고속 이동성 환경에서 AODV·DSDV·DSR 성능 비교

초록

본 논문은 높은 이동성을 갖는 MANET 환경에서 반응형 라우팅 프로토콜인 AODV와 DSR, 그리고 선제형 프로토콜인 DSDV의 성능을 평균 지연시간, 정규화 라우팅 부하, 패킷 전달률, 스루풋 네 가지 지표로 평가한다. 시뮬레이션 결과 AODV가 전반적으로 가장 우수한 성능을 보이며, 특히 고밀도·고이동성 상황에서 DSR과 DSDV보다 낮은 지연과 높은 전달률을 기록한다.

상세 분석

본 연구는 MANET에서 가장 널리 사용되는 세 가지 라우팅 프로토콜—반응형 AODV, 반응형 DSR, 선제형 DSDV—의 고이동성 시나리오에 대한 정량적 비교를 수행한다. 먼저, 프로토콜 별 설계 원리를 간략히 살펴보면, AODV는 경로 요청(RREQ)과 경로 응답(RREP) 메시지를 통해 필요 시에만 경로를 생성하고, 목적지까지의 최단 홉 수를 유지하기 위해 시퀀스 번호를 활용한다. DSR은 소스 라우팅 방식을 채택해 패킷 헤더에 전체 경로 정보를 삽입하고, 경로 캐시를 통해 재사용 가능한 경로를 저장한다. 반면 DSDV는 각 노드가 전체 네트워크 토폴로지를 주기적으로 업데이트하는 거리 벡터 방식을 사용하며, 시퀀스 번호를 통해 루프를 방지한다.

시뮬레이션 환경은 NS‑2 기반이며, 이동 모델은 Random Waypoint을 채택해 평균 속도를 0–20 m/s, 20–40 m/s, 40–60 m/s의 세 구간으로 나누어 고이동성을 구현한다. 네트워크 규모는 저밀도(25노드), 중밀도(50노드), 고밀도(100노드)로 설정하고, 전송 트래픽은 CBR(Constant Bit Rate) 4 pkt/s를 900 s 동안 발생시켰다. 주요 성능 지표는 다음과 같다.

Average End‑to‑End Delay: AODV는 경로 발견 시 RREQ‑RREP 과정에서 발생하는 초기 지연을 제외하고는, 경로 유지에 필요한 라우팅 업데이트가 적어 전체 지연이 가장 낮았다. DSR은 경로 캐시가 오래된 경우 재전송 시 재탐색이 필요해 지연이 크게 늘었으며, DSDV는 주기적인 전체 테이블 교환으로 인한 오버헤드가 누적돼 지연이 가장 높았다.
Normalized Routing Load (NRL): DSDV는 정기적인 전체 라우팅 테이블 전송으로 NRL이 가장 높았다. 반면 AODV는 필요 시에만 RREQ/RREP을 전송하므로 NRL이 중간 수준이며, DSR은 경로 캐시 활용도가 높아 라우팅 메시지 발생이 가장 적었다. 그러나 고밀도·고이동성 상황에서는 캐시 무효화가 빈번해 NRL이 상승하는 경향을 보였다.
Packet Delivery Fraction (PDF): AODV는 경로 재설정이 빠르고, 시퀀스 번호를 통해 최신 경로만 사용함으로써 손실률이 가장 낮았다. DSR은 캐시 기반 재전송이 성공률을 높였지만, 캐시가 오래되면 루프나 패킷 손실이 발생해 PDF가 감소했다. DSDV는 라우팅 정보가 최신이 아니면 패킷이 버려지는 경우가 많아 PDF가 가장 낮았다.
Throughput: AODV는 높은 PDF와 낮은 지연 덕분에 전체 스루풋이 가장 우수했다. DSR은 중간 수준의 스루풋을 보였으며, 특히 중밀도에서 캐시 효율이 좋을 때는 AODV와 근접한 성능을 나타냈다. DSDV는 라우팅 오버헤드와 높은 지연으로 인해 스루풋이 현저히 낮았다.

결과적으로, 고이동성·고밀도 환경에서는 라우팅 정보의 최신성을 유지하면서도 불필요한 제어 트래픽을 최소화하는 AODV가 가장 균형 잡힌 성능을 제공한다. DSR은 캐시 관리가 핵심이며, 캐시 무효화가 빈번한 상황에서는 성능 저하가 두드러진다. DSDV는 안정적인 토폴로지를 전제로 설계되었기 때문에, 급격한 토폴로지 변화가 잦은 MANET에서는 실용성이 떨어진다.