基于OPNET的AODV与DSR协议的性能分析

冯兰兰 ，王亚芳

(河北科技大学研究生学院，河北 石家庄 050000)



基于OPNET的AODV与DSR协议的性能分析

冯兰兰 ，王亚芳

(河北科技大学研究生学院，河北 石家庄 050000)

摘要:Ad Hoc网络是由一组带有无线收发装置的移动节点组成的一个无线移动通信网络，它不依赖于预设的基础设施而临时组建，节点利用自身的无线收发设备交换信息，当相互之间不在通信范围内时，可以借助其他中间节点中继来实现通信。文中分析了Ad Hoc网络中AODV和DSR路由协议的优缺点，然后利用OPNET网络仿真软件搭建仿真模型，分别在10个和30个通信节点的小规模网络环境下，对AODV和DSR协议的性能进行了初步分析，为以后的研究提供依据。

关键词：Ad hoc网络；路由协议；OPNET仿真

0　引　言

Ad Hoc网络是一种无中心自组织的多跳无线网络，它不以任何已有的固定设施为基础而能随时随地组建临时性网络。它是具有特殊用途的对等式网络，使用无线通信技术，网络中的节点互相作为其邻居(在其直接通信范围内的节点)的路由器，通过节点转发实现节点间的通信。

移动Ad Hoc网络最初的研究是出于军事应用的目的，它极大地改善了战场环境下的通信条件及通信的抗毁性。由于其具有组网灵活、扩容方便、维护费用和运营成本低、安装快捷、系统简单、覆盖范围广等优点，在应急救灾、野外勘探以及军事领域有着广泛的应用前景，这也对Ad Hoc网络提出了更高的要求。

Ad Hoc网络中节点的移动性造成网络的拓扑结构不断变化，这对接入协议和路由协议都提出了新的要求。接入协议能够感知到节点移动造成的链路通断，并把这些信息报告给路由协议。路由协议要根据链路状态的变化修改自己的路由表。传统的基于固定网络的路由协议显然不能直接用于拓扑变化频繁的Ad Hoc网络，所以Ad Hoc网络路由协议成了研究的焦点。

1　路由协议

现有的Ad Hoc路由协议大致可以分为先应式(proactive)和反应式(reactive)两种。先应式路由协议也被称为表驱动路由协议，是一种基于表的路由协议。在这种路由协议中，每个节点维护一张或多张表格，这些表格包含到达网络中其他所有节点的路由信息。当检测到网络拓扑结构发生变化时，节点在网络中发送更新消息。收到更新消息的节点更新自己的表格，以维护一致的、及时的、准确的路由信息。目前表驱动路由协议主要有DSDV(Detination Sequenced Distance-Vector)、WRP(Wireless Routing Protocol)、GSR(Global State Routing)等几种。反应式路由协议，又称源发起按需路由协议，是一种当需要时才查找路由的路由选择方式。节点并不保存及时准确的路由信息。当源节点要向目的节点发送报文时，源节点在网络中发起路由查找过程，找到相应的路由后，才开始发送报文，为了提高效率，节点可以将找到的路由保存在缓存中供后续发送使用。目前源发起按需路由协议主要有AODV(Ad hoc on-demand Distance Vector Routing)、DSR(Dynamic Source Routing)、TORA(Temporally Ordered Routing Algorithm)、SSR(Signal Stability Routing)等几种。先应式路由协议由于每个节点及时更新本地的路由表信息，因此在需要发送报文时能够迅速地得到准确的路由信息，但同时也要为此付出较大的路由控制(查询、维护)开销。反应式路由协议仅在需要发送报文时才进行路由的搜集，极大地减少了路由控制开销，但同时付出了在反应速度上较先应式路由慢的代价。

目前许多文章比较分析了先应式路由协议和反应式路由协议，普遍得出的结论是反应式路由协议在路由开销、网络吞吐量等方面优于先应式路由协议，权衡利弊而更多地选择了反应式路由协议。因此本文以AODV、DSR这两种反应式路由协议为研究对象，从而得出相关结论。

2　仿真及分析

本文选用OPNET(Optimized Network Engineering Tool)作为软件仿真平台。仿真场景为：网络仿真模型分别由10个节点，依次为0，1，2，…，9，随机分布在500 m×500 m区域内和30个移动节点，依次为0，1，…，29，随机分布在1 km×1 km区域内，采用预设路径方式移动，即每个节点沿着既定轨迹移动。MAC层采用802.11接入协议，无线信道速率为1 Mbit/s，业务数据为Low Load FTP，仿真时间设为30 min，网络拓扑结构如图1、图2。其性能参数为：(1)端到端延时,(2)平均延迟,(3)网络吞吐量,(4)网络发送率,(5)网络接收率。仿真模型如图1，MANET端到端延时如图2。

运行仿真后分别得到AODV、DSR路由协议的性能比较如下。

(1)AODV协议MANET端到端延时

图1 网络仿真模型

在网络仿真的初期，30个节点的延时比10个节点的高；仿真中期当路由建立比较稳定时，网络延时逐渐降低，这时10节点比30节点的延时高，这说明节点越多时网络延时就越大。图2中还可以看出节点间距增大，网络延时也随之增大，但是延时的增大幅度初始时较大，随着距离的增加而逐渐减缓。这说明AODV中网络延时与节点数量及节点之间的距离有关。

图2 MANET端到端延时

(2)DSR协议端到端时延

DSR的网络延时受节点数量的影响不大，只是在仿真初期的路由建立时极短的时间内30节点的时延比10节点大了一倍。这说明节点数量基本不能影响到DSR路由的网络延时，这是DSR协议的一个优点。

在10个节点移动时，DSR路由的MANET端到端延时明显高于AODV路由。特别是在第一个发散状态时达到了AODV路由的两倍以上，说明DSR的移动适用性较差。

由图3可以看出：物理层传输时延AODV较小，DSR稍大，但后期趋于稳定。

由图4可以看出：AODV协议的吞吐量明显比较大。随着网络规模的扩展或者通信节点数的增加，网络吞吐量有显著的增加。

图3 平均延迟

图4 吞吐量

由图5可以看出：两种协议的数据包接收率基本相同，即对上层应用来说，两种协议可靠性基本相同，但是DSR协议较为稳定。

由图6可以看出：DSR相对最为稳定，AODV次之。

3　结　论

本文主要介绍了经典的Ad Hoc网络路由协议AODV和DSR在OPNET仿真实验及性能的比较。结果表明，不同的路由协议有其各自的应用场合，设计一种万能的路由协议是不现实的。结合其优点，采用混合式路由，在尽可能减少时延的前提下降低路由协议的开销，是一种较好的解决思路。

图5 数据发送率

图6 数据接收率

参考文献：

[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]张禄林，李承怒.MANET路由选择协议的比较分析研究[J].电子学报，2000，28(11)：88-92.

[3]朱勇. 无线AD HOC网络路由协议比较研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学,2007.

[4]许建,彭曙光,马强. AODV过程的OPNET仿真实现与研究[J]. 中国西部科技,2008,10:36-38.

[5]曹英烈. 移动Ad hoc网络路由算法研究[D].广州：华南理工大学,2006.

王亚芳(1962-)，女，河北石家庄人，副教授，研究方向：数字交换与传输。

通信技术

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

中图分类号：TN915

文献标识码：A

文章编号：1009-3664(2015)02-0094-03

作者简介：冯兰兰(1988-)，女，河北保定人，硕士研究生，研究方向：数字交换与传输；

收稿日期：2014-12-15