摘要：路由协议选择的方法一般是通过网络仿真器对不同协议进行对比分析，其结果作为协议选取的依据。该文以DSR协议为例，介绍了仿真过程的详细步骤，并对Ad hoc网络经典路由协议DSR和AODV协议进行对比分析。结果表明，在动态的环境下，AODV的分组投递率和路由负载优于DSR路由协议。
关键词：移动Ad hoc网络；动态源路由协议；Ad hoc按需距离向量路由协议；NS2
中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)13-3017-02
Simulation and Compare for MANET Routing Protocols By NS2
HUA Zhou
(The People"s Bank of China Urumqi Central Sub-branch, Urumqi 830002, China)
Abstract: A common method to choose a routing protocol is using NS2. The simulation process of DSR is introduced in detail, then The performance of DSR and AODV is compared by NS2. The results of simulation show that the two key indexes are satisfactory.
Key words: MANETs; DSR; AODV; NS2
移动Ad hoc网络路由协议（Mobile Ad hoc Networks，简称MANET）是一种不依赖任何已存在基础设施的无线网络节点的集合，是节点通过自组织方式形成的一个临时对等网络。它和P2P网络之间具有高度动态，无集中管理，网络自组织等共性[1]，因此将P2P模型移植到MANET成为了一个研究的热点，在基于MANET网络的移动P2P跨层优化方案[2-3]中，MPP构架和Cross-Road构架保留了MANET网络层路由协议的主要功能，因此传统路由协议的选取很大程度上会影响到优化方案的性能。路由协议选取的方法一般是通过实验仿真来实现。NS2[4](Network Simulation Version 2，简称NS2)是一种功能强大的网络模拟仿真器， 由C++和OTCL两种语言来完成仿真过程
本文以DSR[5]协议为例，详细介绍了整个仿真过程的步骤和所使用的程序，然后对Ad hoc网络经典路由协议DSDV[6]，DSR和AODV[7]协议进行比较并使用MATLAB绘出图表。
1 MANET路由协议
目前，针对MANET网络高度动态和资源受限的特性，已提出多种路由算法，其中最经典的协议主要是：DSDV，DSR和AODV路由协议
1.1 主动式路由协议
动态目标序列化距离向量路由（Dynamic Destination-Sequenced Distance Vector Routing，简称DSDV）它是以传统Bellman-Ford距离向量路由算法为基础，通过使用基于目的节点的序列号来避免回路的产生，同时来反映路由信息的时效性。DSDV的路由表维护是通过周期性广播来实现的，因此成为主动式路由。
1.2 反应式路由协议
在动态源路由协议（Dynamic Source Routing，简称DSR）中，源节点决定从自身到目的节点的整条路径信息和中间节点的地址信息存放在数据分组中。和其他反应式路由协议相比，在路由维护时，无须发送Hello信息。Ad hoc按需距离向量路由协议（Ad-hoc On-demand Distance Vector Routing）以DSDV为基础，同时借鉴了DSR的路由发现机制。
反应式路由协议只在需要路由时，才通过洪泛方式创建，不做周期性路由维护，这对于具有高度动态和资源受限特性的MANET网络具有重要意义，因此也是本文仿真的对象。
3 MANET路由协议仿真
NS2仿真可以分为构件的扩展阶段，仿真阶段，对仿真结果分析阶段。一般分为以下几个步骤：
1) 编写所需构件：即新构件的添加或移植。
2) 测试：测试自己编写的构件是否通过。当NS库中的构件满足仿真需要（例如本文对NS库已有的AODV、DSDV、DSR等协议进行仿真），则第1步和第2步可以省略，仿真过程直接从第3步开始。
3) 编写OTCL脚本文件：配置仿真网络的拓扑结构，确定链路基本特性，移动节点所使用的路由协议，节点的数量等，并进行端设备的协议绑定，设置仿真使用的场景和传输负载（TCP流或CBR流），设置仿真的开始和结束时间等。并在脚本文件里设置trace对象， trace文件是记录仿真过程中发生所有事件的文件。也可以同时设置nam对象，nam是用于演示网络运行动画的工具。
4) 用NS命令执行脚本文件： 执行后会在与脚本文件同一目录下生成*.tr的文件，记录仿真结果。如果在脚本文件中设置了nam对象，则会在同一目录下生成*.nam的文件。
5) 分析trace文件：由于trace文件比较大，我们需要编写gawk程序进行仿真后期的数据处理，再用matlab等工具将获得的数据绘制成图形，以便更直观的分析比较协议的性能。
本文在Fedora LINUX8操作系统下使用最新版本NS2.33进行仿真，以DSR协议为例，仿真过程如下：
1) 利用NS工具cbrgen.tcl生成业务场景文件，在ns-allinone-2.33/ns-2.33/indep-utild/cum-scen-gen/目录下输入命令：
ns cbrgen.tcl –type cbr –nn 80 –seed 40 –mc 10 –rate 4.0 >cbr80
该命令创建了一个具有80个移动节点、10对通信连接、每秒钟发送4个分组的以CBR为业务源的通信场景文件cbr50。
2) 利用NS工具setdest生成移动场景文件，在ns-allinone-2.33/ns-2.33/indep-utild/cum-scen-gen/setdest目录下输入命令：
./setdest –n 80 –p 0 –s 20 –t 100 -x 1000 –y 1000 >scence80
该命令创建一个具有80个节点、节点在每个地点停留0秒（即不停留）、最大移动速度20m/s,仿真时间100秒，长1000米，宽1000米的移动场景文件scence80。
3) 编写脚本文件dsr.tcl:
4) 将步骤1)与2)中的业务文件和场景文件放在与TCL脚本文件同一目录下。否则需要在dsr.tcl中指出业务文件和场景文件所在的绝对路径。
5) 在NS目录下执行命令:ns dsr.tcl, 执行完后在脚本文件同一目录下会出现dsr.tr和dsr.nam两个文件。仿真数据结果保存在dsr.tr中，使用文本编辑器可以打开dsr.tr文件。
6) 在终端输入命令：awk –f *.awk *.tr，其中*.awk是gawk程序名字，*.tr是trace文件名。
4 仿真结果分析
本文通过编写gawk语言程序对dsr.tr和aodv.tr文件进行数据统计和提取，并用matlab绘制出图表。采用的仿真区域是1000m×1000m，移动节点数目为80，最大移动速度是20m/s，仿真时间为100s，详细的模拟参数记录列表如表1。
仿真中选择CBR源来产生UDP业务，每个CBR源每秒钟发送4个CBR数据包，每个数据包512字节。本文对于20个CBR业务源的情况进行仿真实验。
为比较MANET协议路由性能，选取关键指标如下：
1) 分组投递率＝目的节点受到数据包数目/源节点发送数据包数目×100％
2) 路由负载＝路由控制包数目/目的节点受到数据包数目×100％
由于运动场景是随机生成的，一次场景的生成具有随机性，故需要在同样的业务负载下进行几次运动场景的测试后取平均值来评价一个协议的性能。由图1可以看出随着速度的增大，AODV路由协议的分组投递率要优于DSR协议，这表明AODV协议在1000m×1000m区域内更适合高度动态的网络。由图2表明，AODV协议的路由负载在20m/s的速度条件下要高于DSR，但在高速环境中AODV性能要更优，这主要因为AODV协议采用逐跳路由策略，并具有局部路由修复功能，而DSR协议的分组中要携带完整路由信息，随着网络动态性的增强，分组中的路由信息的时效性变差，从而增加了路由负荷。
5 结束语
本文以DSR协议为例，详细介绍了利用NS2仿真MANET网络协议的步骤，然后对Ad hoc网络经典路由协议DSR和AODV协议进行比较并使用MATLAB绘出图表。通过比较分析，显示AODV协议在1000m×1000m的区域中高动态环境下和同为反应式协议的DSR协议相比，在分组投递率和路由负载两个关键指标上更具有优势。
参考文献：
[1] 陈贵海,李振华.对等网络：结构、应用与设计[M].北京：清华大学出版社，2007.
[2] Schollmetier R,Gruber I,Niethammer F.Protocol for peer-to-peer networking in mobile environments[C].Yale Computer Science YALE/DCS/TR1377,2007.
[3] Hu YC,Saumitra MD,Pucha H.Exploiting the synergy between peer-to-peer and mobile ad hoc networks[C].Proc of the 9th Conf on Hot Topics in Operating Systems,2003.
[4] 方路平,刘世华,陈盼等.NS-2网络模拟基础与应用[M].北京:国防工业出版社,2008.
[5] Perkin C,Bhagwat P.Highly Dynamic Destination-Sequenced Distance Vector-Routing（DSDV） for Mobile Computers[C].SIGCOMM’94,1994:234-244.
[6] David B.Johnson,David A.MAltz.Dynamic Source Routing in Ad hoc Wireless Networks[C].Mobile Computing,1996:153-181.
[7] Perkins C,Royer E.Ad hoc on-demand distance vector routing[C].New Orleans,LA:the 2nd IEEE workshop on Mobile Computing System and applications,1999:99-100.
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
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