大1,并且具有较大高度值的节点被规定为上游节点。通过这种方式能够创建一 个从源节点到目的节点的一个有向无环路图(DAG,Directed Acylic Graph)。当节点移动时,- 8 -路由需要重建。在路由消除阶段,TORA通过广播一个CLR分组来删除无效的路由。TORA存在的一个问题是当多个节点同时进行选路和删除路由时会产生路由振荡现象。TORA算法的原理可以用水从高山上流下的过程来比喻,水道代表节点之间的链路,水 道的转接处代表节点,
6、水流代表分组,每个节点有一个相对于目的节点的高度,用做计算路 由的度量。如果节点A到节点B的链路中断,就给A一个比其邻近节点都高的高度值,这样 水流(分组)就从A回流(这个过程称为反转),通过其它节点流向目的节点。TORA主要用于高速动态的多跳无线网络。TORA运行在IMEP(Internet MANET Encapsulation Protoco1)之上,TORA的优点有:当拓扑发生改变时,控制消息只在拓扑发生 改变的局部范围传播;支持保存2个节点间的多条路由以及广播,路由拓扑健壮性强;路由 建立时没有环路现象产生。TORA协议的缺点是路由的建立和维护开销大;当多个节点同时 进行选路和删除路
7、由时会产生路由振荡现象;TORA算法基于同步时钟,所以时间的不同可 以导致路由故障,并且这种算法还有潜在的振荡性,影响路由的建立时间2。2.1.2 DSR协议DSR协议中的每个节点维护一个路由缓存存储它所知道源路由,并在学到新路由时更 新路由缓存3。DSR 协议包含路由发现和路由维护两个部分。1) 路由发现 当源节点有数据要向目的节点发送时,它首先检查路由缓存中是否已经包含到目的端的、未过期的路由,若有,则使用该路由发送分组;否则,广播路由请求分组发起路由发现 过程。路由请求分组具有源和目的节点地址以及一个惟一的标识符,每个中间节点同样检查 是否有到目的端的路由,若没有则在分组记录中增加它的地
8、址,并向邻居转发。为了限制路 由请求传播的数量,节点在第一次收到某路由请求分组,并且在分组记录中不含有它的地址 时,才会处理该路由请求。2) 路由应答 路由应答分组可以在两个地方产生:1.当目的端产生路由应答分组时,它将路由请求分组中的路由记录放入路由应答分组中。2.当含有未过期的到目的端路由信息的中间节点收到 路由请求分组时,也产生路由应答分组,此时它将路由缓存表中的路由信息,以及路由请求 分组中记录的路由共同放入路由应答分组中。应答节点可以采用三种方式发送路由应答分组。如果应答节点含有到源端的路由,则 使用该路由直接进行发送;否则,如果网络链路是对称的(双向链路),则可以利用所发现的 路由
9、逆向发送,如果链路不对称,则应答节点将找到的路由放入路由发现分组中,发起向源 端的路由请求。DSR协议采用路由错误分组和确认分组进行路由维护。当节点在数据链路层遇到传输 错误时,向源端发送路由错误分组。收到路由错误分组的节点,从路由缓存中删除错误的路 由。确认分组用于证实路由的正确运行,同时节点也可以通过检测到沿路由的下一跳节点转 发分组来被动的获得确认。3.路由协议的仿真验证3.1 仿真环境配置为了验证无线Ad hoc网络对TORA和DSR协议的运行情况,在NS2中建立了一个模拟场景,其拓扑边界为1000m1000m,拓扑采用了10个无线节点,其拓扑图如下所示:7341052689图1 节点
10、拓扑结构仿真中传输的最大分组大小为600字节,节点间数据的传输是CBR数据流,排队采用了 “DropTail”机制,MAC层遵从802.11协议,采用的链路层类型为LL,Ad Hoc路由协议选取了 TORA和DSR路由协议,整个仿真运行的时间为50s。其主要仿真环境变量设置如下所示:表1 仿真环境的配置参数设置值节点数10拓扑范围1000m1000m仿真时间50s业务类型CBRAd Hoc路由协议TORA,DSR接口队列类型DropTail链路层类型LLMAC层协议802.11协议在仿真中,我们分别设定了三条数据流,分别是节点 0 到节点 2 的 CBR 数据流,最大分组包大小为 600 字节
11、,每隔 0.036s 发送一个分组,数据流在 1s 这个时间开始发送;节点2 到节点 4 的 CBR 数据流,最大分组包大小为 600 字节,每隔 0.031s 发送一个分组,数据 流在 2.0s 这个时间开始发送;节点 8 到节点 4 的 CBR 数据流,其最大分组包大小为 600 字 节,每隔 0.03s 发送一个分组,且数据流在 4.0s 这个时间开始发送。一个好的测试设计方案能够反映出两种路由协议在无线移动网络中的应用情况。由于 TORA 路由协议能够减小和控制因拓扑变化而带来的影响,并将其影响局部化,当网络规模 和拓扑变化速率加快时,它的性能预计会得到显著提高。更进一步的说,在网络密
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