4.2.4 仿真验证

4.2.4 仿真验证

为验证本书所提出的VANETs路由协议中链路平均断链次数及控制报文开销两种数学模型的正确性， 同时有效评估DARP路由机制的性能， 本环节基于NS－2开展相应仿真实验。

仿真环节设置了两组场景， 分别有针对性的验证不同车辆密度及不同车辆速度下模型正确性及DARP协议所体现的路由性能。 仿真环境设置在大小为1000×1000（m2） 的MH移动模型范围内，车辆节点的有效通信范围 （即无线信号传输半径） 为150m。 仿真场景参数设置如表4.8所示。两组仿真场景分别为：

场景1： 基于表4.8仿真参数的设置， 为有效评估车辆密度对DARP路由协议产生的性能影响。 本环节设置车辆节点数目依次为： 10， 20， 30， …， 200节点移动速度V＝10m／s。

场景2：基于表4.8仿真参数的设置，为有效评估车辆移动速度对DARP路由协议产生的性能影响。本环节将VANETs中车辆节点数目固定设置为100个，将节点平均移动速度设置为0≤V≤40m／s，且仿真时速度递增步长为5m／s。

实验部分设计了三个关键性能指标的对比分析， 分别是路由平均断链次数（Number of Routing Break）、路由控制报文开销［120，121］（Routing Overhead）及丢包率（Drop Ratio）［122，123］。

Numberof Routing Break：是指在服务需求时间Tl内，两通信车载之间建立的路由链路发生中断的次数。

Routing Overhead： 指建立及维护该路由链路的控制报文的产生或转发数量。

Drop Ratio： 作为衡量网络可靠性的有效方式， 是指在应用层上未成功接收的数据包占到源端所发送所有数据包的比例。

针对这三种性能指标在两组仿真场景下分别就本书所提出的DARP及AODV进行NS－2仿真对比。实验结果及分析论证如下，首先来看不同场景下路由平均断链次数的比较， 如图4.5所示。

图4.5 （a） 表明车辆节点数量与路由平均断链次数的关系。 在DARP路由算法中， 当节点数目较少时， 同向邻居节点的数量也非常少， 成功建立路由通信链路的概率就很低， 因此路由平均断链次数比较小。 随着节点数量的增加， 如定理4.3提出的DARP路由平均断链次数量化模型所描述一样， 路由断链次数并不随着节点数目的增加而改变， 因而结果没有产生明显变化；而在AODV路由协议中， 其路由平均断链次数明显地高于DARP， 这也同定理4.1对其路由平均断链次数的模型描述一致。 图4.5 （b） 表明车辆移动速度与路由平均断链次数的关系。 可以看出， 随着节点速度的提高， DARP路由协议产生的路由平均断链次数变化非常平缓， 并没有明显的变化， 这与定理4.3提出的量化模型描述一致， 即路由断链次数并不随着节点移动速度的改变而发生变化； 相反， AODV路由平均断链次数随节点移动速度的增加发生明显激增。 图4.5不仅证实了定理4.1及定理4.3的正确性， 而且充分验证了DARP协议是一种提升通信链路稳定性及可靠性的路由策略， 具有较低的路由断链率及较少的网络控制开销， 为服务执行路径的选择及建立提供了良好的物理网络层支撑作用。

图4.6 （a） 表明车辆节点数量与路由控制报文开销的关系。 无论是在AODV还是在DARP中， 路由控制报文开销均随着节点数量的增加而增加。然而DARP协议的路由控制开销始终低于AODV路由开销25到30个百分点；图4.6 （b） 表明节点移动速度对路由控制报文开销的影响。 DARP决策中产生的路由控制开销随着节点移动速度的增加变化平缓， 且始终保持在一个常态下， 这充分论证了定理4.4刻画的路由负载模型的正确性， 即DARP中路由控制开销不随节点速度的变化而发生改变； 而AODV的路由控制报文开销随着节点移动速度的提高而迅速攀升， 其趋势充分验证了定理4.2所描述的AODV路由开销模型的正确性。 图4.6不仅评估了DARP较AODV在路由控制报文开销方面的优越性， 也充分验证了量化模型的正确性和有效性。

图4.7 （a） 表明车辆节点数量与应用层丢包率的关系。 在节点数量较小时， DARP中同向节点的数量也很小， 成功建立路由的概率较低， 这就导致丢包现象非常普遍， 因而DARP下产生的丢包率大于AODV情形， 随着节点数量的增加， DARP建立的路由链路稳定性增加， 其丢包率明显下降并逐渐平稳， 而此时AODV的丢包率却处于迅速攀升状态； 图4.7 （b） 表明车辆节点速度与应用层丢包率的关系， 可以看出， 当节点移动速度增加时， DARP产生的丢包率变化平缓， 并没有产生明显变化； 而AODV产生的丢包率却随着路由断链次数的增加而持续增加。 图4.7反映了本书提出的DARP较AODV在应用层丢包率上的明显优势， 也从侧面验证其网络可靠性的优越性能， 从而为基于服务覆盖层的服务执行路径生成提供良好、 可靠的路由决策依据。

本实验首先验证了VANETs网络路由协议中路由平均断链次数及路由控制报文开销两种量化模型的有效性及正确性， 这样的数学模型可用于指导相关路由协议的设计； 其次证明了DARP协议较AODV在路由链路稳定性、 控制报文开销及丢包率等网络性能方面的优势； 最后表明DARP更加适合于VANETs下进行服务发现、 选择的物理网络层寻路， 尤其是节点数量较大、 移动速度较快的城市车载环境下有着更好的性能。