（通信与信息系统专业论文）perance+comparison+of+single+and+multipath+routing+protocols+for+mobile+adhoc+networks.pdf

p e r f o r m a n c ec o m p a r i s o no fs i n g l ea n dm u l t i p a t hr o u t i n gp r o t o c o l sf o rm a n e t s 摘要 移动自组网络是由可以无线通信的移动终端集合组成的通信网络。这些移动主机 常常形成一个没有任何集中管理的网络拓扑。每个节点充当像路由器一样的主机，数 据包在节点之间转发。为了转发数据包，路由协议是非常必要的。一个临时网络具有 在路由协议上利用新的要求的特征。在移动自组网中，由于网络元素的流动性，在路 由算法中缺少中心控制、鲁棒性、适应性，以及自组织性，所以从源节点到给定的目 的节点的数据包指向的挑战是非常困难的。其中一个关键的挑战是设计有效的动态协 议，从而使用较少的开销。 本论文提出了单径和多径的灵活路由协议( a o d v ) 和( a o m d v ) 的性能对照。使用 平均端到端延迟、分组投递率、规范化路由负载和吞吐量四个性能指标进行对比。采 用n s - 2 模拟器进行仿真实现。仿真采用多种停顿时间和最大连接。 关键词：移动自组织网络；路由协议；a o d v ；a o m d v ；n s 2 仿真器 a b s t r a c t m o b i l ea dh o cn e t w o r k sa r ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r k sb u i l tu po fac o l l e c t i o no fm o b i l e d e v i c e sw h i c hc a nc o m m u n i c a t et h r o u g hw i r e l e s sc o n n e c t i o n s t h e s em o b i l eh o s t sf i e q u e n t l y f o r man e t w o r k t o p o l o g yw i t h o u ta n yc e n t r a l i z e da d m i n i s t r a t i o n e a c hn o d ew i l la c ta sah o s t a sw e l la sar o u t e ra n dt h ed a t ap a c k e t ss h o u l db ef o r w a r d e da m o n gt h en o d e s i no r d e rt o f o r w a r dt h ep a c k e t ，r o u t i n gp r o t o c o l sa r en e e d e d a na d 。h o cn e t w o r kh a sc e r t a i nf e a t u r e st h a t i m p o s en e wd e m a n d so nr o u t i n gp r o t o c o l s t h ec h a l l e n g e so fd i r e c t i n gd a t ap a c k e t sf r o ma s o u r c en o d et oag i v e nd e s t i n a t i o ni s p a r t i c u l a r l y h a r di nm o b i l ea d - h o c n e t w o r k s ( m a n e t s ) ，d u et ot h em o b i l i t yo ft h en e t w o r kd e m e m sa n dt h el a c ko ft h ec e n t r a lc o m 0 1 r o b u s t n e s s ，a d a p t a b i l i t yi nr o u t i n ga l g o r i t h m s ， a n ds e l fo r g a l l i z i n g ak e yc h a l l e n g ei ns u c h n e t w o r k si st od e s i g nd y n a m i cr o u t i n gp r o t o c o l st h a ta r ee f f i c i e n ta n dc o n s u m el e s so v e r h e a d i nt h i st h e s i sw ep r e s e n t e dp e r f o r m a n c ec o m p a r i s o no fs i n g l ea n dm u l t i p a t hr e a c t i v e r o u t i n gp r o t o c o l sa d h o eo n - d e m a n dd i s t a n c ev e r o r ( a o d a n da d - h o co n d e m a n d m u l t i p a t hd i s t a n c ev e c m r ( a o m d v ) t h e ya r ec o m p a r e du s i n gf o u rm e t r i c s ：a v e r a g ee n dt o e n dd e l a y ，p a c k e td e l i v e r yf r a c t i o n ，n o r m a l i z e dr o u t i n gl o a da n dt h r o u g h p u t a ne x t e n s i v e s i m u l a t i o n su s i n gn s - 2s i m u l a t o ri sp e r f o r m e d t h es i m u l a t i o nh a sb e e nd o n ew i t hv a r i o u s p a u s et i m ea n dm a x i m u mc o n n e c t i o n k e y w o r d s ：m o b i l ea d - h o cn e t w o r k s ；r o u t i n gp r o t o c o l s ；a o d 7 ；a o m d v ；n s 2s i m u l a t o r l i s to ff i g u r e s f i g u r e1 1a ne x a m p l eo fas i m p l ea d h o en e t w o r kw i t ht h r e ep a r t i c i p a t i n gn o d e s 2 f i g u r e2 1a ne x a m p l eo f m o b i l ea d h o en e t w o r k 6 f i g u r e2 2c l a s s i f i c a t i o no f r o u t i n gp r o t o c o l s 9 f i g u r e2 3c g s r ( c l u s t e r - - h e a dg a t e w a ys w i t c hr o u t i n g ) 1 4 f i g u r e2 4c r e a t i o no f r e c o r dr o u t ei nd s r p 1 7 f i g u r e2 5r o u t ec r e a t i o ni nt o r a 2 1 f i g u r e2 6r e - - e s t a b l i s h e dr o u t ei nf a i l u r eo f l i n k5 - 7 2 2 f i g u r e3 1p r o p a g a t i o no f r r e q ：! z i f i g u r e3 2p a t ho f t h er r e pt ot h es o u r c e ，：1 5 f i g u r e3 3l i n kb r e a k a g e 2 5 f i g u r e3 4r e b r o a d c a s t 心汪q 2 5 f i g u r e3 5a o d vr o u t eu p d a t e sr u l e 2 6 f i g u r e3 6s t r u c t u r eo f r o u t i n gt a b l ee n t r i e sf o ra o d v a n da o m d v | 2 8 f i g u r e3 7a o m d v r o u t eu p d a t e sr u l e s 2 9 f i g u r e3 8a ne x a m p l eo fp o t e n t i a lr o u t i n gl o o ps c e n a r i o sw i t hm u l t i p l ep a t hc o m p u t a t i o n 3 0 f i g u r e3 9a ne x a m p l eo f p o t e n t i a lr o u t i n gl o o ps c e n a r i o sw i mm u l t i p l ep a t hc o m p u t a t i o n 3 0 f i g u r e3 1 0a ne x a m p l eo f l i n kd i s j o i n t 3 1 f i g u r e3 11a ne x a m p l eo f n o d ed i s j o i n t 3 2 f i g u r e4 1ab a s i ca r c h i t e c t u r eo f n s 一2 3 6 f i g u r e4 2s i m u l a t i o ne l e m e n t si nn s 一2 。3 7 f i g u r e5 1s i m u l a t i o nr e s u l t so f 2 0m a x i m u m c o n n e c t i o n 4 4 f i g u r e5 2s i m u l a t i o nr e s u l t so f 2 5m a x i m u mc o n n e c t i o n 4 6 f i g u r e5 3s i m u l a t i o nr e s u l t so f 3 0m a x i m u m c o n n e c t i o n 4 8 f i g u r e5 4s i m u l a t i o nr e s u l t so f m a x i m u ms p e e d 4 9 a o d v a o d v b r a o m d v c b r c g s r d s d v d s r l a n l a r l c t l l l c c m a c m a n e t m r l m s r n d p u n r l n s p d f r e t r f r o a m r t r w | p s m r t c l t t l t o r a w 耻 z r p l i s to fa b b r e v i a t i o n s a d - h o co n - d e m a n dd i s t a n c ev e c t o r a d - h o co n - d e m a n dd i s t a n c ev e c t o r b a c k u pr o u t i n g a d - h o co n d e m a n dm u l t i p a t hd i s t a n c ev e c t o r c o n s t a n tb i tr a t e c l u s t e r - h e a dg a t e w a ys w i t c hr o u t i n g d e s t i n a t i o ns e q u e n c ed i s t a n c ev e c t o r d y n a m i cs o u r c er o u t i n g l o c a la r e an e t w o r k l o c a la i d e dr o u t i n g l i n kc o s tt a b l e l i n kl a y e r l e a s tc l u s t e rc h a n g e m e d i u ma c c e s sc o n t r o l m o b i l ea d h o cn e t w o r k m e s s a g er e t r a n s m i s s i o nl i s t m u l t is o u r c er o u t i n g n e t w o r kd a t ap a c k e tu 1 1 i t n o r m a l i z e dr o u t i n gl o a d n e t w o r ks i m u l a t o r p a c k e td e l i v e r yf r a c t i o n r o u t ee x p i r yt i m e r a d i of r e q u e n c y r o u t i n go n - d e m a n da c y c l i cm u l t i p a t h r a d i ot e r m i n a l r a n d o mw a y p o i n t s p l i tm u l t i p a t hr o u t i n g t o o lc o m m a n dl a n g u a g e t i m e t o l i v e t e m p o r a l l yo r d e r e dr o u t i n ga l g o r i t h m w i r e l e s sr o u t i n gp r o t o c o l z o n er o u t i n gp r o t o c o l c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1m o b i l ea d - h o c n e t w o r k s ( m a n e t s ) m a n e t si sas e l fc o n f i g u r i n gn e t w o r ko fm o b i l er o u t e r sc o n n e c t e db vw i r e l e s s1 i n k s w i t h o u ta c c e s sp o i n t e v e r ym o b i l ed e v i c ei nan e t w o r ki sa u t o n o m o u s i nt h ew o r d s ，a dh o c n e t w o r kd on o tr e l yo na n yf i x e di n f r a s t r u c t u r e n o d e si nm a n e t s h a r et h ew i r e l e s sm e d i u m a n dt h et o p o l o g yo ft h en e t w o r kc h a n g e sd y n a m i c a l l y t h em o b i l ed e v i c e sa r ef i - e et om o v e r a n d o m l ya n do r g a n i z et h e m s e l v e sa r b i t r a r i l ya n dt h ec o m m u n i c a t i o ni nm a n e tt a k e sd 1 a c e b yu s i n gm u l t i - h o pp a t h s 吵 w i r e l e s sn e t w o r k i n gi so n eo ft h ed e v e l o p i n gt e c h n o l o g i e st h a tg r o wr a p i d l yn o w a d a y s s i n c ei tw a si n v e n t e di n 19 8 0 s i ta l l o w su s e r st oo b t a i ni n f 0 1 1 m t i o na n d s e r 、，i c e s e l e c t r o n i c a l l y ，i r r e s p e c t i v eo ft h e i rp h y s i c a lg e o g r a p h i cp o s i t i o n t h i si sd u et oa d v a n c e t e c h n o l o g i e si nt h ef i e l d so fc o m p u t e r sa n dw i r e l e s sd a t ac o m m u n i c a t i o nd e v i c e s m o b i l e c o m p u t i n gc o n t i n u e st oe n j o yr a p i dg r o w t hb e c a u s eo fh i g h e rd a t ar a t e sa n dl o w e rp r i c e t h e r ea r et w od i s t i n c tw a y st oe n a b l ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nb e t w e e nt w oh o s t s 2 1 t h ef i r s ta p p r o a c hi st ob u i l di n f r a s t r u c t u r ef o rc a r r y i n gd a t aa sw e l la sv o i c ef r o ms o u r c e t od e s t i n a t i o n h o w e v e r , t h ei s s u er i s e su pw i t ht h ec h a n g i n go fc h a n n e l ( o rh a n d o f f ) t h a ta c o n n e c t i o nm u s tb eh a n d l e df r o mo n eb a s es t a t i o nt ot h eo t h e rw i t h o u ta n yp a c k e tl o s s t h e o t h e rm a j o rp r o b l e mi st h a tt h en e t w o r k sd e p e n do nc e l l u l a ri n f r a s t r u c t u r e ，s ot h e yw o r ko n l y w h e r et h ec e l l u l a rn e t w o r ki n f r a s t r u c t u r ei sp r e s e n t e d t h es e c o n d a p p r o a c hi st ob u i l da nm a n e ta m o n gl a s e r sw h oa r ei n t e n d e dt o c o m m u n i c a t et oe a c ho t h e r a l lt h eu s e r si na na dh o cn e t w o r km u s tb ea b l et of o r w a r dd a t a p a c k e t st oc o m m u n i c a t ea m o n gt h e m s e l v e s t h e s ea dh o cn e t w i o r k sa r es m a l l e ri nr a n g ea s c o m p a r e dt oc e l l u l a rn e t w o r ks y s t e m s 2 1 b l u e t o o t hi so n et y p eo fw i r e l e s ss y s t e m ，f r e q u e n t l yk n o w na sm o b i l ea dh o en e t w o r k m a n e to f f e r sq u i c ka n dh o r i z o n t a ln e t w o r kd e p l o y m e n ti n c o n d i t i o n sw h e r ei ti sn o t p o s s i b l e a dh o ci sal a t i nw o r d ，m e a n st h a t “f o rt h i so rf o rt h i so n l y ”，w h i c hi sb u i l to n l yf o r c e rr a i np u r p o s e i ti sa na u t o n o m o u ss y s t e mo f m o b i l en o d e sc o n n e c t e db yw i t e l e s sl i r d i ：s ，f o r e a ( hn o d eo p e r a t e sn o to n l ya se n ds y s t e mb u ta l s oa sr o u t e rf o ra l lo t h e rn o d e si nt h en e t w o r k t h es y s t e mo fm a n e ti sm o b i l e i td o e s n td e p e n do na n ye s t a b l i s h e di n f r a s t r u c t u r e m ( 1 b i l ea dh o cn e t w o r k sa r ec h a r a c t e r i z e db yd y n a m i ct o p o l o g i e sd u et ou n c o n t r o l l e dn o d e m c b i l i t y ，l i m i t e dw i r e l e s sc h a n n e lb a n d w i d t h ，a n dw i r e l e s sd e v i c e sc o n s t r a i n e db yb a t t e r y p 0 1 v e r t h es i m p l ee x a m p l eo fa dh o cn e t w o r k 。 ；a ； f i g u r e1 1a ne x a m p l eo fas i m p l ea d - h o cn e t w o r kw i t ht h r e ep a r t i c i p a t i n gn o d e s f i g u r e1 1s h o w st h a tm o b i l ea dh o cn e t w o r ki sf lc o l l e c t i o no fi n d e p e n d e n tm o b i l en o d e s t h atc a nc o m m u n i c a t et oe a c ho t h e rv i ar a d i ow a v e s t h em o b i l en o d e sc a nd i r e c t l y c o jn m u n i c a t et ot h o s en o d e si nr a n g e w h e r e a so t h e rn o d e sn e e dt h eh e l po fi n t e r r n e d i a t e n o t e st or o u t em e i rp a c k e t si fn o d e sa r eo u to fr a n g e i nf i g u r e1 1n o d e saa n dcm u s t d i sc o v e rt h er o u t et h r o u g hbi no r d e rt oc o m m u n i c a t e c 】l a r a c t e r i s t i co fm a n e t s a dh o cn e t w o r ki sac o m m u n i c a t i o nn e t w o r kw i t h o u tap r e e x is t i n gn e t w o r k i n tr a s t r u c t u r e i nc e l l u l a rn e t w o r k s ，t h e r ei san e t w o r ki n f r a s t r u c t u r er e p r e s e n t e db yt h eb a s e - s t at i o n s ，r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r ，e t c i na dh o cn e t w o r k se v e r yc o m m u n i c a t i i o nt e r m i n a l ( o r r a ci ot e r m i n a l ，r t ) c o m m u n i c a t e sw i t hi t sp a r t n e rt op e r f o r mp e e rt op e e rc o n m m n i c a t i o n i f t h er e q u i r e dr ti sn o tan e i g h b o rt ot h ei n i t i a t e dc a l lr t ( o u t s i d et h ec o v e r a g ea r e ao ft h er t ) t h e nt h eo t h e ri n t e r m e d i a t er t sa r eu s e dt op e r f o r mt h ec o m m u n i c a t i o nl i n k t 1 1 i si sc a l l e d n nl t i h o p ep e e rt op e e rc o m m u n i c a t i o n t h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h e s en e t w o r k sa r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： 2 1 c o m m u n i c a t i o nv i aw i r e l e s sa m o n gu s e r s 2 n o d e sc a np e r f o r mt h er o l e so f b o t hh o s t sa n dr o u t e r s 3 b a n d w i d t h c o n s t r a i n e da n dv a r i a b l ec a p a c i t yl i n k s 4 d y n a m i cn e t w o r kt o p o l o g y 5 f r e q u e n t l yr o u t i n gu p d a t e s 6 a u t o n o m o u s ，n oi n f r a s t r u c t u r ei sn e e d e d 7 c a nb es e tu pa n y w h e r e 8 e n e r g y c o n s t r a i n to p e r a t i o n 9 l i m i t e dp h y s i c a ls e c u r i t y a d v a n t a g e so fm a n e t s m a n e ti sag r o u po fw i r e l e s sm o b i l en o d e s ，i nw h i c hn o d e sc o l l a b o r a t eb yf o r w a r d i n g p a c k e t st oe a c ho t h e r i tp r o v i d e si n f o r m a t i o na n ds e r v i c e sr e g a r d l e s so fg e o g r a p h i c a lp o s i t i o n ， b e c a u s ei tc a nb es e tu pa t a n yp l a c ea n da n yt i m e a dh o cn e t w o r kh a v ev a r i o u s i m p l e m e n t a t i o na r e a s s o m ea r e a st ob em e n t i o n e da r em i l i t a r y ! le m e r g e n c y ，c o n f e r e n c ea n d s e n s o ra p p l i c a t i o n s e a c ho ft h e s ea p p l i c a t i o na r e a sh a st h e i rs p e c i f i cr e q u i r e m e n t sf o rr o u t i n g p r o t o c 0 1 as i m p l ee x a m p l eo fp o s s i b l eu s eo fa dh o cn e t w o r k si ss t u d e n t su s i n gl a p t o p c o m p u t e rt op a r t i c i p a t ei na ni n t e r a c t i v el e c t u r e 3 1 d i s a d v a n t a g e so fm a n e t s m a n e ti sa ni n f r a s t r u c t u r el e s sn e t w o r k ，t h e r ei sn oc e n t r a l a d m i n i s t r a t i o n e a c hd e v i c e c a nc o m m u n i c a t ew i t he v e r yo t h e rd e v i c e h e n c e ，i tb e c o m e sd i f f i c u l tt od e t e c ta n dm a n a g e t h ef a u l t s t h em o b i l ed e v i c e sm o v er a n d o m l yc a u s e sr o u t ec h a n g e s ，f r e q u e n tn e t w o r k p a r t i t i o n sa n dp o s s i b l yp a c k e tl o s s e s 1 2c h a l l e n g e si nm a n e t s m o b i l ea dh o cn e t w o r kh a sm a n yc h a l l e n g e ss u c ha s r o u t i n g ，d y n a m i ct o p o l o g y ， b a n d w i d t hc o n s t r a i n t ，b a a e r yp o w e r , e t c r o u t i n gi st h et a s ko f d i r e c t i n gd a t ap a c k e t sf r o ma s o u r c en o d et oag i v e nd e s t i n a t i o n t h e r e f o r e ，t h ec h a l l e n g e so f r o u t i n gp r o t o c o lh a v eb e e n s t u d i e do v e rt h e s ey e a r s t h i st a s ki sp a r t i c u l a r l yh a r di nm a n e t s ，d u et ot h em o b i l i t yo ft h e n e lw o r ke l e m e n t sa n dt h el a c ko ft h ec e n t r a lc o n t r o l ，r o b u s t n e s sa n da d a p t a b i l i t yi nr o u t i n g a l so r i t h m s r o u t i n gp r o t o c o l sf o rm a n e t sa r ec l a s s i f i e di n t ot h r e eg r o u p s ： 1 p r o a c t i v ep r o t o c o l s 2 r e a c t i v ep r o t o c o l s 3 h y b r i dp r o t o c o l s p r o a c t i v ep r o t o c o l sa r eb a s e do nt h et r a d i t i o n a ld i s t r i b u t e dp r o t o c o l ss h o r t e s tp a t h a l l n o , t e sa n dt h en u m b e ro fh o p st r yt of e n da l lp a t h st op o s s i b l ed e s t i n a t i o n sn o d e si nan e t w o r k t h ens a v et h e mi nt h e i rr o u t i n gt a b l e s t h ed i s a d v a n t a g eo fr o u t i n gt a b l e si st h a tt h ep r o t o c o l s a r e p r e s e n tg r e a tb a n d w i d t hc o n s u m p t i o na n di n c r e a s er o u t i n go v e r h e a d h o w e v e r ，a sa n a & z a n t a g e ，t h er o u t et oa n y d e s t i n a t i o ni sa l w a y sa v a i l a b l ea n dt h ed e l a yi sv e r ys m a l l r e a c t i v ep r o t o c o l sd e t e r m i n ear o u t eo n l yo nd e m a n d i tn e e d st or o u t e ，h e nn e c e s s a r y t hes o u r c ei st h eo n ei nc h a r g eo ft h er o u t ed i s c o v e r y m a jo ra d v a n t a g eo fr e a c t i v ep r o t o c o l s i s1h a tt h er o u t i n go v e r h e a di ss m a l ls i n c et h er o u t e sa r ed e t e r m i n e do n l yo nd e m a n d , w h e r e a s m ( m a i nd i s a d v a n t a g ei st h er o u t ed i s c o v e r yi n t r o d u c i n gab i gd e l a y h y b r i dm e t h o d sc o m b i n ep r o a c t i v ea n dr e a c t i v em e t h o d st of i n de f f i c i e n tr o u t e s ，w i t h o u t h hc hc o n t r o lo v e r h e a d a d - h o co n - d e m a n dd i s t a n c ev e c t o r ( a o d v ) a n da d - h o co n - d e m a n dm u l t i p a t h d i ：a a n c ev e c t o r ( a o m d v ) a r et w oo ft h er e a c t i v er o u t i n gp r o t o c o l so ro n d e m a n dp r o t o c o l s t he s et w or o u t i n gp r o t o c o l sh a v es a m ec h a r a c t e r i s t i cw h i c hi sb a s e do nt h ed i s t a n c ev e c t o r c o n c e p t a o m d ve x t e n d st h ea o d vp r o t o c o lt od i s c o v e rm u l t i p l ep a t h sb e t w e e nt h es o u r c e a n dt h ed e s t i n a t i o n a so n - d e m a n dp r o t o c o l s ，t h e i rr o u t ed i s c o v e r yp r o c e s st y p i c a l l y 7v i aa n e lw o r kw i d ef l o o d s o m es t u d i e s 3 9 舯4 1 1s h o wt h a to n d e m a n dp r o t o c o l sa r ea b l et or e d u c e r o tl t i n go v e r h e a d sw h e nc o m