NS-3在多網(wǎng)卡處理和IP尋址策略方面具有很的好特性，為了提高MANET路由協(xié)議性能，采用了NS-3仿真工具對MANET路由協(xié)議進行分析，詳細闡述了如何搭建NS-3仿真平臺，并從網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和動態(tài)拓撲角度分析比較了AODV，DS-DV和OLSR三種路由協(xié)議的端到端平均時延和投遞率性能。仿真結(jié)果為協(xié)議的后續(xù)優(yōu)化和改進提供了依據(jù)。

0引言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展，如何在硬件條件不具備的情況下研究大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，如何快速設(shè)計。實現(xiàn)。分析新的協(xié)議和算法，如何比較新老系統(tǒng)和算法而不必花費巨資建立實際系統(tǒng)等問題日益成為網(wǎng)絡(luò)研究者關(guān)注的焦點。近年來，盛行的方式是通過計算機軟件對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)拓撲。網(wǎng)絡(luò)性能進行模擬分析。采用這種網(wǎng)絡(luò)仿真的研究方法，降低了成本，研究方法靈活可靠，提高了研究效率?，F(xiàn)在主流的網(wǎng)絡(luò)仿真工具主要有：OPNET，QualNet，NS-2.OPNET是商業(yè)軟件，軟件所提供的模型庫比較有限，而且主要集中于路由仿真。QualNet也是一款商業(yè)軟件，弱化了網(wǎng)絡(luò)分層的概念。NS-2的內(nèi)容比較龐雜，各模塊間的協(xié)同及耦合不便于系統(tǒng)擴展。為此，在廣泛汲取現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)模擬器的成功經(jīng)驗基礎(chǔ)上，美國華盛頓大學(xué)Thmos R. Henderson教授及其小組研發(fā)了一款極具特色的新型網(wǎng)絡(luò)仿真器——NS-3.相比其他網(wǎng)絡(luò)仿真工具，NS-3是一款開源軟件，在多網(wǎng)卡處理和IP尋址策略方面表現(xiàn)出更好特性，同時，NS-3的架構(gòu)也相對更明了清晰，代碼不需做很大修改就可直接移植到真實網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上，此外，研究者可根據(jù)自身需求進行任意拓展。

1 MANET路由協(xié)議分析

移動無線自組織網(wǎng)絡(luò)（MANET）是一種無中心。自組織的分布式多跳網(wǎng)絡(luò)，MANET以其固有特點在某些特殊場景（如：救災(zāi)。戰(zhàn)爭等）中得到了廣泛運用。路由協(xié)議的好壞直接影響到整個網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)劣。這里簡要介紹MANET中應(yīng)用比較廣泛的3種平面路由協(xié)議。DSDV（Destination-Sequenced Distance Vector）是一種表驅(qū)動路由協(xié)議，它是在傳統(tǒng)的距離矢量DV算法基礎(chǔ)上改進設(shè)計的，同時也被稱為消除環(huán)路的Bellman-Ford路由算法。DSDV算法中每個節(jié)點都維護一張到達全網(wǎng)可達目的節(jié)點的路由表。相比DV算法，DSDV最大的區(qū)別是路由中增加了目的系列號（Sequence Number）字段，通過序列號來區(qū)別新舊路由信息。節(jié)點將收到新路由信息和當前路由信息比較，選擇序列號較大的路由記錄來更新路由表。若兩者序列號相同，則選擇跳數(shù)較小者。此外，全網(wǎng)節(jié)點要求周期性廣播路由包來進行路由維護。AODV（Ad Hoc On-Demand Distance Vector）是一種源驅(qū)動的路由協(xié)議[5]，是DSR協(xié)議結(jié)合了DSDV中的按需路由機制設(shè)計出來的。節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)包時，首先查找自己路由表是否有到達目的節(jié)點的路由信息，若有，則直接按照路由信息發(fā)送；若沒有，則執(zhí)行路由發(fā)現(xiàn)過程。節(jié)點廣播路由請求包RREQ給自己鄰居，鄰居收到RREQ包后查詢自己路由表是否有到達目的節(jié)點路由信息，若有或本身就是目的節(jié)點，則將路由信息添加到路由應(yīng)答包RREP，并將其反饋給源節(jié)點；若沒有，再將RREQ轉(zhuǎn)發(fā)給自己所有的鄰居。依次類推，直到到達目的節(jié)點或中間節(jié)點存在到達目的節(jié)點的路由。

AODV協(xié)議通過定期廣播Hello分組來進行路由維護，一旦發(fā)現(xiàn)了某條通信鏈路斷開，節(jié)點就會在DE-LEte_PERIOD時間之后從路由表中刪除包含該斷開鏈路的路由，并發(fā)送ERROR（路由錯誤）報文來通知那些因為鏈路斷開而不可達的節(jié)點刪除相應(yīng)的路由記錄或者對已經(jīng)存儲的路由信息進行修復(fù)更新。

OLSR（Optimized Link State Routing）是一種優(yōu)化的鏈路狀態(tài)路由協(xié)議，類似其他表驅(qū)動路由協(xié)議，節(jié)點需要周期性交互網(wǎng)絡(luò)路由信息。被鄰居節(jié)點選作中繼節(jié)點（Multi Point Telay，MPR）的節(jié)點周期性向網(wǎng)絡(luò)廣播控制信息分組，分組中包括將它選作MPR的那些節(jié)點的信息，以告訴網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點與這些節(jié)點之間相連。而且，只有MPR節(jié)點才能夠作為路由節(jié)點，其他非MPR節(jié)點不參與路由計算，也不需轉(zhuǎn)播控制信息。OLSR協(xié)議中主要通過HELLO和TC（Topological Control）兩種控制消息來感知廣播拓撲。通過HELLO消息實現(xiàn)鏈路偵測。鄰居偵聽，以此建立節(jié)點的本地鏈路信息表，同時用于向鄰居節(jié)點通告本節(jié)點的多點中繼MPR節(jié)點的選擇；TC消息負責執(zhí)行MPR Selector鏈路狀態(tài)聲明，使得每個節(jié)點都能夠感知全網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)。最終，節(jié)點根據(jù)本地鏈路信息庫和拓撲集合中的信息，采用Dijkstra算法根據(jù)路徑最短的原則計算路由表。

2 NS-3仿真平臺搭建

2.1 NS-3仿真架構(gòu)

NS-3是一款離散型模擬器，NS-3的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要由模擬器內(nèi)核和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件2部分組成，如圖1所示。其中模擬器內(nèi)核包括時間調(diào)度器和網(wǎng)絡(luò)模擬支持系統(tǒng)，是NS-3最核心的部分。相比NS-2，NS-3仿真時間不僅支持Default Scheduler，而且還支持Realtime Scheduler.

圖1 NS-3體系結(jié)構(gòu)

NS-3的網(wǎng)絡(luò)模擬支持系統(tǒng)包括：Attribute系統(tǒng)。Logging系統(tǒng)和Tracing系統(tǒng)。由于廣泛汲取了其他網(wǎng)絡(luò)仿真工具的經(jīng)驗和技術(shù)，NS-3的內(nèi)核在可量測性。可擴展性。模塊化。支持仿真與現(xiàn)實融合等方面具有極大優(yōu)勢。NS-3的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件包括：節(jié)點（Node）。應(yīng)用（Application）。協(xié)議棧（Protocol Stack）。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（Net Device）。信道（Channel）。拓撲生成器（Helper）等。網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件是對真實網(wǎng)絡(luò)的各個部分的抽象，具有低耦合高內(nèi)聚特點，NS-3通過低層次的抽象，使得仿真效果盡可能反映真實網(wǎng)絡(luò)的性能。

圖2 節(jié)點數(shù)和時延