馮蘭蘭 ，王亞芳

(河北科技大學(xué)研究生學(xué)院，河北 石家莊 050000)

?

基于OPNET的AODV與DSR協(xié)議的性能分析

馮蘭蘭 ，王亞芳

(河北科技大學(xué)研究生學(xué)院，河北 石家莊 050000)

摘要:Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是由一組帶有無(wú)線收發(fā)裝置的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成的一個(gè)無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，它不依賴于預(yù)設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施而臨時(shí)組建，節(jié)點(diǎn)利用自身的無(wú)線收發(fā)設(shè)備交換信息，當(dāng)相互之間不在通信范圍內(nèi)時(shí)，可以借助其他中間節(jié)點(diǎn)中繼來(lái)實(shí)現(xiàn)通信。文中分析了Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中AODV和DSR路由協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn)，然后利用OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真軟件搭建仿真模型，分別在10個(gè)和30個(gè)通信節(jié)點(diǎn)的小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，對(duì)AODV和DSR協(xié)議的性能進(jìn)行了初步分析，為以后的研究提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：Ad hoc網(wǎng)絡(luò)；路由協(xié)議；OPNET仿真

0　引　言

Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種無(wú)中心自組織的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，它不以任何已有的固定設(shè)施為基礎(chǔ)而能隨時(shí)隨地組建臨時(shí)性網(wǎng)絡(luò)。它是具有特殊用途的對(duì)等式網(wǎng)絡(luò)，使用無(wú)線通信技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)互相作為其鄰居(在其直接通信范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn))的路由器，通過(guò)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的通信。

移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)最初的研究是出于軍事應(yīng)用的目的，它極大地改善了戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下的通信條件及通信的抗毀性。由于其具有組網(wǎng)靈活、擴(kuò)容方便、維護(hù)費(fèi)用和運(yùn)營(yíng)成本低、安裝快捷、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、覆蓋范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，在應(yīng)急救災(zāi)、野外勘探以及軍事領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，這也對(duì)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求。

Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性造成網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不斷變化，這對(duì)接入?yún)f(xié)議和路由協(xié)議都提出了新的要求。接入?yún)f(xié)議能夠感知到節(jié)點(diǎn)移動(dòng)造成的鏈路通斷，并把這些信息報(bào)告給路由協(xié)議。路由協(xié)議要根據(jù)鏈路狀態(tài)的變化修改自己的路由表。傳統(tǒng)的基于固定網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議顯然不能直接用于拓?fù)渥兓l繁的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，所以Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議成了研究的焦點(diǎn)。

1　路由協(xié)議

現(xiàn)有的Ad Hoc路由協(xié)議大致可以分為先應(yīng)式(proactive)和反應(yīng)式(reactive)兩種。先應(yīng)式路由協(xié)議也被稱為表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議，是一種基于表的路由協(xié)議。在這種路由協(xié)議中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)一張或多張表格，這些表格包含到達(dá)網(wǎng)絡(luò)中其他所有節(jié)點(diǎn)的路由信息。當(dāng)檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送更新消息。收到更新消息的節(jié)點(diǎn)更新自己的表格，以維護(hù)一致的、及時(shí)的、準(zhǔn)確的路由信息。目前表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議主要有DSDV(Detination Sequenced Distance-Vector)、WRP(Wireless Routing Protocol)、GSR(Global State Routing)等幾種。反應(yīng)式路由協(xié)議，又稱源發(fā)起按需路由協(xié)議，是一種當(dāng)需要時(shí)才查找路由的路由選擇方式。節(jié)點(diǎn)并不保存及時(shí)準(zhǔn)確的路由信息。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)要向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)文時(shí)，源節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)起路由查找過(guò)程，找到相應(yīng)的路由后，才開(kāi)始發(fā)送報(bào)文，為了提高效率，節(jié)點(diǎn)可以將找到的路由保存在緩存中供后續(xù)發(fā)送使用。目前源發(fā)起按需路由協(xié)議主要有AODV(Ad hoc on-demand Distance Vector Routing)、DSR(Dynamic Source Routing)、TORA(Temporally Ordered Routing Algorithm)、SSR(Signal Stability Routing)等幾種。先應(yīng)式路由協(xié)議由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)及時(shí)更新本地的路由表信息，因此在需要發(fā)送報(bào)文時(shí)能夠迅速地得到準(zhǔn)確的路由信息，但同時(shí)也要為此付出較大的路由控制(查詢、維護(hù))開(kāi)銷。反應(yīng)式路由協(xié)議僅在需要發(fā)送報(bào)文時(shí)才進(jìn)行路由的搜集，極大地減少了路由控制開(kāi)銷，但同時(shí)付出了在反應(yīng)速度上較先應(yīng)式路由慢的代價(jià)。

目前許多文章比較分析了先應(yīng)式路由協(xié)議和反應(yīng)式路由協(xié)議，普遍得出的結(jié)論是反應(yīng)式路由協(xié)議在路由開(kāi)銷、網(wǎng)絡(luò)吞吐量等方面優(yōu)于先應(yīng)式路由協(xié)議，權(quán)衡利弊而更多地選擇了反應(yīng)式路由協(xié)議。因此本文以AODV、DSR這兩種反應(yīng)式路由協(xié)議為研究對(duì)象，從而得出相關(guān)結(jié)論。

2　仿真及分析

本文選用OPNET(Optimized Network Engineering Tool)作為軟件仿真平臺(tái)。仿真場(chǎng)景為：網(wǎng)絡(luò)仿真模型分別由10個(gè)節(jié)點(diǎn)，依次為0，1，2，…，9，隨機(jī)分布在500 m×500 m區(qū)域內(nèi)和30個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，依次為0，1，…，29，隨機(jī)分布在1 km×1 km區(qū)域內(nèi)，采用預(yù)設(shè)路徑方式移動(dòng)，即每個(gè)節(jié)點(diǎn)沿著既定軌跡移動(dòng)。MAC層采用802.11接入?yún)f(xié)議，無(wú)線信道速率為1 Mbit/s，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)為L(zhǎng)ow Load FTP，仿真時(shí)間設(shè)為30 min，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1、圖2。其性能參數(shù)為：(1)端到端延時(shí),(2)平均延遲,(3)網(wǎng)絡(luò)吞吐量,(4)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送率,(5)網(wǎng)絡(luò)接收率。仿真模型如圖1，MANET端到端延時(shí)如圖2。

運(yùn)行仿真后分別得到AODV、DSR路由協(xié)議的性能比較如下。

(1)AODV協(xié)議MANET端到端延時(shí)

圖1 網(wǎng)絡(luò)仿真模型

在網(wǎng)絡(luò)仿真的初期，30個(gè)節(jié)點(diǎn)的延時(shí)比10個(gè)節(jié)點(diǎn)的高；仿真中期當(dāng)路由建立比較穩(wěn)定時(shí)，網(wǎng)絡(luò)延時(shí)逐漸降低，這時(shí)10節(jié)點(diǎn)比30節(jié)點(diǎn)的延時(shí)高，這說(shuō)明節(jié)點(diǎn)越多時(shí)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)就越大。圖2中還可以看出節(jié)點(diǎn)間距增大，網(wǎng)絡(luò)延時(shí)也隨之增大，但是延時(shí)的增大幅度初始時(shí)較大，隨著距離的增加而逐漸減緩。這說(shuō)明AODV中網(wǎng)絡(luò)延時(shí)與節(jié)點(diǎn)數(shù)量及節(jié)點(diǎn)之間的距離有關(guān)。

圖2 MANET端到端延時(shí)

(2)DSR協(xié)議端到端時(shí)延

DSR的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)受節(jié)點(diǎn)數(shù)量的影響不大，只是在仿真初期的路由建立時(shí)極短的時(shí)間內(nèi)30節(jié)點(diǎn)的時(shí)延比10節(jié)點(diǎn)大了一倍。這說(shuō)明節(jié)點(diǎn)數(shù)量基本不能影響到DSR路由的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)，這是DSR協(xié)議的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

在10個(gè)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，DSR路由的MANET端到端延時(shí)明顯高于AODV路由。特別是在第一個(gè)發(fā)散狀態(tài)時(shí)達(dá)到了AODV路由的兩倍以上，說(shuō)明DSR的移動(dòng)適用性較差。

由圖3可以看出：物理層傳輸時(shí)延AODV較小，DSR稍大，但后期趨于穩(wěn)定。

由圖4可以看出：AODV協(xié)議的吞吐量明顯比較大。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)展或者通信節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加，網(wǎng)絡(luò)吞吐量有顯著的增加。

圖3 平均延遲

圖4 吞吐量

由圖5可以看出：兩種協(xié)議的數(shù)據(jù)包接收率基本相同，即對(duì)上層應(yīng)用來(lái)說(shuō)，兩種協(xié)議可靠性基本相同，但是DSR協(xié)議較為穩(wěn)定。

由圖6可以看出：DSR相對(duì)最為穩(wěn)定，AODV次之。

3　結(jié)　論

本文主要介紹了經(jīng)典的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議AODV和DSR在OPNET仿真實(shí)驗(yàn)及性能的比較。結(jié)果表明，不同的路由協(xié)議有其各自的應(yīng)用場(chǎng)合，設(shè)計(jì)一種萬(wàn)能的路由協(xié)議是不現(xiàn)實(shí)的。結(jié)合其優(yōu)點(diǎn)，采用混合式路由，在盡可能減少時(shí)延的前提下降低路由協(xié)議的開(kāi)銷，是一種較好的解決思路。

圖5 數(shù)據(jù)發(fā)送率

圖6 數(shù)據(jù)接收率

參考文獻(xiàn)：

[1]Li K O V,Lu Zhenxin.Ad Hoc Network Routing[C].Proceedings of the 2004 IEEE International Conference on Networking,sensing & Control,Taipei,March 21-23, 2004：100-105.

[2]張祿林，李承怒.MANET路由選擇協(xié)議的比較分析研究[J].電子學(xué)報(bào)，2000，28(11)：88-92.

[3]朱勇. 無(wú)線AD HOC網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議比較研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué),2007.

[4]許建,彭曙光,馬強(qiáng). AODV過(guò)程的OPNET仿真實(shí)現(xiàn)與研究[J]. 中國(guó)西部科技,2008,10:36-38.

[5]曹英烈. 移動(dòng)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)路由算法研究[D].廣州：華南理工大學(xué),2006.

王亞芳(1962-)，女，河北石家莊人，副教授，研究方向：數(shù)字交換與傳輸。

通信技術(shù)

Performance Analysis of AODV and DSR Protocols Based on OPNET

FENG Lan-lan,WANG Ya-fang

(Graduate School, Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang 050000, China)

Abstract:Ad Hoc network is a wireless mobile communication network with a set of mobile nodes containing wireless sending and receiving device, which is set up temporarily without depending on the preset infrastructure. The mobile node utilizes its own wireless sending and receiving device to exchange information. When two nodes are beyond the communication range of each other, they can realize communication with the aid of the relay nodes between them. A comprehensive analysis of advantages and disadvantages of AODV and DSR, two typical Ad Hoc network routing protocols, is presented in the article, and then simulation model is built using OPNET network simulation software. In the small-scale network environment of 10 and 30 communication nodes, performance of AODV and DSR is preliminarily analyzed, which can provide a basis for future research.

Key words:Ad hoc; routing protocol; OPNET simulation

中圖分類號(hào)：TN915

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3664(2015)02-0094-03

作者簡(jiǎn)介：馮蘭蘭(1988-)，女，河北保定人，碩士研究生，研究方向：數(shù)字交換與傳輸；

收稿日期：2014-12-15