按需路由協(xié)議AODV與DSR的對比分析

按需路由協(xié)議AODV與DSR的對比分析潘小清1,2,王曉喃2【摘要】為了研究AdHoc網(wǎng)絡(luò)中的按需路由協(xié)議的性能，基于NS2仿真平臺，研究分析了移動速度對兩種典型按需路由協(xié)議AODV和DSR的性能影響，并對DSR協(xié)議進(jìn)行了改進(jìn).性能參數(shù)包括分組投遞率、端到端的平均時延、路由發(fā)起率、歸一化路由開銷等性能.仿真結(jié)果表明，DSR協(xié)議在移動環(huán)境下的性能較好，并且改進(jìn)后的DSR協(xié)議在分組投遞率、端到端時延方面均優(yōu)于原DSR協(xié)議.【期刊名稱】常熟理工學(xué)院學(xué)報(bào)【年(卷)，期】2014(000)004【總頁數(shù)】4【關(guān)鍵詞】AODV；DSR；網(wǎng)絡(luò)仿真；NS2AdHoc網(wǎng)絡(luò)中的移動節(jié)點(diǎn)既作為路由器又作為主機(jī)，不依靠現(xiàn)有固定通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施就能迅速工作.AdHoc是一種無任何中心實(shí)體、自組織的網(wǎng)絡(luò)，其路由協(xié)議作為反映AdHoc網(wǎng)絡(luò)性能的一個重要元素，其性能至關(guān)重要.AdHoc的一個重要特點(diǎn)就是節(jié)點(diǎn)具有移動性，節(jié)點(diǎn)的移動速度對AdHoc路由協(xié)議性能的影響十分重要，因此本文從節(jié)點(diǎn)移動速度角度對兩種典型的AdHoc路由協(xié)議AODV和DSR進(jìn)行了仿真比較，從而分析這兩種協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn)，并針對DSR協(xié)議的不足進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn).1AdHoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議AdHoc的路由協(xié)議大致由兩類構(gòu)成：一類為表格驅(qū)動類路由協(xié)議，而另一類為源節(jié)點(diǎn)初始化按需驅(qū)動類路由協(xié)議.表格驅(qū)動類路由協(xié)議要求每個節(jié)點(diǎn)建立以及維護(hù)一張或多張存儲路由信息的表格，這類協(xié)議包括最優(yōu)鏈路狀態(tài)路由協(xié)議(OptimizedLinkStateRouting，OLSR)，目的序列距離矢量路由協(xié)議(Destination-SequencedDistance-VectorRouting，DSDV)等.按需路由協(xié)議與表格驅(qū)動類路由協(xié)議有所不同，按需路由協(xié)議是在源節(jié)點(diǎn)需要與目的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信時建立路由，該類路由協(xié)議包括動態(tài)源路由協(xié)議(DynamicSourceRouting，DSR)，按需距離適量路由協(xié)議(Ad-HocOn-DemandDistanceVector，AODV)等.AdHoc的一個重要特點(diǎn)就是節(jié)點(diǎn)具有移動性，節(jié)點(diǎn)的移動速度對AdHoc路由協(xié)議性能的影響十分重要，因此本文從節(jié)點(diǎn)移動速度角度對兩種典型的AdHoc路由協(xié)議AODV和DSR進(jìn)行了仿真比較，目的在于比較這兩種協(xié)議在最大移動速度變化的場景下的性能.AODV協(xié)議包括路由建立和路由維護(hù)兩個部分，在建立路由的過程中，當(dāng)其中的一個節(jié)點(diǎn)需要將數(shù)據(jù)傳送到另一個新的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)時，便廣播一條RREQ消息，尋找一條到達(dá)該目的節(jié)點(diǎn)的路由.當(dāng)一個節(jié)點(diǎn)接收到一個RREQ分組后，首先建立或者更新到達(dá)沒有有效序列號的前一跳的路由，然后確定自己在路徑查找時間內(nèi)是否收到過相同源節(jié)點(diǎn)的IP地址和相同RREQID的RREQ分組.若該節(jié)點(diǎn)已接收過此分組則將該分組丟棄.當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)或具有足夠新的到達(dá)該目的節(jié)點(diǎn)的路由的中間節(jié)點(diǎn)接收到該RREQ消息時，該節(jié)點(diǎn)就照單目標(biāo)方式給該RREQ消息源節(jié)點(diǎn)回送一條RREP消息，這條路由則變成有效路由.在路由維護(hù)中，當(dāng)一條正在使用的路由中發(fā)生鏈路中斷時，若發(fā)生中斷的節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)的距離在最大修復(fù)長度跳內(nèi)，那么中斷處的上行節(jié)點(diǎn)將選擇本地修復(fù)該中斷鏈，若在查找周期結(jié)束時，目的節(jié)點(diǎn)回送的RREP分組仍沒有被修復(fù)節(jié)點(diǎn)接受，一條路由錯誤RERR消息會被廣播，同時源節(jié)點(diǎn)會重新發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)過程.在DSR初始化路由查找過程中，源節(jié)點(diǎn)以一個單獨(dú)本地廣播分組方式發(fā)送一個RREQ消息.當(dāng)RREQ消息被一個節(jié)點(diǎn)接收到時，若同時此節(jié)點(diǎn)就是本次路由查找的目的節(jié)點(diǎn)，那么該節(jié)點(diǎn)將回送一個路由應(yīng)答給本次路由查找的源節(jié)點(diǎn).當(dāng)源節(jié)點(diǎn)接收到路由應(yīng)答后，這條路由會被存儲在對應(yīng)的路由存儲器里.否則，此節(jié)點(diǎn)會將本地地址添加到此次路由請求的路由記錄列表中，然后以本地廣播分組方式發(fā)送該路由請求，從而找到一條到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由.若該節(jié)點(diǎn)已接收到源節(jié)點(diǎn)的另一個路由請求或發(fā)現(xiàn)自己的地址已在路由記錄表中，該路由請求會被丟棄.在路由維護(hù)中，當(dāng)源節(jié)點(diǎn)正在使用一條到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的源路由時，如果網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化，導(dǎo)致源節(jié)點(diǎn)正在使用的那條到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的源路由上一條鏈路已經(jīng)不再起作用，為了將數(shù)據(jù)分組傳輸給目的節(jié)點(diǎn)，源節(jié)點(diǎn)將使用任何一條已獲知的路由，或者重新調(diào)用路由查找機(jī)制找到一條新路由.2仿真實(shí)驗(yàn)我們對按需路由協(xié)議中的兩個典型的協(xié)議AODV和DSR的性能進(jìn)行了分析比較，并將改進(jìn)后的DSR和原DSR的性能進(jìn)行對比分析.我們采用NS2作為AODV和DSR協(xié)議仿真平臺.NS2是一個通用多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)模擬軟件.它是由C++構(gòu)造仿真部件，由OTCL腳本驅(qū)動.NS2中的無線模塊主要包括信道，網(wǎng)絡(luò)接口，無線信號傳輸模塊、MAC協(xié)議、接口隊(duì)列、鏈路層、地址解析協(xié)議等構(gòu)件，本實(shí)驗(yàn)采用NS2.34.本次仿真中，采用的業(yè)務(wù)流為CBR，MAC協(xié)議采用802.11，采用Two-raygroundreflection的網(wǎng)絡(luò)傳輸模型，接口隊(duì)列AODV協(xié)議采用的是PriQueue的隊(duì)列類型，DSR協(xié)議采用的是CMUPriQueue的隊(duì)列類型.考慮從節(jié)點(diǎn)最大移動速度方面對協(xié)議性能的影響來設(shè)置仿真場景，節(jié)點(diǎn)運(yùn)動的最大速度分別為0m/s，2m/s，7m/s，12m/s，17m/s，22m/s，節(jié)點(diǎn)暫停時間為1s，網(wǎng)絡(luò)中有10對通信連接、每秒鐘發(fā)送兩個CBR數(shù)據(jù)流，每個數(shù)據(jù)包長度為512byte，所有仿真區(qū)域?yàn)?000mx300m的長方形，具有50個移動節(jié)點(diǎn)，仿真時間300s.按需路由協(xié)議中的各個協(xié)議都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，為了更好的判斷AODV和DSR路由協(xié)議在不同最大速度影響下的性能，本文從分組投遞率，端到端的平均時延，歸一化路由開銷和路由發(fā)起率四個性能參數(shù)著手，研究這兩種協(xié)議的性能.路由發(fā)起率如圖1所示，當(dāng)節(jié)點(diǎn)的最大移動速度較小，即網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不劇烈的情況下，AODV的路由發(fā)起率比DSR協(xié)議的路由發(fā)起率高.在移動速度低時，鏈路中斷率低.但是，節(jié)點(diǎn)常常會成群的低速移動，由此導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中某個區(qū)域出現(xiàn)重流量，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞擁塞反過來會導(dǎo)致鏈路層反饋，即使節(jié)點(diǎn)相對靜止、節(jié)點(diǎn)之間存在物理鏈路，鏈路層仍然會報(bào)告鏈路中斷.在AODV中鏈路中斷導(dǎo)致調(diào)用新的路由尋找過程，因此在移動速度低的情況下AODV的路由發(fā)起率比DSR高.隨著移動節(jié)點(diǎn)的速度增大，AODV路由協(xié)議的路由發(fā)起率比DSR協(xié)議高，并且變化劇烈.在高速移動下，鏈路中斷可能頻繁發(fā)生，在AODV中，路由表中為每個目的節(jié)點(diǎn)最多存儲一條路由，所以鏈路中斷導(dǎo)致新的路由建立頻繁發(fā)生，而DSR為每個節(jié)點(diǎn)存儲多個路由，因此在鏈路中斷時路由建立的頻率低于AODV.分組投遞率如圖2所示，隨著節(jié)點(diǎn)的最大移動速度的增加，DSR路由協(xié)議和AODV協(xié)議的分組投遞率都在減少，DSR路由協(xié)議的減少速度比AODV協(xié)議平緩，且DSR的分組投遞率比AODV高.在高速移動下，鏈路中斷頻繁發(fā)生，AODV協(xié)議中，路由表為每個目的節(jié)點(diǎn)最多存儲一條路由，因此AODV的鏈路中斷會導(dǎo)致分組投遞率急劇下降.DSR為每個節(jié)點(diǎn)存儲多條路由，DSR利用存儲路由，產(chǎn)生的鏈路中斷沒有AODV那樣頻繁，因此分組投遞率下降的較為平緩，且高于AODV.歸一化路由開銷如圖3所示.隨著節(jié)點(diǎn)的最大移動速度的增加，DSR路由協(xié)議和AODV協(xié)議的歸一化開銷都呈現(xiàn)出增加的趨勢，同時AODV協(xié)議的歸一化路由開銷增加迅速，且一直都比DSR協(xié)議高.DSR中使用源路由，訪問的路由信息明顯多于AODV在DSR中，在一個路由請求與路由應(yīng)答過程中，源節(jié)點(diǎn)不僅能夠獲得到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，同時還能獲得到達(dá)路由上每個中間節(jié)點(diǎn)的路由，并且每個中間節(jié)點(diǎn)也可以獲得此次路由上的其他中間節(jié)點(diǎn)的路由.通過混合收聽數(shù)據(jù)分組發(fā)送方式，DSR可以獲取大量路由信息并且建立到達(dá)源路由上每個節(jié)點(diǎn)的路由.由于AODV中既沒有源路由，也不采取混合收聽方式，并且路由獲取只受被轉(zhuǎn)發(fā)的路由分組的源節(jié)點(diǎn)限制，因此AODV只能收集有限的路由信息并且更加頻繁地依靠網(wǎng)絡(luò)泛洪來尋找路由，最終增加了網(wǎng)絡(luò)開銷.端到端的平均時延如圖4所示，在節(jié)點(diǎn)的移動速度較小時，AODV路由協(xié)議的端到端平均時延比DSR協(xié)議高，隨著移動速度增加，AODV路由協(xié)議的端到端平均時延增加緩慢，且比DSR協(xié)議的低.AODV自動優(yōu)先選擇擁塞最輕的路由而不是選擇最短路由.而DSR主動利用存儲路由，DSR存儲路由在移動性較弱時能夠明顯提高路由性能，但對于移動性較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)，由于路由更新頻繁，因此路由存儲的作用有限.此外，DSR選擇路由長度作為存儲路由的唯一度量參數(shù)，并未考慮路由的新鮮程度，所以經(jīng)常選擇過時的失效路由，盡管最終分組被丟棄或者被推遲，但是消耗了額外的接口排隊(duì)時間和網(wǎng)絡(luò)帶寬.3改進(jìn)的DSR協(xié)議針對DSR協(xié)議存在的不足，實(shí)驗(yàn)對DSR協(xié)議進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn).本方案路由最后一跳的路由建立時間為ta，路由中間節(jié)點(diǎn)的路由建立時間為t，其中ta為t的最大值；記錄相鄰節(jié)點(diǎn)從路由建立到失效的時間為路由生存時間tb，路由剩余生存時間tc=tb-（td-ta），td為當(dāng)前時間.在進(jìn)行路徑選擇時，首先選擇路由長度最短的路徑，若此類路徑多于一條則選擇tc值最大的路徑.當(dāng)路由緩存器滿時，刪除tc值最小的路徑，本文對改進(jìn)后的DSR協(xié)議和原協(xié)議進(jìn)行了仿真.其中dsr1為原協(xié)議dsr2為改進(jìn)后的協(xié)議.如圖5所示，改進(jìn)后協(xié)議的端到端平均時延比原協(xié)議的有所降低，其原因是改進(jìn)后的協(xié)議不僅將路由跳數(shù)作為度量參數(shù)，同時還考慮了路由的剩余生存時間，從而提高了路由質(zhì)量，減少了因選擇過時路由而產(chǎn)生的時延.如圖6所示，改進(jìn)后協(xié)議的分組投遞率比原協(xié)議的分組投遞率有所提高.在仿真環(huán)境配置一樣的情況下，改進(jìn)的DSR協(xié)議能夠選擇跳數(shù)少且剩余生存時間高的路由，減少了因選擇過時路由而導(dǎo)致的時延，同時也減少了因選擇過時路由所導(dǎo)致的數(shù)據(jù)分組的丟失，從而提高了分組投遞率.4結(jié)束語AdHoc的一個重要特點(diǎn)就是節(jié)點(diǎn)具有移動性，節(jié)點(diǎn)的移動速度對AdHoc路由協(xié)議性能的影響十分重要，因此本文從節(jié)點(diǎn)移動速度角度對兩種典型的AdHoc路由協(xié)議AODV和DSR進(jìn)行了仿真比較，從而分析這兩種協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn)，并針對DSR協(xié)議存在的不足進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后協(xié)議的分組投遞率和端到端平均時延等性能優(yōu)于原DSR協(xié)議，為維護(hù)網(wǎng)絡(luò)和提高網(wǎng)絡(luò)的健壯性提供參考.參考文獻(xiàn)：柯志亨，成榮祥，鄧德雋.NS2仿真實(shí)驗(yàn)：多媒體和無線網(wǎng)絡(luò)通信[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.KhatawkarSD,PandyajiKK,PatilRM,etal.PerformanceComparisonofDSDV,AODV,DSRRoutingProtocolsforMANETs[J].InternationalConferenceofComputerNetworksandCommunicationSystem,2012,35.張鵬，崔勇.移動自組織網(wǎng)絡(luò)路由選擇算法研究進(jìn)展[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2010，37（01）.王琦進(jìn)，齊曉霞，候整風(fēng).移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議性能仿真研究[J].微計(jì)算機(jī)信息，2011（4）.徐雷鳴，龐博，趙耀.NS與網(wǎng)絡(luò)模擬[M].北京：人民郵電出版社，2003.陳林星，曾曦，曹毅.移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)：自組織分組無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出社，2012.藺紹良，龍海南.AdHoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議綜述[J].電子設(shè)計(jì)工程，2013，21（09）.劉利強(qiáng)，王岳斌.無線網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議性能的研究與仿真[J].電子技術(shù)，2013（2）.ParmaNand.Per