Đánh giá hiệu suất của ad hoc routing protocols sử dụng mô phỏng ns2

Đánh giá hiệu suất của ad hoc routing protocols sử dụng mô phỏng ns2

Đánh giá hiệu suất của Ad Hoc Routing Protocols sử dụng mô phỏng ns2

Abstract- Một mạng ad hoc là một tập hợp các nút di động không dây tự độnghình thành một mạng tạm thời không sử dụng bất kỳ cơ sở hạ tầng mạng hiện

có hoặc quản trị tập trung Một số giao thức định tuyến như động Source Routing (DSR), Ad Hoc On-Demand Distance Vector Routing (AODV), Destination sắp xếp trình tự Distance-Vector (DSDV) và thời Ordered

Routing Algorithm (Tora) đã được thực hiện Trong dự án này là một nỗ lực

đã được thực hiện để so sánh hiệu suất của hai nổi bật theo yêu cầu giao thức định tuyến phản ứng cho các mạng di động ad hoc: DSR và AODV, cùng với các giao thức DSDV chủ động truyền thống Một mô hình mô phỏng với MAC và các mô hình lớp vật lý được sử dụng để nghiên cứu sự tương tác xen

và tác động hiệu quả của họ Các giao thức theo yêu cầu, AODV và DSR thựchiện tốt hơn so với bảng điều khiển giao thức DSDV Mặc dù DSR và AODVchia sẻ hành vi tương tự theo yêu cầu, sự khác biệt trong cơ chế giao thức có thể dẫn đến sự khác biệt về hiệu suất đáng kể Những khác biệt về hiệu suất được phân tích bằng cách sử dụng khác nhau tải mạng, di động, và kích thướcmạng Những mô phỏng được thực hiện dựa trên các dự án Monarch Rice đã thực hiện mở rộng đáng kể với mạng ns-2 giả lập để chạy mô phỏng ad hoc

2.3 Năng động Nguồn Routing (DSR)

2.4 Ad Hoc On-Demand Distance Vector Routing (AODV)4

Mã 5.5 Mô phỏng

7

6 Kết quả và thảo luận

6.1 So sánh hiệu năng của các giao thức

6.1.1 So sánh gói giao hàng

6.1.2 Trung bình End-End giao Packet

6.2 khác nhau Mobility và Số Sources để thấy sự khác biệt hiệu suất

7.1 Ảnh hưởng của Mobility

7.2 Routing tải Effect

14

8 Kết luận 15

9 Tương lai làm việc 15

A Tài liệu tham khảo 15

1.1 mạng Infrastructured

Mạng Infrastructured bao gồm một mạng lưới với các cổng cố định và không dây Một loạt điện thoại di động giao tiếp với một cây cầu trong mạng

(gọi là trạm gốc) trong vòng bán kính truyền thông Các đơn vị điện thoại di động có thể di chuyển về địa lý trong khi nó đang giao tiếp Khi nó đi ra khỏi phạm vi của một trạm cơ sở, nó kết nối với trạm gốc mới và bắt đầu giao tiếp thông qua nó Điều này được gọi là bàn giao Trong phương pháp này, các trạm gốc được cố định.

1,2 Infrastructureless (Ad hoc) mạng

Trong các mạng ad hoc tất cả các nút là điện thoại di động và có thể được kết nối tự động một cách tuỳ tiện Tất cả các nút của các mạng này hành

xử như các bộ định tuyến và tham gia khám phá và bảo trì các tuyến đường đến các nút khác trong mạng Hoc mạng quảng cáo là rất hữu ích trong trườnghợp khẩn cấp tìm kiếm và cứu hộ các hoạt động, các cuộc họp hoặc hội nghị

mà trong đó người muốn nhanh chóng chia sẻ thông tin, và các hoạt động thu thập dữ liệu ở địa hình khắc nghiệt

Các giao thức ad-hoc định tuyến có thể được chia thành hai loại:

1 Bảng điều khiển giao thức định tuyến

Trong bảng điều khiển các giao thức định tuyến, thống nhất và date thông tin định tuyến cho tất cả các nút được duy trì tại mỗi nút

up-to-2 On-Demand giao thức định tuyến

Trong các giao thức định tuyến On-Demand, các tuyến được tạo ra và khi cần thiết Khi một nguồn muốn gửi đến một đích đến, nó viện dẫn cơ chế khám phá tuyến để tìm đường đi đến đích

Trong những năm gần đây, một loạt các giao thức định tuyến mới nhằm mục đích tìm môi trường này đã được phát triển Có bốn multi-hop không dây ad hoc các giao thức định tuyến mạng mà bao gồm một loạt các lựa chọn thiết kế:

1 Điểm đến sắp xếp trình tự Distance-Vector (DSDV)

2 tạm Ordered Routing Algorithm (Tora)

3 Nguồn Dynamic Routing (DSR)

4 Ad Hoc On-Demand Distance Vector Routing (AODV)

Trong khi DSDV là một bảng điều khiển giao thức định tuyến, TORA, DSR, AODV, thuộc thể loại giao thức định tuyến theo yêu cầu.

2 Mô tả về Routing Protocols Ad-hoc

Điểm đến sắp xếp trình tự Distance-Vector (DSDV)

Các Destination-tiếp nối theo Distance-Vector (DSDV) Routing Algorithm được dựa trên ý tưởng của các cổ điển Bellman-Ford Routing Algorithm với những cải tiến nhất định

Mỗi trạm di động duy trì một bảng định tuyến mà liệt kê tất cả các điểm có sẵn, số lượng hoa bia để đạt đến đích và số thứ tự của các node đích được giao Các số thứ tự được sử dụng để phân biệt các tuyến đường cũ từ những người mới và do đó tránh sự hình thành của các vòng Các đài truyền kỳ bảng định tuyến của các nước láng giềng của họ ngay lập tức Một trạm cũng

truyền bảng định tuyến của nó nếu một sự thay đổi đáng kể đã xảy ra trong bảng từ bản cập nhật mới nhất được gửi Vì vậy, bản cập nhật vừa mất thời gian điều khiển và hướng sự kiện

Các bản cập nhật bảng định tuyến có thể được gửi bằng hai cách: - "đầy đủ dump" hoặc cập nhật một gia tăng Một bãi chứa đầy đủ sẽ gửi bảng định tuyến đầy đủ cho những người hàng xóm và có thể trải rộng nhiều gói tin trong khi trong một cập nhật gia tăng chỉ những mục từ bảng định tuyến được gửi mà có một thay đổi số liệu từ các bản cập nhật mới nhất và nó phải phù hợp trong một gói Nếu có không gian trong các gói cập nhật gia tăng thì những mục có thể được bao gồm có số thứ tự đã thay đổi Khi mạng là tương đối ổn định, cập nhật gia tăng được gửi để tránh giao thông thêm và đầy đủ bãi là không thường xuyên Trong một mạng thay đổi nhanh chóng, các gói gia tăng có thể phát triển lớn bãi như vậy đầy đủ sẽ được thường xuyên hơn.Tạm Ordered Routing Algorithm (Tora)

Tora là một giao thức định tuyến phân phối dựa trên một "liên kết ngược" thuật toán Nó được thiết kế để phát hiện ra các tuyến đường theo yêu cầu, cung cấp nhiều tuyến đến một đích, thiết lập các tuyến đường nhanh chóng vàgiảm thiểu chi phí thông tin liên lạc bằng địa hóa phản ứng thuật toán để thay đổi topo khi có thể Route tối ưu (ngắn nhất con đường định tuyến) được coi

là có tầm quan trọng thứ yếu, và các tuyến đường dài thường được sử dụng đểtránh việc phát hiện ra các tuyến đường mới.

Các hành động của Tora có thể được mô tả theo dòng nước chảy xuống dốc hướng tới một node đích thông qua một mạng lưới các ống rằng mô hình trạng thái định tuyến của mạng thực sự Các ống bày các liên kết giữa các nút trong mạng, các mối nối của ống đại diện cho các nút, và các nước trong ống đại diện cho các gói chảy về phía đích Mỗi nút có một chiều cao đối với các điểm đến mà được tính bằng các giao thức định tuyến với Nếu một ống giữa các nút A và B bị nghẽn như vậy mà nước không còn có thể lưu thông qua nó,chiều cao của A được thiết lập để một chiều cao lớn hơn so với bất kỳ nước láng giềng còn lại của nó, như vậy nước sẽ chảy ngược ra khỏi A ( và hướng tới các nút khác đã được định tuyến các gói tin đến đích thông qua A)

Khi một nút phát hiện ra rằng một tuyến đường đến một đích đến là không còn giá trị, nó điều chỉnh chiều cao của mình để nó là một địa phương tối đa đối với các nước láng giềng với và truyền một gói tin UPDATE Nếu nút không có người hàng xóm của chiều cao hữu hạn đối với điểm đến này với, sau đó nút thay vì cố gắng khám phá một con đường mới như mô tả ở trên Khi một nút phát hiện một phân vùng mạng, nó tạo ra một gói tin CLEAR mà reset bang tuyến và loại bỏ các tuyến đường không hợp lệ từ mạng

Nguồn năng động định tuyến (DSR)

Các tính năng phân biệt chủ yếu của DSR là việc sử dụng các dữ liệu định tuyến Đó là, người gửi biết các hop-by-hop đường hoàn chỉnh đến đích Những đường bay này được lưu trữ trong bộ nhớ cache tuyến đường Các gói

dữ liệu mang theo con đường mã nguồn trong tiêu đề gói Khi một nút trong mạng ad hoc cố gắng để gửi một gói dữ liệu đến một đích đến mà nó chưa biết đường, nó sử dụng một quá trình khám phá tuyến để tự động xác định một lộ trình như vậy Route phát hiện hoạt động bằng cách làm ngập mạng với yêu cầu đường (RREQ) các gói tin Mỗi nút nhận được một RREQ

rebroadcasts nó, trừ khi nó là điểm đến hoặc nó có một tuyến đường đến đích trong bộ nhớ cache tuyến của mình Một nút trả lời cho chủ RREQ với một tuyến đường trả lời (RREP) gói tin đó được định tuyến trở lại nguồn gốc RREQ và RREP gói cũng là nguồn chuyển Các RREQ xây dựng lên con đường đi qua trên mạng Các tuyến đường RREP chính nó trở lại với nguồn

bằng cách đi qua con đường này lạc hậu Các tuyến đường mang lại bởi các gói tin RREP được lưu trữ tại nguồn để sử dụng trong tương lai.

Nếu bất cứ liên kết trên một tuyến đường nguồn bị hỏng, nút nguồn được thông báo sử dụng một lỗi đường (RERR) gói tin Các nguồn loại bỏ bất kỳ tuyến đường bằng cách sử dụng liên kết này từ bộ nhớ cache của nó Một quá trình khám phá tuyến mới phải được khởi xướng bởi các nguồn nếu tuyến đường này vẫn còn cần thiết DSR làm cho việc sử dụng rất tích cực của các

dữ liệu định tuyến và tuyến đường bộ nhớ đệm Không có cơ chế đặc biệt để phát hiện vòng lặp định tuyến là cần thiết Ngoài ra, bất kỳ nút chuyển tiếp lưu trữ các tuyến đường nguồn trong một gói tin nó sẽ chuyển tiếp cho khả năng sử dụng trong tương lai

Hoc On-Demand Distance Vector Routing quảng cáo (AODV)

AODV cổ phiếu DSR của đặc điểm ở chỗ nó cũng phát hiện ra các tuyến đường trên cơ sở khi cần thiết thông qua một quá trình khám phá tuyến tương

tự theo yêu cầu Tuy nhiên, AODV thông qua một cơ chế rất khác nhau để duy trì thông tin định tuyến Nó sử dụng các bảng định tuyến truyền thống, một trong những mục đích trên Điều này trái ngược với DSR, mà có thể duy trì nhiều mục tuyến đường bộ nhớ cache cho mỗi điểm đến Nếu không có dữ liệu định tuyến, định tuyến AODV dựa trên bảng mục để tuyên truyền một RREP trở về nguồn và, sau đó, để định tuyến các gói dữ liệu đến đích AODV

sử dụng số thứ tự duy trì tại mỗi điểm đến để xác định độ tươi của thông tin định tuyến và để ngăn chặn vòng lặp định tuyến Tất cả các gói tin định tuyến thực hiện các số thứ tự

Một tính năng quan trọng của AODV là việc duy trì trạng thái hẹn giờ-có trụ

sở tại mỗi nút, liên quan đến việc sử dụng của cá nhân các entry bảng định tuyến Một entry bảng định tuyến là hết hạn nếu không được sử dụng gần đây.Một tập hợp các nút tiền nhiệm được duy trì cho mỗi entry bảng định tuyến, cho thấy tập hợp các nút lân cận mà sử dụng nhập để định tuyến các gói dữ liệu Các nút được thông báo với các gói tin RERR khi vỡ liên kết next-hop Mỗi nút trước, lần lượt, chuyển tiếp RERR để thiết lập riêng của người tiền nhiệm, thì xoá có hiệu quả tất cả các tuyến đường bằng cách sử dụng các liên kết bị hỏng Ngược lại với DSR, các gói tin RERR trong AODV nhằm thông báo cho tất cả các nguồn sử dụng một liên kết khi có sự cố xảy ra Route lỗi

tuyên truyền trong AODV có thể được hình dung khái niệm như là một cây cógốc là nút tại các điểm của sự thất bại và tất cả các nguồn sử dụng liên kết thấtbại như những chiếc lá.

3 mô hình mô phỏng

Một mô hình mô phỏng chi tiết dựa trên ns-2 được sử dụng trong việc đánh giá Trong một bài báo gần đây của nhóm nghiên cứu tại Đại học Carnegie Monarch-Mellon phát triển hỗ trợ cho mô phỏng các mạng không dây

multihop hoàn chỉnh với vật lý, liên kết dữ liệu, trung bình và kiểm soát truy cập (MAC) mô hình lớp trên ns-2 Chức năng điều phối phân tán (DCF) của IEEE 802.11 cho mạng LAN không dây được sử dụng như một giao thức lớp MAC Một cảm nhận sóng mang unslotted đa truy nhập (CSMA) kỹ thuật tránh xung đột (CSMA / CA) được sử dụng để truyền tải các gói dữ liệu Các

mô hình phát thanh sử dụng các đặc tính tương tự như một giao diện vô tuyến thương mại, WaveLAN Lucent WaveLAN được mô phỏng như một đài phát thanh đã chia sẻ phương tiện với tốc độ bit danh nghĩa của 2 Mb / s và một loạt đài danh nghĩa là 250 m

Các giao thức duy trì một bộ đệm gửi 64 gói Nó chứa tất cả các gói dữ liệu chờ đợi cho một lộ trình, chẳng hạn như các gói mà khám phá tuyến đã bắt đầu, nhưng không có trả lời đã đến chưa Để ngăn chặn đệm của các gói dữ liệu vô hạn định, các gói tin được giảm xuống nếu họ chờ đợi trong bộ đệm gửi cho hơn 30 s Tất cả các gói (cả dữ liệu và định tuyến) gửi bởi lớp định tuyến được xếp hàng tại các hàng đợi giao diện cho đến khi lớp MAC có thể truyền chúng Các hàng đợi giao diện có kích thước tối đa 50 gói và được duytrì như một hàng đợi ưu tiên với hai tiên-quan hệ từng phục vụ trong FIFO trật tự Các gói tin định tuyến được ưu tiên cao hơn các gói dữ liệu

3.1 Các giao thông và Mobility Models

Tốc độ bit liên tục (CBR) nguồn lưu lượng được sử dụng Các cặp nguồn-đíchđược lan truyền một cách ngẫu nhiên trên mạng Chỉ có các gói dữ liệu 512-byte được sử dụng Số cặp nguồn-đích và tốc độ gói gửi trong mỗi cặp được thay đổi để thay đổi tải được cung cấp trong mạng

Mô hình di động sử dụng các mô hình waypoint ngẫu nhiên trong một lĩnh vực hình chữ nhật Các cấu hình địa được sử dụng là: 500 mx 500 m lĩnh vực với 50 nút Ở đây, mỗi gói tin bắt đầu cuộc hành trình của mình từ một vị trí ngẫu nhiên vào một điểm đến ngẫu nhiên với một tốc độ được chọn ngẫu nhiên (phân bố đồng đều giữa 0-20 m / s) Một khi các điểm đến được đạt tới, một điểm đến ngẫu nhiên là mục tiêu sau khi tạm dừng Thời gian tạm dừng,

mà ảnh hưởng đến tốc độ tương đối của các điện thoại di động, được thay đổi

Mô phỏng được chạy cho 100 giây mô phỏng Tính di động và lưu lượng truy cập kịch bản giống hệt nhau được sử dụng trên các giao thức để thu thập kết quả công bằng

4 Hiệu suất Metrics

Ba số liệu hiệu suất quan trọng được đánh giá:

4.1 Packet giao phần - Tỷ lệ các gói dữ liệu gửi đến những địa điểm đến những người tạo ra bởi các nguồn CBR

4.2 Trung bình end-to-end chậm trễ của các gói dữ liệu - bao gồm tất cả sự chậm trễ có thể gây ra

bởi đệm trong lộ trình phát hiện độ trễ, xếp hàng tại các hàng đợi giao diện,

sự chậm trễ truyền lại tại MAC, và tuyên truyền, chuyển giao lần

4.3 tải định tuyến bình thường hóa - Số lượng các gói tin định tuyến truyền mỗi gói dữ liệu giao tại nơi đến Mỗi truyền hop-khôn ngoan của một gói tin định tuyến được tính là một truyền

Hai số liệu đầu tiên là quan trọng nhất cho giao thông nỗ lực tốt nhất Các số liệu tải định tuyến đánh giá hiệu quả của các giao thức định tuyến Lưu ý, tuy nhiên, những số liệu không phải là hoàn toàn độc lập Ví dụ, dưới phần đưa gói có nghĩa rằng số liệu chậm trễ được đánh giá có ít mẫu hơn Trong sự khôn ngoan thông thường, còn con đường độ dài, cao hơn xác suất của một giọt gói Như vậy, với một phần phân phối thấp, các mẫu thường được thiên

vị trong lợi của độ dài đường đi nhỏ hơn và do đó có ít chậm trễ

5 Thực hiện

Cài đặt ns-2

Ns-2 mạng mô phỏng đã được cài đặt từ trang web

http://www.isi.edu/nsnam/ns/

Lắp đặt ns-2 có thể là một chút dài dòng và một quá trình tốn nhiều thời gian

Nó liên quan đến việc tải về và cài đặt một gói 250 MB Tuy nhiên, nhận được giả lập để làm việc là bước đầu tiên tham gia vào việc thực hiện các mô phỏng

5.2 Hiểu được vấn đề cơ bản liên quan đến ns-2 mô phỏng

Một hướng dẫn rất tốt để hiểu cơ bản mô phỏng ns-2 có sẵn tại trang web:http://www.isi.edu/nsnam/ns/tutorial/index.html

5.3 mở rộng không dây của CMU để ns-2

Mở rộng không dây của CMU để 2 (kết hợp trong việc phát hiện

ns-2.1b9a) cung cấp cho việc thực hiện các giao thức định tuyến DSR, AODV, DSDV, Tora

Nam là công cụ trực quan cơ bản được sử dụng cho ns-2 mô phỏng Tuy nhiên, nó không hỗ trợ các mô phỏng ad-hoc Ad-hockey là một chương trình Perl / Tk hỗ trợ trực quan của mô phỏng ad-hoc Thật không may, tôi không thể có được công cụ visualizer Ad-hockey để làm việc vì vấn đề tương thích của nó với các phiên bản mới của Perl / Tk module

5.4 Tạo giao thông và di động mô hình

Mô hình giao thông

Kết nối giao thông ngẫu nhiên của TCP và CBR có thể được thiết lập giữa cácnút di động bằng cách sử dụng một máy phát điện script giao thông-kịch bản Kịch bản phát điện giao thông này được phát hành theo ~ ns / indep-utils / CMU-scen-gen và được gọi là cbrgen.tcl Nó có thể được sử dụng để tạo CBR

và TCP năng kiếm các kết nối giữa mobilenodes không dây Vì vậy, các dòng lệnh như sau:

ns cbrgen.tcl [-type cbr | tcp] [-nn nút] [hạt -seed] [kết nối -mc] [- lãi suất]

Đối với các mô phỏng được thực hiện, mô hình giao thông đã được tạo ra cho

50 nút giao thông với các nguồn cbr, với các kết nối tối đa 10,20,30,40 với tốc

độ 8kbps

Mô hình Mobility

Các máy phát điện node-phong trào được phát hành theo ~-utils indep /

CMU-scen-gen thư mục ns / / setdest và gồm setdest {.cc, h} và Makefile Các câu lệnh sẽ như

./setdest [-n num_of_nodes] [-p pausetime] [-s maxspeed] [-t simtime] \ [-x maxx] [maxy -y]> [outdir / chuyển động-file]

Mô hình di động được tạo ra cho các mô phỏng sử dụng 50 nút, với thời gian tạm dừng của 0,10,20,40,100 giây, tốc độ tối đa 20m / s, topology ranh giới

có kích thước 500x500 và thời gian mô phỏng của 100secs

Lưu ý: Mô phỏng có thể được thực hiện với nhiều tình huống phức tạp sử dụng các mức lưu lượng truy cập cao hơn Tuy nhiên, các mô phỏng mất nhiều thời gian để hoàn thành và các dấu vết tập tin được tạo ra bởi mỗi lần chạy kết thúc lên đến hơn 50 Mb không gian sử dụng

Mã 5.5 Mô phỏng

Viết mã Tcl để thiết lập các thành phần không dây mô phỏng: các thành phần mạng loại, thông số như các loại ăng-ten, các mô hình phát thanh-truyền, các loại quảng cáo-hoc giao thức định tuyến, mô hình giao thông và các mô hình chuyển động nút được sử dụng bởi các nút di động vv Mã tài liệu có sẵn trongPhụ lục.

5.5 Phân tích các dấu vết tập tin mô phỏng

Sau mỗi mô phỏng, theo dõi các tập tin ghi âm các phong trào giao thông và nút được tạo ra Những tập tin cần phải được phân tích để trích xuất các thôngtin cần thiết để đo các số liệu hiệu suất Các định dạng dấu vết mới đã được sửdụng để phân tích

Các định dạng dấu vết mới trông giống như:

s -t 0,267662078 -Hs 0 -HD -1 -Ni 0 -Nx 5.00 -Ny 2.00 -Nz 0.00 -ne

-1,000000 -Nl RTR -Nw - -Ma 0 -Md 0 0 -ms-MT 0 -ii 20 -là 0,255 -1,255 -ID -Nó

Ở đây, chúng ta thấy rằng một gói tin được gửi đi (s) vào thời gian (t)

0,267662078 giây, từ nút nguồn (Hs) 0 đến node đích (HD) 1 Các nút nguồn

id (Ni) là 0, đó là x-đồng phối (NX) là 5,00, nó y-co-ordinate (Ny) là 2.00, đó

là z-co-ordinate (NZ) là 0,00, đó là mức độ năng lượng (Ne) là 1,000000, mức

độ vết (Nl) là RTR và nút sự kiện (Nw) là trống Các thông tin cấp MAC được cho bởi thời gian (Ma) 0, địa chỉ Ethernet đích (Md) 0, địa chỉ nguồn Ethernet (Ms) là 0 và loại Ethernet (Mt) là 0

Các thông tin mức gói dữ liệu IP như gói id (Ii), số cổng address.source

nguồn được cho bởi (Is) trong khi số lượng cổng address.destination đích là (Id)

5.5.1 Đánh giá các giao Packet phần (pdf):

Tính số "các gói tin gửi" có dạng dấu vết:

/ S ^ * - Nl AGT * - Liệu (\ d {1,3}) \ \ d {1,3} -ID (\ d {1,3}) \ \ d {1,3} * cbr -Nó * - Ii (\ d {1,6}) /

AGT => Agent Cấp vết

Tính số "gói tin nhận được" của các hình thức dấu vết:

/ R ^ -t (\ d {1,3} \ \ d {9}.) * - Nl AGT * - Liệu (\ d {1,3}) \ \ d {1,3} -ID (\

d {1,3}) \ \ d {1,3} * - Nó cbr * - Ii (\ d {1,6}) /

đưa gói phần (pdf%) = (gói tin nhận / gửi các gói tin) * 100

5.5.2 Đánh giá trung bình End-End thời gian giao hàng gói:

Đối với mỗi gói tin với id (Ii) cấp dấu vết (AGT) và loại (CBR), tính toán send (s) thời gian (t) và nhận (r) thời gian (t) và trung bình nó

5.5.3 Đánh giá các phụ tải định tuyến bình thường hóa:

Tính toán các gói tin định tuyến gửi:

6 Kết quả và thảo luận

Hình 1