Procedia Technology 17 ( 2014 ) 231 – 238
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Conference on Electronics, Telecommunications and Computers – CETC 2013
Simulation study of MANET routing protocols under FTP traffic
Dimitra Kampitakia*, Anastasios A. Economidesa
aInterdepartmental Programme of Postgraduate Studies in Information Systems, University of Macedonia, Thessaloniki, Greece
Abstract
Mobile Ad Hoc Networks (MANETs) use many different routing protocols to route data packets between nodes. The performance of these routing protocols has been widely studied and evaluated. However, previous studies evaluate the performance of routing protocols using traffic generators that do not correspond to specific applications. Additionally, the scenarios used in previous research are rather simple and do not correspond to real and complex situations, where various types of traffic coexist in the network. We study the performance of proactive and reactive routing protocols when specific application traffic exists in the network. A number of nodes need to receive large data files from the same source node, using File Transfer Protocol (FTP), while other non-specific application traffic also exists in the network, thus comprising a complex and more real-like scenario. We examine the generic case where the data to be transferred is different for each destination node, so multicasting algorithms cannot be used. By executing several simulations, we conclude that the type of the traffic load in the network plays an important role on the performance and operation of the most popular routing protocols used in MANETs, regardless of the mobility model employed by the relay nodes.
copy; 2014 The Authors. Published by Elsevier Ltd.
Selection and peer-review under responsibility of ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa.
Keywords: routing protocols; DSR; AODV; OLSR; FTP; simulation
e uthors. Published by Elsevier Ltd. This is an open access article under the CC BY-NC-ND license
(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/).
Peer-review under responsibility of ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, Lisbon, PORTUGAL.
1. Introduction
Mobile Ad Hoc Networks (MANETs) [1] are self-organizing networks without predefined infrastructure. Routing in this type of networks can be implemented by many routing protocols that can be categorized under different criteria [2]. The most general distinction of MANET routing protocols is proactive and reactive, with hybrid protocols spanning between these two categories. Some of the most popular protocols examined in previous studies are Dynamic Source Routing (DSR), Ad-hoc On-demand Distance Vector (AODV) and Temporally-Ordered
*
Corresponding author E-mail address: kampitaki@uom.gr
2212-0173 copy; 2014 The Authors. Published by Elsevier Ltd. This is an open access article under the CC BY-NC-ND license (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/).
Peer-review under responsibility of ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, Lisbon, PORTUGAL. doi: 10.1016/j.protcy.2014.10.233
232 Dimitra Kampitaki and Anastasios A. Economides / Procedia Technology 17 ( 2014 ) 231 – 238
Routing Algorithm (TORA), which belong to the reactive or on-demand category and Optimized Link State Routing (OLSR), Destination-Sequenced Distance-Vector (DSDV) and Wireless Routing Protocol (WRP), which belong to the proactive or table-driven category. There have been made several performance evaluation studies that examine the performance and operation of these protocols, comparing them in terms of various metrics [3-8].
In this study we investigate the performance of the routing protocols under a different perspective. We examine the operation and performance of the most popular routing protocols in a case study, where a varying number of nodes need to receive large data files from one common source node (server). In order to achieve this, File Transfer Protocol (FTP) is used. Although there is a trend towards HTTP for downloads, FTP is still a candidate for use in modern applications for Internet of Things or Smart Cities. Therefore, studying its impact can provide valuable information. Previous work conducted in this area uses traffic generators that do not correspond to specific applications, and they are the only type of traffic spanning the network at any given time. To the best of our knowledge, there have not been studies on the performance of routing protocols when various types of traffic coexist and use the same network resources, which is the case in real applications. When FTP traffic exists in the network, along with other less demanding traffic, the performance of the routing protocols could be prominently different than in the simple scenarios studied in the past, which do not apply in real situations.
The number of the destination nodes is varied and so the volume of traffic and the congestion in the network is varied too. Since high volumes of traffic need to be transferred from one source to a number of destinations, the nodes that are close to the source are expected to be highly congested from ftp traffic, thus degrading the overall performance of the network. The routing protocol should be capable of selecting alternate routes to overcome this obstacle, and it is rather interesting to examine whether the routing protocols under investigation have that capability. We also use different mobility models for the relay nodes to examine whether the mobility model has an impact on the performance of the routing protocols.
We explicitly examine proactive and reactive routing protocols and compare their performance in terms of various metrics. The routing protocols under investigation are DSR [9], AODV [10] and OLSR [11]. DSR and AODV are reactive routing protocols while OLSR is a pr
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工艺技术17(2014)231 - 238。
在www.sciencedirect.com网上
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电子、电信和计算机会议- CETC 2013。
基于FTP流量的MANET路由协议仿真研究。
《经济学家》，作者:Dimitra Kampitakia。
信息系统专业研究生课程，马其顿大学，塞萨洛尼基，希腊。
文摘
移动自组网(MANETs)使用许多不同的路由协议来路由节点间的数据包。这些路由协议的性能得到了广泛的研究和评价。然而，先前的研究评估了使用不符合特定应用程序的流量生成器的路由协议的性能。此外，以前的研究中使用的场景非常简单，不符合实际和复杂的情况，在网络中存在各种类型的流量。我们研究了当网络中存在特定的应用程序流量时，主动和被动路由协议的性能。许多节点需要从同一个源节点接收大数据文件，使用文件传输协议(FTP)，而其他非特定的应用程序通信也存在于网络中，因此包含一个复杂的、更真实的场景。我们检查了在每个目标节点上传输数据的一般情况，因此不能使用多播算法。通过执行几个模拟，我们得出结论，网络中交通负载的类型对于在MANETs中使用的最流行的路由协议的性能和运行起着重要的作用，而不考虑中继节点使用的移动模型。
copy;2014作者。由爱思唯尔出版有限公司
ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa的选择和同行评审。
关键词:路由协议;安全域;AODV;OLSR;FTP;模拟
1。介绍
移动自组织网络(MANETs)[1]是没有预先定义基础设施的自组织网络。在这种类型的网络中，路由可以通过许多路由协议实现，这些协议可以根据不同的标准进行分类[2]。MANET路由协议最普遍的区别是主动和被动的，混合协议跨越这两类。在之前的研究中，一些最受欢迎的协议是动态源路由(DSR)、特别的按需距离矢量(AODV)和临时命令。
路由算法(TORA)，属于响应式或按需分类，优化链路状态路由(OLSR)、命中序列距离矢量(DSDV)和无线路由协议(WRP)，属于主动或表驱动范畴。已经进行了一些性能评估研究，研究这些协议的性能和操作，并将它们与各种度量标准进行比较[3-8]。
在本研究中，我们从不同的角度研究了路由协议的性能。在一个案例研究中，我们检查了最流行的路由协议的操作和性能，其中不同数量的节点需要从一个公共源节点(服务器)接收大数据文件。为了实现这一点，使用了文件传输协议(FTP)。尽管有一种趋势，HTTP的下载，FTP仍然是一个候选人，在现代的应用，物联网或智慧城市。因此，研究其影响可以提供有价值的信息。之前在该领域进行的工作使用的流量生成器不符合特定的应用程序，而且它们是在任何给定时间内跨越网络的唯一类型的通信。据我们所知，在不同类型的流量共存并使用相同的网络资源的情况下，还没有关于路由协议性能的研究，这就是实际应用中的情况。当网络中存在FTP流量，以及其他不那么高的流量时，路由协议的性能将明显不同于过去研究的简单场景，这在实际情况中是不适用的。
目标节点的数量是多种多样的，因此网络的流量和拥塞也各不相同。由于大量的流量需要从一个源传输到多个目的地，所以接近源的节点会被ftp流量严重阻塞，从而降低了网络的整体性能。路由协议应该能够选择不同的路由来克服这一障碍，而研究正在调查的路由协议是否具有这种能力是相当有趣的。我们也使用不同的移动模型，来检验移动模型是否对路由协议的性能有影响。
我们明确地研究了主动和被动的路由协议，并将它们的性能与各种度量标准进行了比较。[9]、AODV[10]、OLSR[11]。DSR和AODV是被动路由协议，而OLSR是一种主动路由协议。它们都被用于扁平的网络拓扑。虽然基于它们的协议有改进，但这些协议是最广泛使用的，而且它们是自它们开发以来所提出的所有协议的基础。
论文的其余部分组织如下。第二节提供有关工作的概述。在第三节中，我们描述了案例研究的场景。在第四节中，给出了仿真结果。结论在第五节中提出。
2.相关工作
如前所述，有几个性能评估和比较研究，这些研究审查了各种路由协议在manet中的性能。每一项研究都研究不同的路由协议的数量和/或类别，具有不同的移动模式和交通条件。然而，在本节所提到的所有文章和过去发表的类似研究中，都考虑到流量源发送固定比特率(CBR)流量和特定应用程序产生的流量没有考虑到。虽然CBR是用于评估协议性能的常用流量源，但是真正的网络传输这种流量并不常见，因为在大多数真实的网络中，许多不同的应用程序和类型的流量共存。虽然在一些研究中，交通负荷是多种多样的，但它仍然是由非特定的交通产生器作为CBR产生的。在这一节中，我们将介绍与我们的研究相反的一些在这一领域所做的最突出的工作。
在[3]中，通过不同的网络负载、移动和网络大小来比较AODV和DSR，并通过数据包传输比、端到端延迟和规范化路由和介质访问控制(MAC)负载来度量两种协议的性能差异。移动模型的使用是随机的。本文主要讨论路由和MAC层之间的交互，以及它对协议性能的影响。
在[4]中，在端到端延迟、抖动、数据包丢失比、吞吐量、规格化路由负载、可伸缩性和连接性等方面，通过改变网络的大小来比较，从而提供了基于协议性能的排序表。
在[5]中，比较了三种实际情况下的数据包传输比、延迟、平均延迟、吞吐量和总能量消耗的三种真实场景。数据包的大小、数据包的数量、传输间隔、节点的速度、移动模型、接收端和发射器的数量，以及直接序列扩频(DSSS)在不同的场景中都是不同的，在每个场景中都建议了最合适的路由协议。
在[6]中，DSDV、AODV和DSR在包传输比、吞吐量、端到端延迟和路由开销方面进行了比较，分别是数据包大小、数据包发送时间间隔和节点的迁移率。
在[7]中，DSR、AODV和OLSR在吞吐量、goodput、路由负载和端到端延迟方面进行了比较，通过不同的网络负载、流的数量、网络大小和迁移率进行了比较。本文的结论是，主动路由协议的性能优于被动路由协议。
在[8]中，DSR、AODV和WRP在数据包传输比、平均端到端延迟、吞吐量和路由消息开销等方面进行了比较，通过不同的暂停时间，提供了负载和平均节点速度。其他类型的流量，除了CBR，也被检查，即FTP和TELNET流量。然而，它们是独立研究的，即在每个仿真中网络中存在一种流量，而在我们的研究中，FTP和非特定的应用程序流量在网络中共存。
我们检查DSR、AODV和OLSR，当FTP流量与其他非特定的应用程序流量(如CBR或流量爆发)在网络中共存时。使用这个概念，我们近似于接近真实网络的交通条件，在这个网络中，不同的应用程序可以同时被不同的或者甚至是相同的节点使用。通过改变中继节点的数量和从源文件中请求文件的节点数量，我们研究了上述协议在包交付率、平均端到端延迟和路由开销方面的性能。
3所示案例研究的场景
在本节中，我们将描述用于设置和执行模拟的案例研究场景。模拟场尺寸为1000m x1000m。在字段的右边缘随机放置静态目标节点，在字段的左边缘有一个静态源节点。
执行了两组模拟。在第一个例子中，使用CBR和突发流量生成器在网络中存在非特定的应用程序流量，而在第二种情况下，FTP流量与非特定的应用程序流量共存。在这两种情况下，整个流量生成器的配置都适用于在两组模拟之间维持网络的总负载。在第二种情况下，在整个模拟过程中使用FTP将大文件从源节点转移到每个目标节点。对于每个目标节点，传输的文件被认为是不同的，所以在研究中不能考虑多播算法。在该字段中有许多随机移动的节点，它们将被用作源节点和目标节点之间的中继节点。每个节点的传输范围设置为2.5 m。所有的通用模拟参数如表1所示。
我们使用两种不同的移动模型来研究不同的移动模式对性能的影响:Random Way Point和Gauss Markov。
我们使用以下指标来度量和比较协议的性能:
- 包交货率(PDR):它是成功收到数据包的百分比计算通过将接收到的数据包的总数除以发送数据包的总数。
- 平均端到端延迟(ae):这是一个数据包的平均时间需要传递给它目的地。它是通过对成功交付到目的地的所有数据包的平均延迟来计算的。
- 规范化路由开销(NRO):这是比值控制流量和网络的总吞吐量。
尽管还可以使用其他指标，但这些指标是最常用的，它们被选择用于比较以前在该领域的工作。对于上述所有指标，计算的总流量是考虑在内的。
4仿真结果
表1
|
仿真参数 |
参数值 |
|
模拟面积 |
1000mx1000m |
|
仿真时间 |
1000年代 |
|
无线电传播模型 |
两线接地 |
|
传播范围 |
250米 |
|
路由协议 |
DSR, AODV, OLSR |
|
数据包大小 |
512字节 |
|
应用 |
FTP |
|
FTP源节点数量 |
1 |
|
FTP目的地节点数 |
1、2、5、10 |
|
中继节点数目为 |
20、50、75、100 |
|
移动模型随机点 |
高斯马尔可夫 |
|
中继节点的速度 |
2-10m / s |
模拟使用OMNeT [12]和inetmanet框架[13]。OMNeT 是一个基于组件的c 模拟库和框架，主要用于构建网络模拟器。Inetmanet框架是一个协议模型库，它包含了Internet栈、有线和无线链路层协议的模型，支持移动、MANET和其他协议和组件。为了提取所需的指标，已经对提供的路由协议模型进行了更改。模拟已经重复了几次不同的种子，结果是平均的
在图1中，对DSR、AODV和OLSR对不同数量的FTP目的节点进行了PDR与中继节点数量的描述。在图2中，可以观察到平均端到端延迟。最后，在图3中，以同样的方式给出了标准化的路由开销。当FTP流量与非特定的应用程序流量共存时，紧线表示相应度量的值，而虚线表示在网络中仅存在非特定的应用程序流量时的相同度量。在这两种情况下，计算总网络负载并在模拟中设置为相等。所有的指标都被描述为相对于以前的研究采用这种方式呈现结果的中继节点的数量。
正如我们所期望的那样，当网络中出现更多的流量时，网络的性能会降低，从而导致更多的FTP目的地节点出现。此外，当网络变得高度密集时，我们在本研究中考虑的三个协议的性能指标都有显著的影响。随着网络流量的增加和网络密度的增加，PDR降低，而平均端到端延迟增加，对所有正在考虑的协议。这种情况发生的原因是由于网络拥塞，当交通负载和网络密度增加时，发生碰撞和数据包下降的概率增加。标准化的路由开销也随着中继节点的数量和流量的增加而增加，但并不显著。在OLSR协议的情况下，NRO对于所有网络密度和流量负载都具有很高的价值，因为它需要始终保持一个最新的路由表，以适应网络的所有节点。
图1 在网络中存在1、2、5或10个FTP目标节点或等效流量的中继节点数量。
在所有的仿真案例中，FTP源和目的节点的存在对协议性能的影响是显而易见的。在没有FTP流量的情况下进行了一组模拟，但附加了非特定的应用程序流量，以保持与FTP源和目标节点负载相等的网络总负载。所有这些协议的性能都显著提高，这一点在所有的数据中都可以看到。在所有的仿真案例中，除了低流量和低密度的情况外，OLSR在所有性能指标中都优于DSR和AODV。然后，这三种协议在PDR和AEED方面具有相似的性能，但是在NRO中，使用OLSR产生的开销要比AODV和DSR多得多。后者的开销较小，因为它不需要周期性地发送HELLO消息作为AODV，也不需要始终保持一个最新的路由表作为OLSR。OLSR性能不受网络中继节点密度的影响，并受网络中出现的FTP流数量的影响。
尽管在所有的仿真中，协议遵循上述模式，但是OLSR在高密度和高流量的情况下似乎比其他两个都有更好的性能。然而，它使用了大量的开销来实现这一点。DSR性能适合于低密度和低流量的情况，而无需增加网络的过载流量。但在密集和高流量的情况下，它的性能相当差，尽管对开销没有显著的影响。在所有网络密度和流量负载中，AODV的性能都是足够的，而开销保持在合理的水平上。
图2当1、2、5或10个FTP目标节点或等效流量存
在于网络中时，平均端到端延迟与中继节点数量。
最后，我们研究了不同移动模型对路由协议性能的影响。使用随机路径点和高斯-马尔可夫移动模型的仿真结果与所考察的所有情况相似，没有重要的区别。因
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