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ANALISIS COMPARATIVO DE LOS PROTOCOLOS DE ENRUTAMIENTO
AODV Y DSDV, SIMULADOS CON NS2
Liliana Enciso QuispeMiembro IEEE-UPM
Technical University of Loja
Loja, Ecuador
Email: [email protected]
Miguel Tenezaca LimaFundamentos de Redes y Telecomunicaciones
Universidad T ecnica Particular de Loja
Loja, Ecuador
Email: [email protected]
AbstractEl presente trabajo realizado es sobre un estudiode analisis comparativo entre los protocolos de enrutamientoen redes moviles Ad Hoc - MANET (MOBILE AD HOCNETWORK WORKING GROUP), con los protocolos de en-rutamiento DSR y AOMDV, analizados en dos escenarios(90 y120 nodos) y dos tipos de conexiones(30 y 60 conexiones).
Palabras clave-Redes Ad Hoc, Manet, ns2, protocolos deenrutamiento, AODV, DSR, DSDV, AOMDV.
I. INTRODUCCION
La simulacion es la manera mas propicia para evaluar
soluciones, es especial la experimentacion de nuevas redes
con tecnologas aun no disponibles, como tambien nos
permite simular escenarios predeterminados a buscar una
optima solucion de comunicacion ante las catastofes que
nuestro planeta enfrenta hoy en da.
Las Mobile ad hoc network (MANET) en algunas
ocasiones denominada tambien como malla de nodosmoviles (mobile mesh network), se trata de una red
de dispositivos conectados por wireless y que poseen
propiedades de auto-configuracon, ademas de poseer cierta
mobilidad. Las MANETs son un tipo de wireless ad
hoc networks que forman, por regla general, una malla
enrutable en forma de una capa de enlace de datos. Cada
dispositivo en una MANET posee libertad para desplazarse
independientemente en cualquier direccion, y eso permite
que cambien dinamicamente las condiciones de enlace entre
los dispositivos. [10]
II. REDES MOVILES AD-HOC O MANET
Una red movil Ad hoc es un tipo de red formadapor un grupo de nodos o hosts moviles que forman una
red sin la ayuda de ninguna infraestructura externa. Para
que esto se pueda llevar a la practica es necesario que
los nodos se puedan ayudar mutuamente para conseguir
un objetivo comun: que cualquier paquete llegue a su
destino aunque el destinatario no sea accesible directamente
desde el nodo fuerte. El protocolo de enrutamiento es el
responsable de descubrir las rutas entre los nodos para hacer
posible la comunicacion. Entre ellos estan aplicaciones
militares, operaciones de emergencia de busqueda y rescate,
convenciones, etc. [1] [9]
Los protocolos de enrutamiento Ad- Hoc se clasifican
en: [1]
Reactivos
Proactivos
Hbridos
Jerarquicos
Protocolos de enrutamiento Reactivos
Los protocolos de enrutamiento reactivo o bajo demanda
son aquellos en los cuales se hallan las rutas entre un nodo
origen y un nodo destino bajo demanda de la fuente. Es
decir, que slo cuando sea necesario iniciar una transmision
se buscar una ruta para realizarla. Una vez establecida
la ruta, los nodos que participen en la transmision se
encargaran de su mantenimiento. Las ventajas de este tipo
de protocolos es que no necesitan demasiada senalizacion,
lo cual reduce el overhead y optimiza el uso de las bateras,
al contrario de lo que sucede con los protocolos proactivos.
Sin embargo, el tiempo de establecimiento de las rutas
es mayor, ya que cuando se necesita la ruta se inicia el
mecanismo de descubrimiento de ruta y hasta que ste no
termina no se puede iniciar la transmision [2].
Se diferencian porque entre ellos se encuentran en la
implementacion del mecanismo de descubrimiento de ruta
y en las optimizaciones del mismo, se clasifican en: [2]
AODV(Ad Hoc On Demand Distance Vector Routing)
ABR (Associativity-Based Routing)
CBRP (Cluster-Based Routing Protocol)
DYMO (Dynamic MANET On demand)
DSR (Dynamic Source Routing)
LAR (Location-Aided Routing)
TORA (Temporally Ordered Routing Algorithm)
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Protocolo de enrutamiento AODV (Ad Hoc On Demand
Distance Vector Routing): Fue creado por Charles E. Perkins
como evolucin de su anterior protocolo DSDV (Destination-
Sequenced Distance-Vector). El DSDV inundaba la red de
mensajes de control, de forma que la red se congestionaba
y limitaba la duracion de las bateras de los terminales. [3]
AODV es un protocolo de emrutamiento reactivo disenadopara redes ad hoc de hasta miles de nodos. En este sentido,
los nodos mantienen tablas de enrutamiento tradicional que
especifica el proximo salto a tomar para llegar al destino.
Si no hay informacion en la tabla de enrutamiento de la
fuente entonces una solicitud de ruta es un broadcast. [4] [5]
Cuando un nodo quiere transmitir un paquete a un
destino, lo primero que debe hacer es buscar en su tabla de
encaminamiento a ver si existe una ruta hacia este destino
previamente calculada. En el caso de encontrarla no iniciara
ningn proceso de descubrimiento de ruta, supondra que la
que tiene almacenada en su tabla de encaminamiento es
correcta y esta actualizada. En el caso contrario, comenzar
el proceso de descubrimiento de ruta (Route Discovery)para
encontrar un camino vlido. [8]
El proceso comienza con el envo de un paquete RREQ
(Route Request) en modo broadcast. Este paquete llega
a los nodos vecinos que se encuentran a un salto de
distancia y estos a su vez lo reenvan a sus vecinos y as
sucesivamente hasta llegar al destino. Cualquier nodo que
durante el proceso de busqueda conozca la ruta hacia el
destino, puede contestar con un paquete de RREP al nodo
origen indicando la ruta que necesita. [3] [5]
Protocolo de enrutamiento DSR (Dynamic Source Rout-
ing): Es un protocolo reactivo basado en la fuente, esen-
cialmente crea las rutas unicamente en el caso de que un
nodo fuente necesite enviar datos hacia un nodo destino
(Descubrimiento de Ruta). Se diseo para optimizar el uso del
ancho de banda dentro de una red Ad Hoc, al eliminar los
mensajes de actualizacion periodica que usan los protocolos
proactivos. [11] [12]
Protocolos de enrutamiento Proactivos
Los protocolos de encaminamiento proactivos intentan
mantener tablas de las rutas actualizadas constantemente.
Eso significa que cada nodo debe mantener actualizadauna tabla con todas las rutas hacia los otros nodos. La
informacion que contienen las tablas debe actualizarse
periodicamente y ante cualquier cambio de la topologa
de red. Esta actualizacion constante provoca que estos
protocolos generen una gran cantidad de paquetes de
senalizacion (overhead) lo cual afecta a la utilizacion del
ancho de banda, el throughput y el consumo de energa
entre otras cosas. La ventaja principal que aportan estos
protocolos es que el establecimiento de una nueva ruta para
iniciar una transmision precisa de un tiempo muy pequeno
al tener todos los nodos las tablas de rutas actualizadas.
Ademas, el overhead aunque sea elevado tambien es
bastante estable en el tiempo. El principal problema con
el que se encuentran estos protocolos es cuando las redes
son muy densas y los nodos tienen una movilidad alta ya
que en estos casos el overhead crece muy rapidamente ylas tablas pueden llegar a ser demasiado grandes. [2]
Se distinguen por el numero de tablas, clasificandose
en:
ADV(Adaptative Distance Vector)
CGSR (Cluster Gateway Switch Routing)
DSDV (Destination-Sequenced Distance Vector)
DREAM (Distance Routing Effect Algorithm for Mo-
bility)
HSR (Hierarchical State Routing)
MMWN (Multimedia support in Mobile Wireless Net-works)
OLSR (Optimised Link State Routing)
STAR (Source-Tree Adaptaive Routing)
TBRPF (Topology Dissemination Based on Reverse-
Path Forwarding)
WRP (Wireless Routing Protocol)
Protocolo de enrutamiento DSDV (Destination-Sequenced
Distance Vector):DSDV es esencialmente una modificacion
del algoritmo de encaminamiento Vector Distancia Bellman-
Ford, bien conocido por su utilidad en redes fijas, como
por ejemplo en el protocolo RIP. En este algoritmo, los
nodos vecinos intercambian periodicamente (proactivo) sus
tablas de encaminamiento enteras para estimar la distancia
a la que se encuentran los demas nodos no vecinos.
Las modificaciones introducidas por DSDV proporcionan
basicamente la obtencion de rutas sin bucles mediante la
introduccion de numeros de secuencia para la determinacion
de las rutas mas nuevas. Aunque DSDV solo proporciona
un camino para cada destino, siempre elige el camino mas
corto basandose en el numero de saltos hacia este destino.
DSDV utiliza dos tipos de mensajes de actualizacion,
uno mas grande (full-dump) y otro mucho mas pequeno
(incremental). Los mensajes incrementales pueden utilizarse
para actualizaciones intermedias entre envos periodicos(fulldump) de la tabla entera de encaminamiento. Ademas
se realizan estimaciones de los tiempos de establecimientos
de ruta que retrasaran el envo de mensajes incrementales
para evitar en cadena de estos mensajes. [6] [7]
Protocolo de enrutamiento AOMDV: Comparte muchas
caractersticas en su funcionamiento basico con AODV. Se
basa en el concepto de vector distancia y utiliza aprox-
imacion de salto en salto. Este protocolo ademas des-
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cubre rutas bajo demanda utilizando un procedimiento de
descubrimiento de ruta. En AOMDV la propagacion de
Routers de encaminamiento del nodo origen al nodo destino
establece multiples caminos en reversa junto con los nodos
intermedios al igual que el nodo de destino.
Varios routers de encaminamiento atraviesan rutas de
retorno utilizando varios puntos. AOMDV tambien proveenodos intermedios con camino alternos, de esta manera se
puede reducir la frecuencia de descubrimiento de rutas.
El nucleo del protocolo de enrutamiento AOMDV busca
asegurar que se descubran multiples caminos libres de lazos,
ademas de la eficiencia al encontrar rutas mediante una
multitud de nodos en la red. [7]
Este protocolo actualiza las reglas aplicadas localmente
a un nodo, juega un papel fundamental al mantener la
red libre de bucles.
Este protocolo confa en la informacion de ruteo
disponible bajo los lineamientos de AODV, en general
no emplea ningun control de paquetes, de hecho el
envo de Rutas de encaminamiento y de respuesta
para descubrir multiples rutas y mantenerlas, junto con
campos extra en los campos de ruteo constituye la unica
sobrecarga para el protocolo. [7]
III. HERRAMIENTAS A UTILIZAR
A. Simulador ns2
NS-2 o Network Simulator- 2 es un simulador de redes
de eventos discretos. NS-2 esta basado en dos lenguajes,
uno basado en la simulacion orientada a objetos, escrita en
C++, y un interprete OTcl (una extension de Tcl orientada
a objetos), usada para ejecutar los comandos del usuario
(scripts). El simulador, como consecuencia debe soportaruna jerarqua de clases en C++, o jerarqua compilada, y
una jerarqua de clases equivalente en OTcl, o jerarqua
interpretada.
El simulador permite la configuracion de gran cantidad
de parametros tales como la topologa de la red, la pila
de protocolos y parametros especficos de cada protocolo,
tambien permite evaluar el impacto de diferentes tipos de
trafico de red. [13]
B. Tracegraph
TraceGraph es una herramienta libre, para graficar
y especialmente analizar las trazas generadas (*.tr) porel simulador de redes NS-2. Para el funcionamiento de
Tracegraph es necesario tener instalado en nuestro sistema,
ciertas libreras de Matlab, y un convertidor de archivos
.tr (generados por ns-2) a archivos tracegraph, el cual es
llamado TraceConverter. [15]
Los tipos de traza que TraceGraph soporta, grafica y
analiza son los siguientes:
Wired.
satellite.
wireless (old and new trace).
new trace.
wired-wireless.
C. TexmakerTexmaker es un programa de Qt4, que integra muchas
herramientas necesarias para desarrollar documentos con
LaTeX, en una sola aplicacion. Texmaker se ejecuta na-
tivamente en Unix, Mac OS X y sistemas win32. Tex-
maker incluye soporte Unicode, correccion ortografica, auto-
completado, plegado de codigo y un visor incorporado
en pdf con el apoyo synctex y el modo de visualizacion
continua. Texmaker es un editor gratuito, LaTeX mod-
erna y multi-plataforma para Linux, MacOSX y Windows,
que integra muchas herramientas necesarias para desarrol-
lar documentos con LaTeX, en una sola aplicacion. Tex-
maker incluye soporte Unicode, correccion ortografica, auto-
completado, plegado de codigo y un visor incorporadoen pdf con el apoyo synctex y el modo de visualizacion
continua. Texmaker es facil de usar y configurar. [?]
IV. PARAMETROS DE SIMULACION
A. M etricas
Thoughput: Representa el rendimiento de la tasa media
de exito de los paquetes de datos recibidos en destino.
Por lo general se mide en bits por segundo (bit/s o
bit/bps), y a veces en paquetes de datos por segundo.
[16]
Drop: Representan los paquetes perdidos o borrados. Send: Representa el envio de paquetes.
Resend: Representa el reenvio de paquetes.
End to End Delay: Representa el retraso en la
transmision de los datos, es decir el retraso debido a
la ruta de descubrimiento, de propagacion y el tiempo
de transferencia. [16]
V. DESARROLLO
Para el respetivo desarrollo de la simulacion debemos
tener instalado:
1) ns2: Software simulacion.
2) Tracegraph: Trazar graficas de resultados.
Para simular redes moviles Ad Hoc en ns2, debemos contar
con los siguientes archivos
1) Archivo que describe el patron de movimiento de los
nodos (Escenario).
2) Archivo que describe el trafico o patron de comuni-
cacion en la red (Conexiones).
3) Y por suspuesto el script que define la simulacion
(.tcl).
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A. Generador de movilidad de los nodos (Escenario)
El generador de movimiento esta disponible en el
directorio ns-allinone-2.34/ns-2.34/indep-utils/cmu-
scen-gen/setdest donde ns-allinone-2.34/ns-2.34 es el
directorio donde se instalo el paquete del simulador
y el archivo setdest es un ejecutable (Figura 1). Para
generar nuestro archivo de movilidad ejecutamos el
siguiente comando ./setdest - v < 2 > -n < nodes > -s< speedtype > -m < minspeed > -M < maxspeed > -t< simulationtime > -P < pausetime > -x < maxX >-y < maxY > > [outdir/file] [1]
Figure 1. Creacion de escenarios
Donde:
1) version del generador de movimiento2) < nodes > numero de nodos3) < speedtype > tipo de velocidad (1= Uniforme)4) < minspeed > velocidad mnima en m/s5) < maxspeed > velocidad maxima en m/s6) < simulationtime > tiempo de simulacion en se-
gundos
7) < pausetime > pausa de simulacion en segundos8) < maxX > dimension X del terreno en que se
mueven los nodos en metros
9) < maxY > dimension Y del terreno en que semueven los nodos en metros
10) [outdir/file] Nombre del archivo de movimiento
B. Generador de tr afico (Conexiones)
El archivo de comunicacion es uno de los mas
importantes. El cual lo generamos con la siguiente lnea
de comando: ns cbrgen.tcl -type cbr|tcp -nn nodes -seedseed -mc connections -rate rate > [outdir/file] [1]
Donde:
cbr|tcp tipo de trafico. nodes numero de nodos en la simulacion.
seed semilla aleatoria.
connections numero de conexiones
rate velocidad de transferencia en pkts/seg.
[outdir/file] Nombre del archivo de movimiento.
La lnea que ejecutamos para realizar nuestro archivo de
conexiones fue (Figura 2):
30 conexiones con 90 nodos: ns cbrgen.tcl -type tcp
-nn 90 -seed 1 -mc 30 -rate 5 >conexion1-30 60 conexiones con 90 nodos: ns cbrgen.tcl -type tcp
-nn 90 -seed 1 -mc 60 -rate 5 >conexion1-60
30 conexiones con 100 nodos: ns cbrgen.tcl -type tcp
-nn 100 -seed 1 -mc 30 -rate 5 >conexion2-30 60 conexiones con 100 nodos: ns cbrgen.tcl -type tcp
-nn 100 -seed 1 -mc 60 -rate 5 >conexion2-60
Figure 2. Directorio de Escenarios
Una vez generados nuestros archivos son incluidos al
script .tcl que define la simulacion (Figura 3). Como resul-
tado de la ejecucion del archivo .tcl se generan dos archivos,
uno que definira la traza .tr y el otro nos permitira tener
una visualizacion grafica con el Network animator (.nam)
(Figura 4).
Figure 3. Ejecucion del archivo .tcl
Figure 4. Archivos .nam y .tr
VI . SIMULACION
Para abrir la aplicacion del Tracegraph ejecutamos el sigu-
iente comando desde el directorio donde este se encuentra
instalado :./trgraph (Figura 5).
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Figure 5. Ventana del Tracegraph
A. Informacion de trazas
Los datos que nos proporciona son de vital importancia ya
que estas nos daran la informacion necesaria para conocer
como actua cada protocolo al generar, enviar o recibirpaquetes en el escenario, y poder generar las respectivas
graficas comparativas (Figura 6).
Figure 6. Informacion DSR (120 nodos - 30 conexiones)
B. Visualizacion NAM
Como nos menciona Jordi Chalmeta [2] en su artculo,
NAM (Network Animator) es una herramienta de soportepara poder interpretar y entender las simulaciones de un
modo visual. Dicha herramienta es fundamental para en-
tender que es lo que esta sucediendo en la simulacion y as
saber como tratar los resultados obtenidos, el cual podemos
observar en la (Figura 7), capturadas en dicha herramienta
con cada uno de los protocolos.
Figure 7. DSR- NAM (90 nodos - 30 conexiones)
C. Throughput of generating packets
(Figura 8).
Figure 8. Rendimiento de paquetes generados DSR (120 nodos - 30conexiones)
D. Throughput of sending packets
(Figura 9).
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Figure 9. Rendimiento de paquetes enviados DSR (120 nodos - 30conexiones)
E. Throughput of receiving packets
(Figura 10).
Figure 10. Rendimiento de paquetes recibidos DSR (120 nodos - 30conexiones)
F. Throughput of dropping packets
(Figura 11).
Figure 11. Rendimiento de paquetes borrados DSR (120 nodos - 30conexiones)
VII. RESULTADOS
A. En la tabla I y figura 12 se muestra el analisis dePaquetes Generados
Table IPAQUETES G ENERADOS
Figure 12. Paquetes generados protocolos DSR y OMDV
B. En la tabla II y figura 13 se muestra el analisis de
Paquetes Enviados
Table IIPAQUETES E NVIADOS
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Figure 13. Paquetes enviados protocolos DSR y OMDV
C. En la tabla III y figura 14 se muestra el analisis de
Paquetes Recibidos
Table IIIPAQUETES R ECIBIDOS
Figure 14. Paquetes recibidos protocolos DSR y OMDV
D. En la tabla IV y figura 15 se muestra el analisis de
Paquetes Borrados
Table IVPAQUETES B ORRADOS
Figure 15. Paquetes borrados protocolos DSR y OMDV
E. En la tabla V y figura 16 se muestra el analisis Delays
Table VDELAYS
Figure 16. Grafica delays protocolos DSR y OMDV
F. En la tabla VI y figura 17 se muestra el analisis Through-
put
Table VITHROUGHPUT
Figure 17. Grafica throughput protocolos DSR y OMDV
VIII. CONCLUSIONES
Haciendo un analisis comparativo entre los protocolos
AODV y DSDV, se puede concluir que el mejor proto-
colo en cuanto a Delays es el DSDV.
Con la grafica de Throughput (Rendimiento = (Paque-
tesEnviados + PaquetesRecibidos + PaquetesBorrados)
/ Delays) se puede concluir que el protocolo AODV
tiene mejor rendimiento en cuanto a la red.
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Para determinar la distancia mas corta entre un nodo
y otro se empleo el algoritmo de Dijkstra. Durante la
ejecucion del algoritmo, se mantiene un pseudoflujo
x que satisface las condiciones de optimizacion y se
aumenta una cantidad determinada de flujo a traves dela
ruta mas corta.
El protocolo AODV es un protocolo reactivo que buscauna ruta solo cuando se necesita y aunque su topologa
cambie, AODV usa tablas de encaminamiento tradi-
cionales.
BIBLIOGRAFIA
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