无线自组网路由协议OLSR与AODV的对比研究及仿真分析

陈运海

摘要：该文重点介绍了移动无线自组网络中的两种典型路由协议OLSR与AODV，通过NS3模拟器模拟了在其他因素不变的情况下，节点最大移动速度、节点传输能量的变化对移动无线网络中两种路由协议性能的影响。最后通过分析得出结论：OLSR协议适用于节点移动速度低、节点传输能量低的网络；AODV协议适用于节点移动速度快、节点传输能量高的网络。

关键词：无线自组网络；路由协议；NS3模拟器

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）08-0022-03

1引言

移动无线自组织网络是由多个无线可移动节点组成的一个无固定架构的多跳无线网络。近年来，随着可移动终端设备及无线技术的迅速发展，无线自组网逐渐成为人们关心和研究的热点。

移动无线自组网中节点的移动特性必然引起网络拓扑结构频繁变动，从而导致其节点之间数据传输冲突概率大大提高。能否选用性能良好的路由协议算法就显得尤为重要。

按照路由建立的方式不同，无线自组网中的路由协议可以分为三类：一是先应式路由协议（如OLSR、DSDV），二是反应式路由协议（如AODV、DSR），三是混合式路由协议（如ZRP、SRL）。

本文主要讨论和比较了OLSR和AODV两种路由协议，它们分别代表了先应式路由协议和反应式路由协议。

2 OLSR路由协议

OLSR路由协议是一种先应式的链路状态路由协议。使用OLSR协议的节点在进行数据传输时路由表中就已经存在到达目标节点的路径信息，这样使其具有路径选择等待时延小的优点。但它要周期性的发送控制分组信息来更新路由表，从而占有了一部分带宽资源。

为了减少传送路由控制信息的开销，OLSR仅选择部分邻居节点作为它的中继节点，这些中继节点也称为MPR（Mul-point Relay）节点。全网范围内只有MPR节点才转发控制分组信息，从而显著减少网络中广播控制分组信息，这样就减少了因发送控制分组信息而对带宽资源的占用。

3 AODV路由协议

AODV路由协议是一种反应式路由协议，也成为按需路由协议。当没有信息传送要求时，节点之间并不需要交换路由信息，从而节省了路由开销。当源节点需要向目标节点发送信息时，而该路由很可能没有在路由表中，这时候路由发现过程将被激活。

如果要传送信息到目标节点，AODV路由协议运行时要分为路由请求、路由响应和路由维护三个阶段。在路由请求阶段，当源节点向目标节点发送数据报文，如果没有到目标节点路由表时，会广播路由请求报文，每个收到此报文的节点，会在路由表中建立到源节点的反向路由；如果节点具有目标节点的有效路由或节点本身是目标节点，则会向源节点单播路由应答报文，否则继续广播路由请求报文。在路由应答阶段，路由应答报文根据节点建立的反向路由逐跳转发到源节点；每个转发此报文的节点，会建立到目标节点的前向路由。在路由维护阶段，使用邻居发现和链路层反馈两种方式进行路由维护。

4模拟场景设计

我们知道，在移动无线自组网中，影响移动无线自组网的性能指标的节点外在因素有：节点运动拓扑区域的大小范围、网络中节点的个数、有多少节点在发送数据（即数据链路数）等；影响移动无线自组网的性能指标的节点内在因素有：节点发包速率、节点的移动速度、节点传输能量等。

为了观察和分析OLSR和AODV两种路由协议的工作性能，本文设计了两种不同模拟场景，如表1所示。从而分析两种路由协议在不同的场景中传送速率、丢包率、数据包平均延时等性能指标。

本文重点分析两种路由协议下，节点的内在因素（即节点的最大移动速度和节点传输能量）变化分别对移动无线自组网性能指标的影响。

5基于NS3网络模拟器程序设计及模拟结果分析

美国华盛顿大学专门研究小组在美国自然科学基金（NSF）的支持下，于2006年开始依据先进的网络模拟技术和软件开发技术研究，设计并开发了一个全新的网络模拟工具——NS3网络模拟器。NS3网络模拟器是在广泛吸取现有优秀开源网络模拟器的成功技术和经验，并且尽量避免和弥补现有网络模拟工具所暴露的缺点的基础上开发的专门用于教育和科研用途的离散事件模拟器，它基于GNU GPLv2许可，可以免费地获取、使用和修改。

本文以NS3网络模拟器为基础，在其上开发了专门的模拟程序，针对以上二种场景下，收集运行结果数据，进行统计分析，从而得到了相关的趋势曲线。

5.1节点的最大移动速度对性能的影响

由图1可以看出，在节点数、拓扑区域、数据链接数、发包速率、节点能量等确定的情况下，如果采用AODV路由协议，节点的移动速度对网络传输速率、丢包率、数据包平均延时等性能指标影响很小，这由AODV路由协议的特点引起的，因为AODV路由协议是按需路由协议，不论节点移动速度大小，几乎每次发送时，路由表里的协议要重新更新，不会影响性能指标。而如果采用OLSR路由协议，随着节点移动速度的加快，数据的传送速率明显减少，丢包率明显增多，数据包传送延迟明显增加；性能显著下降。这是由于节点移动速度加快时，OLSR路由协议路由表信息更新频繁，从而影响了其性能指标。也就是说，当节点移动速度到达一定程度，OLSR路由协议的性能有可能低于AODV协议。

5.2节点传输能量对性能的影响

由图2可以看出，在场景2的情况下，OLSR路由协议要优于AODV协议。在节点数、拓扑区域、数据链接数、发包速率、节点最大移动速度等确定的情况下，节点能量的提高，对于两种路由协议，数据的传送速率都提高了，丢包率都下降了，数据的平均延迟减少了。但从图上两个曲线的陡峭程度来看，相对于OLSR协议而言，节点传输能量的提高对AODV的传送速度提高、丢包率的减小，数据包传送的平均延迟的减少更加明显。也就是说，节点传输能量提高到一定程度，AODV路由协议的性能有可能要优于OLSR路由协议。

6结束语

本文先介绍了OLSR和AODV两种路由协议，然后再对两种路由协议进行仿真及性能指标比较。通过以上的图表及分析可以得出以下结论：OLSR路由协议在性能上一般要优于AODV协议，但随着节点移动速度得提高和节点传输能量的提高，AODV路由协议的性能逐渐接近OLSR路由协议。可以预计的是，在某些因素的影响下，AODV路由协议的性能有可能要优于OLSR路由协议。

综合以上分析，OLSR协议适用于节点运动速度慢、节点传输能量不高的移动无线自组网络；AODV协议适用于节点运动速度快、节點传输能量高的移动无线自组网络。