基于OMNeT++的AODV-UU、DSR-UU和DYMOUM路由协议性能仿真与..

基于OMNeT+＋＋+的AODV-UU、DSR-UU+和DYMOUM路由协议性能仿真与分析

32 4Vol.32 No.4

第 卷第 期 中南民族大学学报 自然科学版

2013年12月 Journal of South-Central University fo rNaNta. Sc tiio .

Ena diltiio ti n es Dec.2013

OMNeT + + AODV-UU 、 DSR-UU DYMOUM

基于 的 和

路由协议性能仿真与分析

王文涛,王 豪,郭 峰,郑 芳

中南民族大学计算机科学学院,武汉430074

摘 要 针对被动式单播路由协议 AODV-UU 、 DSR-UU 和 DYMOUM ,使用

OMNeT + + Objective Modular Network

Testbed in C + + 仿真软件,选取分组投递率、平均端到端时延和路由发现频率3个指标对 AODV-UU 、 DSR-UU 和

DYMOUM , 3

路由协议进行了性能仿真 通过改变节点数目和节点移动速度分析比较了这些参数对 个协议性能的

, DYMOUM AODV-UU DSR-UU ,

影响 仿真结果表明 协议在平均端到端时延和路由发现频率上优于 和 但

在分组投

递率上低于 AODV-UU 和 DSR-UU. 最后提出了对 DYMOUM 协议的改进.

关键词 移动自组织网 路由协议 性能仿真

TP393 A 1672-4321 2013 04-0091-06

中图分类号 文献标识码 文章编号

Pecenrrafom Sntiolauim dna Asislyan fo AODV-UU ,DSR-UU

dna DMO Y UM gtniuoR Prclstooo Bedsa no OMNeT + +

Wang Waonte ,Wang Hao ,Guo Fnge ,Znghe Fang

College of Compute, rSSo ciuethn-cCeentral University for Nat, io

Wnuaha lnit4i3e0s074,China

Atcartsb Aiming at passive unicast routing protocol,DASOR-UDUVa

-UnUd DYMOUM ,we use the simulation soft tool

OMNet + + Objective Modular Network Testbed inaCn+d+choose the

packet deliv, earvyerraatigo e end-to-end delay

and route discovery frequency to evaluate the performa,nDce SR-Uo U

afnd AOD DVYM-UOUUM. We change the speed

and numbers of the nodes to analyze and compare the effects of

different parameters. The results show that DYMOUM is

better than AODV-UU and DSR-UU at average end-to-end delay and route

discov, erbuyt f isrelquo ewne cyr in packet

delivery ratio. In, thweeepnrdopose the improvements in DYMOUM.

Ksdrowye Ad Hoc netwo rrkouting proto pecro fl ormance simulation

[1]

MANETproacti ve reactive

移动无线自组网 由一组无线移动 为先验式 路由协议和反应式 路

[2]

,

节点组成 是一种不需要依靠现有固定通信网络基 由协议 . 在文献研究方面,传统的反应式 MANET

[3] [4] [5]

础设施就能够迅速展开使用的网络体系,所需人工 经典路由协议DSDV 、

DSR 和AODV 的性能比

, 、 、 较研究已经完成. 文献[6]在 NS2 仿真环境下阐述

干预最少 是没有任何中心实体 自组织 自愈的网

AODV、 DSR DYMO ,

络.MANET 网络是对有线网络的补充和扩展,也是 了 和 协议的工作原理

文中采

未来一种主要的网络接入方式. 由于其组网灵活、 易 用平均时延、 平均跳数、包传递率和路由负载4个参

, . MANET 3 ,

于扩展 当前发展十分迅猛 目前对于 网络 数比较了这 种反应式路由协议

实验结果表明

的研究主要集中在传输方式、 组网方式和应用层上, DYMO 协议在平均时延和平均跳数上优于 AODV

, DSR ,

其中在组网方式的研究上 路由协议的研究是个热 和 路由协议 但在包传递率和路由负载上其性

.MANET , AODV DSR . [7]

门领域 路由协议从拓扑方式来分 主要分 能低于 和 路由协议 文献 比较了

2013-06-16

收稿日期

作者简介 王文涛 1967 -,男,副教授,博士,研究方向无线传感器网络,***********************.edu92中南民族大学学报 自然科学版 第32卷

DSDV、 AODV DSR 、 Netfilter IP

和 的数据包分组投递率 平均端 递到 钩子上的 数据包会被捕获并可以通

, .

到端时延和路由负载 指出先验式和反应式路由协 过添加自定义代码进行修改

议分别适用于何种网络环境,文献[8]虽然提出了 1.2 DSR-UU

[11]

DSR-UU

用于嵌入式和多种平台的 AODV-UU 协议,但是并 是比较经典的按需路由协议的原

DSR-UU ,DSR-UU

没有和同样用于嵌入式平台的 和 型 主要由路由寻找和路由维护两种机制

DYMOUM 路由协议进行比较分析.目前的研究主要 组成.

集中在经典反应式路由协议的性能仿真比较分析, 路由寻找 当某个源节点

S产生一个新分组需

AODV- ,S

在和硬件结合的嵌入式方面的改进协议如 要传输给目的节点时 就在该分组的分组头中添

UU、 DSR-UU DYMOUM ,

和 则没有进行相应的仿真 加一条源路由 从而给出沿着该条源路由转发该分

比较分析. 本文的主要贡献是,采用 OMNeT + + 网 组至目的节点 D的转发跳序列. 通常情况下,S通过

络仿真工具,在不同的节点数目和移动速度情况下, 搜索其路由存储器 out

R e Cache 就能够找到一条

3 、 ,

对这 种协议的分组投递率 端到端时延和路由发 合适的源路由 路由存储器用于存储其以前获得的

现频率3个指标进行分析比较,为嵌入式 Linux环 路由. 如果 S在其路由存储器中没有找到任何可用

境下反应式 MANET 路由协议的横向比较提供 路由,那么 S初始化路由寻找协议来动态地寻找一

. D , S D

参考 条到达 的新路由 并把源节点 和目的节点 分

.

别称为该路由寻找的发起节点和目标节点

路由维护 当使用一条源路由产生或者转发一

1

协议简介

个分组的时候,发送该分组的每个节点都要负责证

1.1 AODV-UU

实该分组能够通过本节点到达该条源路由下一跳节

[8]

AODV-UU . 1, A B、

路由协议是由瑞典乌普萨拉大学 点的链 如图 节点 使用一条经过中间节点

Uppsala Universi和 ty爱立信公司联合发布的一种 C、 D的源路由为节点 E产生一个分组. 节点 C经过

Ad Hoc . AODV-UU D

网络路由协议 路由协议是 若干次确认请求之后仍然没有接收到节点 的确

AODV Linux , , D ,

路由协议在嵌入式 系统上的实现 同 认 则认为从其到节点 的链已经中断

并且给节

时又对 AODV 协议草案增加了其他功能. 例如 Hello点 A以及所有中间节点回送一个路由错误 自 C接

消息增加了单向链路检测和冲突避免. 由于 AODV 收到 D的最后一个确认

以来,这些节点可能已经使

MAC 802.11DCF , 802.11DCF C D . A ,

路由协议 层采用 标准 用从 到 的链 节点 接收到错误路由后 从其

, ,

中的广播信息传输速度要低于单播 并且传输范围 路由存储器中删除中断链 如果需要重传 分组的重

大于单播,因此,当单播信息失败后,节点还可能认 传由上层协议 如 TCP

执行.

, .

为链路是活动的 这样就会引起报文错误率增加

[9]

AODV-UU F R C3561 ,

同样遵循 路由协议标准 并

且在平均端到端时延和路由开销方面的性能要优于

图1 DSR-UU 路由维护

[10]

AODV 和 AOMDV 协议 . AODV-UU 是基于

Fig.1 DSR-UU routing maintenance

Netfilter ,AODV-UU ,

框架实现的 至今仍在更新

AODV-UU .

主要包括路由发现和路由维护两部分

1.3 DYMOUM

路由发现 当 Netfilt从端口捕获输入或者输出报 er

[12]

DYMOUM AODV-UU ,

并不是 协议的扩展 而

文后,检查报文当中的目的地址是否在当前路由表

是将 AODV-UU 的序列号、 跳数计数和 E R RR 保留,

, , ,

中 如果在 将报文放行 否则将报文放到缓存队列

DSR-UU ,DYMOUM

并加入 的源路径积累思想 主要

中,然后向用户层的守护进程发送路由查找消息,如

.

也是由路由发现和路由维护两个机制组成

果找到有效路由表则通知缓存模块,缓存模块将含

路由发现 DYMOUM 的路由发现机制和 DSR-

,

有目的地址的报文重发 在定时器时间内如果没有

UU 的路由发现机制类似,当一个节点需要通信时,

, . AODV-

找到有效路由 此报文将被丢弃 路由维护

.

创建一个到目的节点的路由 当源节点要和目的节

UU 使用内核交互的方式更新内核路由表,AODV-

, E RR Q ,

点通信时 源节点广播 包 直到目的节点收

UU 的内核模块使用 Netfilt钩子来决定包是到来 er

到 E RR Q 包,目的节点返回给源节点 E RR P 包建立

, ,

的还是出去的 并且决定它应该被接收还是转发 投第4期 王文涛,等 基于

OMNeT + + 的 AODV-UU 、 DSR-UU 和 DYMOUM 路由协议性能仿真与分析 93

. 1 OMNeT + +

反向路由 一个 模型是通过交换信息来通

DSR-UU ,DYMO -UM. ,

路由维护 与 相比 发现 讯的组件 模块 来构建的 模块可以嵌套 也就是

断路后会通知全网中使用该断裂链路的节点,但没 说,几个模块可以组成一个复合模块. 在创建模型

有在传输数据的时候采用源路由,而是仅仅在路由 时,需要将系统映射到一个相互通讯的模块体系中

, , 2 NED .

发现过程中 使用路由控制包携带更多路由信息 没 用 语言定义模型的结构 可以在

有沿用 DSR-UU 在数据包中携带源路由的做法. OMNeT + + 提供的 IDE中以文本或图形化方式来

编辑 NED文件

3C + +

模型的活动组件 简单模块 需要用

2 仿真实验

,

来编程 当中要使用仿真内核及类库

2.1 仿真场景 4 提供一个拥有配置和参数的 omnetpp. ini

实验采用 OMNeT + + 作为仿真工具,OMNeT + 文件给模型,一个配置文件可以用不同的参数来描

+ , C

是面向对象的离散事件网络仿真工具 它使用 述若干个仿真过程

+ + , OSI , NS-2、 OPNET 5 构建仿真程序并运行. 可以将代码链接到

编程 支持 七层网络结构 与

等网络仿真软件相比,OMNeT + + 能够运行于多个 OMNeT + + 的仿真内核及其提供的一个用户接口

, ,

操作系统平台 能够把网络拓扑和节点定义模块化 命令行和交互式接口或图形化接口

. inetmanet-2.0 6

大大提高了仿真效率 协议采用 包里 将仿真结果写入输出向量和输出标量文件

面的 grid_aodv 协议,仿真场景分别是 AODV-UU 、 中,使用 IDE中提供的

分析工具来进行可视化. 结

DSR-UU 和 DYMOUM. 仿真的运动场景是 每个移 果文件是普通的文本,所以能用 R 、 MATLAB 或其它

2000 ×1000m .

动节点在 的矩形区域不停地随机运 工具来进行绘图

MassMobility, 仿真流程图如图2. 得到* . vec矢量文件之后,

动 运动模型是 仿真时间设置为

100s.仿真的消息长度是512 Byte,应用层开始发送 我们用 MATLAB 软件进行绘图.

UDP unifor 1ms, 60s, 1 , 2.3

包的时间服从 均匀分布 延 仿真结果及分析

20s, . Ad Hoc

时限制为 目的节点随机生成 仿真时采用的业 我们选择了以下在 网络中评估网络性

务场景见表1. 能的指标

1 平均端到端时延 数据分组从源节点到目

1

表 业务场景

, 、

的节点所需要的平均时间 包括路由发现时延 数据

Tab.1 Scenario scene

、 MAC

包在队列中的等待时间 传输时延以及 层的重

参数类型 参数值

传时延,反映路由有效性.

messageLength 512 Byte

startTime unifo r1ms, 60s, 1

delayLimit 20s

平均端到端时延

destAddrNR G 1

∑ 接收数据包时间 - 发送数据包时间

.

接收数据包个数

2. 2. 4GHz,

仿真的信道参数见表 信道频率是

最大发送功率2.0mW,路径损耗系数是2,信道数量 2 丢包率 应用层收到的丢失分组数与发送

是1,Mac层协议选取的是802.11. 的分组数之比,反映路由可靠性.

表2 信道参数

传输层未收到分组数

×100%.

丢包率

Tab.2 Channel parameters

传输层收到分组数

参数类型 参数值

carrierFrequency 2.4GHz

3 .

路由发现频率 每个节点传输数据量 反映

p 2.0mW

路由传输错误率和网络竞争水平.

alpha 2

numChannels 1

2.2

仿真步骤 路由发现次数

.

路由发现频率

仿真时间

用 OMNeT + + 进行仿真的流程如下94 中南民族大学学报 自然科学版 第32卷

2

图 仿真流程图

Fig.2 Simulation flow chart

仿真共使用 7种不同的节点运动速度 0,50, 果图. AODV-UU 、 DSR-UU 和

DYMOUM 在 50个节

100, 150, 200, 250, 300 m/s,根据节点运动速度的不 点和100个节点的平均端到端时延、 丢包率、 路由发

, . 50 , 3 ~5 .

同 网络拓扑变化剧烈程度不同 我们取 个或者 现频率 分别如图 所示

100 , MATLAB

个节点的平均值 用 工具绘制仿真结

3

图 平均端到端时延与节点移动速度仿真结果图

Fig.3 e R sults figure of average end-to-end delay with the node speed第4期 王文涛,等 基于 OMNeT + + 的 AODV-UU 、 DSR-UU 和 DYMOUM 路由协议性能仿真与分析 95

4

图 丢包率与节点移动速度仿真结果图

Fig.4 e R sults figure of loss rate with the node speed

5

图 路由发现频率与节点移动速度仿真结果图

Fig.5 e R sults figure of route discovery frequency with the node speed

平均端到端时延 由图 3可知,DYMOUM 协议 致,在节点较多时,DYMOUM 的丢包率急剧上升,这

的平均端到端时延优于 AODV-UU 和 DSR-UU 协 是因为 DYMOUM 只对基本的路由维护作出规定,

, DYMOUM , Hello

议 主要是 协议使用了路径积累 更能有 并没有说明路由维护是采用传统的 包维护机

效发现路由,此外,DYMOUM 的路由维持效率比 制、链路检测反馈机制还是像

AOMDV 的多路径维

AODV-UU DSR-UU . 3 , .

和 高 从图 中还可以看出 护机制

AODV-UU 100m/s ,DYMOUM

的时延在节点移动速度为 时到 路由发现频率 在路由发现频率上

达一个峰值,DSR-UU 时延在节点移动速度为50m/ 的表现明显要优于

AODVUU 和 DSRUU ,不过 DSR

s , DYMOUM , , ,

时到达一个峰值 而 表现比较稳定 随 由于其源路径累积思想 在路径基本建立完成之后

,3 .

着节点移动速度的增加 个协议的时延都出现增 路由发现频率趋于稳定

长,这是因为节点移动速度越快,拓扑变化越剧烈, 由以上仿真结果及性能分析可知,DYMOUM 的

, . AODVUU

路由重建次数就越多 时延就会升高 平均端到端时延和路由发现频率优于

和

丢包率 从图4可以看出,在50个节点的情况 DSRUU 协议. 当节点数目较少时,DYMOUM 协议的

下,节点移动速度较低时,DYMOUM 丢包率较低,表 丢包率略高于 AODVUU 和

DSRUU 协议,三者差别

, , ,DYMOUM

现较好 而且整体表现较为平稳 但是当节点速度较 并不大 当节点数目较多时 协议的丢包

高时,DYMOUM 和 AODVUU 丢包率接近,均大于 率明显高于 AODVUU 和

DSRUU 协议. 因此,

DYMOUM

DSRUU 的丢包率 在 100个节点的情况下, 协议适用于对时延和开销要求较高的网

DYMOUM AODVUU DSRUU , AODVUU DSRUU

的丢包率比 和 要高出 络 而 和 适合对丢包率要求较高

很多,AODVUU 和 DSRUU 的丢包率基本接近. 因 的网络. 在节点数目较大时,AODVUU 和 DSRUU 的

, , 3 ,DYMOUM

此 在节点较少的情况下 个协议的丢包率基本一 丢包率基本一致 的丢包率明显不如