基于OPNET的AODV與DSR協議的性能分析

馮蘭蘭 ，王亞芳

(河北科技大學研究生學院，河北 石家莊 050000)

?

基于OPNET的AODV與DSR協議的性能分析

馮蘭蘭 ，王亞芳

(河北科技大學研究生學院，河北 石家莊 050000)

摘要:Ad Hoc網絡是由一組帶有無線收發裝置的移動節點組成的一個無線移動通信網絡，它不依賴于預設的基礎設施而臨時組建，節點利用自身的無線收發設備交換信息，當相互之間不在通信范圍內時，可以借助其他中間節點中繼來實現通信。文中分析了Ad Hoc網絡中AODV和DSR路由協議的優缺點，然后利用OPNET網絡仿真軟件搭建仿真模型，分別在10個和30個通信節點的小規模網絡環境下，對AODV和DSR協議的性能進行了初步分析，為以后的研究提供依據。

關鍵詞：Ad hoc網絡；路由協議；OPNET仿真

0　引　言

Ad Hoc網絡是一種無中心自組織的多跳無線網絡，它不以任何已有的固定設施為基礎而能隨時隨地組建臨時性網絡。它是具有特殊用途的對等式網絡，使用無線通信技術，網絡中的節點互相作為其鄰居(在其直接通信范圍內的節點)的路由器，通過節點轉發實現節點間的通信。

移動Ad Hoc網絡最初的研究是出于軍事應用的目的，它極大地改善了戰場環境下的通信條件及通信的抗毀性。由于其具有組網靈活、擴容方便、維護費用和運營成本低、安裝快捷、系統簡單、覆蓋范圍廣等優點，在應急救災、野外勘探以及軍事領域有著廣泛的應用前景，這也對Ad Hoc網絡提出了更高的要求。

Ad Hoc網絡中節點的移動性造成網絡的拓撲結構不斷變化，這對接入協議和路由協議都提出了新的要求。接入協議能夠感知到節點移動造成的鏈路通斷，并把這些信息報告給路由協議。路由協議要根據鏈路狀態的變化修改自己的路由表。傳統的基于固定網絡的路由協議顯然不能直接用于拓撲變化頻繁的Ad Hoc網絡，所以Ad Hoc網絡路由協議成了研究的焦點。

1　路由協議

現有的Ad Hoc路由協議大致可以分為先應式(proactive)和反應式(reactive)兩種。先應式路由協議也被稱為表驅動路由協議，是一種基于表的路由協議。在這種路由協議中，每個節點維護一張或多張表格，這些表格包含到達網絡中其他所有節點的路由信息。當檢測到網絡拓撲結構發生變化時，節點在網絡中發送更新消息。收到更新消息的節點更新自己的表格，以維護一致的、及時的、準確的路由信息。目前表驅動路由協議主要有DSDV(Detination Sequenced Distance-Vector)、WRP(Wireless Routing Protocol)、GSR(Global State Routing)等幾種。反應式路由協議，又稱源發起按需路由協議，是一種當需要時才查找路由的路由選擇方式。節點并不保存及時準確的路由信息。當源節點要向目的節點發送報文時，源節點在網絡中發起路由查找過程，找到相應的路由后，才開始發送報文，為了提高效率，節點可以將找到的路由保存在緩存中供后續發送使用。目前源發起按需路由協議主要有AODV(Ad hoc on-demand Distance Vector Routing)、DSR(Dynamic Source Routing)、TORA(Temporally Ordered Routing Algorithm)、SSR(Signal Stability Routing)等幾種。先應式路由協議由于每個節點及時更新本地的路由表信息，因此在需要發送報文時能夠迅速地得到準確的路由信息，但同時也要為此付出較大的路由控制(查詢、維護)開銷。反應式路由協議僅在需要發送報文時才進行路由的搜集，極大地減少了路由控制開銷，但同時付出了在反應速度上較先應式路由慢的代價。

目前許多文章比較分析了先應式路由協議和反應式路由協議，普遍得出的結論是反應式路由協議在路由開銷、網絡吞吐量等方面優于先應式路由協議，權衡利弊而更多地選擇了反應式路由協議。因此本文以AODV、DSR這兩種反應式路由協議為研究對象，從而得出相關結論。

2　仿真及分析

本文選用OPNET(Optimized Network Engineering Tool)作為軟件仿真平臺。仿真場景為：網絡仿真模型分別由10個節點，依次為0，1，2，…，9，隨機分布在500 m×500 m區域內和30個移動節點，依次為0，1，…，29，隨機分布在1 km×1 km區域內，采用預設路徑方式移動，即每個節點沿著既定軌跡移動。MAC層采用802.11接入協議，無線信道速率為1 Mbit/s，業務數據為Low Load FTP，仿真時間設為30 min，網絡拓撲結構如圖1、圖2。其性能參數為：(1)端到端延時,(2)平均延遲,(3)網絡吞吐量,(4)網絡發送率,(5)網絡接收率。仿真模型如圖1，MANET端到端延時如圖2。

運行仿真后分別得到AODV、DSR路由協議的性能比較如下。

(1)AODV協議MANET端到端延時

圖1 網絡仿真模型

在網絡仿真的初期，30個節點的延時比10個節點的高；仿真中期當路由建立比較穩定時，網絡延時逐漸降低，這時10節點比30節點的延時高，這說明節點越多時網絡延時就越大。圖2中還可以看出節點間距增大，網絡延時也隨之增大，但是延時的增大幅度初始時較大，隨著距離的增加而逐漸減緩。這說明AODV中網絡延時與節點數量及節點之間的距離有關。

圖2 MANET端到端延時

(2)DSR協議端到端時延

DSR的網絡延時受節點數量的影響不大，只是在仿真初期的路由建立時極短的時間內30節點的時延比10節點大了一倍。這說明節點數量基本不能影響到DSR路由的網絡延時，這是DSR協議的一個優點。

在10個節點移動時，DSR路由的MANET端到端延時明顯高于AODV路由。特別是在第一個發散狀態時達到了AODV路由的兩倍以上，說明DSR的移動適用性較差。

由圖3可以看出：物理層傳輸時延AODV較小，DSR稍大，但后期趨于穩定。

由圖4可以看出：AODV協議的吞吐量明顯比較大。隨著網絡規模的擴展或者通信節點數的增加，網絡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：兩種協議的數據包接收率基本相同，即對上層應用來說，兩種協議可靠性基本相同，但是DSR協議較為穩定。

由圖6可以看出：DSR相對最為穩定，AODV次之。

3　結　論

本文主要介紹了經典的Ad Hoc網絡路由協議AODV和DSR在OPNET仿真實驗及性能的比較。結果表明，不同的路由協議有其各自的應用場合，設計一種萬能的路由協議是不現實的。結合其優點，采用混合式路由，在盡可能減少時延的前提下降低路由協議的開銷，是一種較好的解決思路。

圖5 數據發送率

圖6 數據接收率

參考文獻：

[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路由選擇協議的比較分析研究[J].電子學報，2000，28(11)：88-92.

[3]朱勇. 無線AD HOC網絡路由協議比較研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學,2007.

[4]許建,彭曙光,馬強. AODV過程的OPNET仿真實現與研究[J]. 中國西部科技,2008,10:36-38.

[5]曹英烈. 移動Ad hoc網絡路由算法研究[D].廣州：華南理工大學,2006.

王亞芳(1962-)，女，河北石家莊人，副教授，研究方向：數字交換與傳輸。

通信技術

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：TN915

文獻標識碼：A

文章編號：1009-3664(2015)02-0094-03

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

收稿日期：2014-12-15