按需路由协议AODV与DSR的对比分析

常熟理工学院学报（自然科学）JournalofChangshuInstituteTechnology（NaturalSciences）第28卷第4Vol.28No.42014年7月Jul.,2014收稿日期：2013-12-02基金项目：国家自然科学基金项目“基于IPv6的全IP无线传感器网络关键技术研究”（61202440）通讯联系人：王晓喃，副教授，博士，硕士生导师，研究方向：计算机网络与应用，E-mail：[e-mail].按需路由协议AODV与DSR的对比分析潘小清1，2，王晓喃2（1.苏州大学计算机科学与技术学院，江苏苏州215000；2.常熟理工学院计算机科学与工程学院，江苏常熟215500）摘要：为了研究AdHoc网络中的按需路由协议的性能，基于NS2仿真平台，研究分析了移动速度对两种典型按需路由协议AODV和DSR的性能影响，并对DSR协议进行了改进.性能参数包括分组投递率、端到端的平均时延、路由发起率、归一化路由开销等性能.仿真结果表明，DSR协议在移动环境下的性能较好，并且改进后的DSR协议在分组投递率、端到端时延方面均优于原DSR协议.关键词：AODV；DSR；网络仿真；NS2中图分类号：TP393.04文献标识码：A文章编号：1008-2794（2014）04-0083-04AdHoc网络中的移动节点既作为路由器又作为主机，不依靠现有固定通信网络基础设施就能迅速工作.AdHoc是一种无任何中心实体、自组织的网络，其路由协议作为反映AdHoc网络性能的一个重要元素，其性能至关重要.AdHoc的一个重要特点就是节点具有移动性，节点的移动速度对AdHoc路由协议性能的影响十分重要，因此本文从节点移动速度角度对两种典型的AdHoc路由协议AODV和DSR进行了仿真比较，从而分析这两种协议的优缺点，并针对DSR协议的不足进行了相应的改进.1AdHoc网络路由协议AdHoc的路由协议大致由两类构成：一类为表格驱动类路由协议，而另一类为源节点初始化按需驱动类路由协议.表格驱动类路由协议要求每个节点建立以及维护一张或多张存储路由信息的表格，这类协议包括最优链路状态路由协议（OptimizedLinkStateRouting，OLSR），目的序列距离矢量路由协议（Destina⁃tion-SequencedDistance-VectorRouting，DSDV）等.按需路由协议与表格驱动类路由协议有所不同，按需路由协议是在源节点需要与目的节点进行通信时建立路由，该类路由协议包括动态源路由协议（DynamicSourceRouting，DSR），按需距离适量路由协议（Ad-HocOn-DemandDistanceVector，AODV）等.AdHoc的一个重要特点就是节点具有移动性，节点的移动速度对AdHoc路由协议性能的影响十分重要，因此本文从节点移动速度角度对两种典型的AdHoc路由协议AODV和DSR进行了仿真比较，目的在于比较这两种协议在最大移动速度变化的场景下的性能.AODV协议包括路由建立和路由维护两个部分，在建立路由的过程中，当其中的一个节点需要将数据传常熟理工学院学报（自然科学）2014年送到另一个新的目标节点时，便广播一条RREQ消息，寻找一条到达该目的节点的路由.当一个节点接收到一个RREQ分组后，首先建立或者更新到达没有有效序列号的前一跳的路由，然后确定自己在路径查找时间内是否收到过相同源节点的IP地址和相同RREQID的RREQ分组.若该节点已接收过此分组则将该分组丢弃.当目的节点或具有足够新的到达该目的节点的路由的中间节点接收到该RREQ消息时，该节点就照单目标方式给该RREQ消息源节点回送一条RREP消息，这条路由则变成有效路由.在路由维护中，当一条正在使用的路由中发生链路中断时，若发生中断的节点与目的节点的距离在最大修复长度跳内，那么中断处的上行节点将选择本地修复该中断链，若在查找周期结束时，目的节点回送的RREP分组仍没有被修复节点接受，一条路由错误RERR消息会被广播，同时源节点会重新发起路由发现过程.在DSR初始化路由查找过程中，源节点以一个单独本地广播分组方式发送一个RREQ消息.当RREQ消息被一个节点接收到时，若同时此节点就是本次路由查找的目的节点，那么该节点将回送一个路由应答给本次路由查找的源节点.当源节点接收到路由应答后，这条路由会被存储在对应的路由存储器里.否则，此节点会将本地地址添加到此次路由请求的路由记录列表中，然后以本地广播分组方式发送该路由请求，从而找到一条到达目的节点的路由.若该节点已接收到源节点的另一个路由请求或发现自己的地址已在路由记录表中，该路由请求会被丢弃.在路由维护中，当源节点正在使用一条到达目的节点的源路由时，如果网络拓扑发生变化，导致源节点正在使用的那条到达目的节点的源路由上一条链路已经不再起作用，为了将数据分组传输给目的节点，源节点将使用任何一条已获知的路由，或者重新调用路由查找机制找到一条新路由.2仿真实验我们对按需路由协议中的两个典型的协议AODV和DSR的性能进行了分析比较，并将改进后的DSR和原DSR的性能进行对比分析.我们采用NS2作为AODV和DSR协议仿真平台.NS2是一个通用多协议网络模拟软件.它是由C++构造仿真部件，由OTCL脚本驱动.NS2中的无线模块主要包括信道，网络接口，无线信号传输模块、MAC协议、接口队列、链路层、地址解析协议等构件，本实验采用NS2.34.本次仿真中，采用的业务流为CBR，MAC协议采用802.11，采用Two-raygroundreflection的网络传输模型，接口队列AODV协议采用的是PriQueue的队列类型，DSR协议采用的是CMUPriQueue的队列类型.考虑从节点最大移动速度方面对协议性能的影响来设置仿真场景，节点运动的最大速度分别为0m/s，2m/s，7m/s，12m/s，17m/s，22m/s，节点暂停时间为1s，网络中有10对通信连接、每秒钟发送两个CBR数据流，每个数据包长度为512byte，所有仿真区域为1000m×300m的长方形，具有50个移动节点，仿真时间300s.按需路由协议中的各个协议都有各自的优缺点，为了更好的判断AODV和DSR路由协议在不同最大速度影响下的性能，本文从分组投递率，端到端的平均时延，归一化路由开销和路由发起率四个性能参数着手，研究这两种协议的性能.路由发起率如图1所示，当节点的最大移动速度较小，即网络状态不剧烈的情况下，AODV的路由发起率比DSR协议的路由发起率高.在移动速度低时，链路中断率低.但是，节点常常会成群的低速移动，由此导致网络中某个区域出现重流量，发生网络拥塞.拥塞反过来会导致链路层反馈，即使节点相对静止、节点之间存在物理链路，链路层仍然会报告链路中断.在AODV中链路中断导致调用新的路由寻找过程，因此在移动速度低的情况下AODV的路由发起率比DSR高.随着移动节点的速度增大，AODV路由协议的路由发起率比DSR协议高，并且变化剧烈.在高速移动下，链路中断可能频繁图1路由发起率8484潘小清，王晓喃：按需路由协议AODV与DSR的对比分析4发生，在AODV中，路由表中为每个目的节点最多存储一条路由，所以链路中断导致新的路由建立频繁发生，而DSR为每个节点存储多个路由，因此在链路中断时路由建立的频率低于AODV.分组投递率如图2所示，随着节点的最大移动速度的增加，DSR路由协议和AODV协议的分组投递率都在减少，DSR路由协议的减少速度比AODV协议平缓，且DSR的分组投递率比AODV高.在高速移动下，链路中断频繁发生，AODV协议中，路由表为每个目的节点最多存储一条路由，因此AODV的链路中断会导致分组投递率急剧下降.DSR为每个节点存储多条路由，DSR利用存储路由，产生的链路中断没有AODV那样频繁，因此分组投递率下降的较为平缓，且高于AODV.归一化路由开销如图3所示.随着节点的最大移动速度的增加，DSR路由协议和AODV协议的归一化开销都呈现出增加的趋势，同时AODV协议的归一化路由开销增加迅速，且一直都比DSR协议高.DSR中使用源路由，访问的路由信息明显多于AODV.在DSR中，在一个路由请求与路由应答过程中，源节点不仅能够获得到达目的节点，同时还能获得到达路由上每个中间节点的路由，并且每个中间节点也可以获得此次路由上的其他中间节点的路由.通过混合收听数据分组发送方式，DSR可以获取大量路由信息并且建立到达源路由上每个节点的路由.由于AODV中既没有源路由，也不采取混合收听方式，并且路由获取只受被转发的路由分组的源节点限制，因此AODV只能收集有限的路由信息并且更加频繁地依靠网络泛洪来寻找路由，最终增加了网络开销.端到端的平均时延如图4所示，在节点的移动速度较小时，AODV路由协议的端到端平均时延比DSR协议高，随着移动速度增加，AODV路由协议的端到端平均时延增加缓慢，且比DSR协议的低.AODV自动优先选择拥塞最轻的路由而不是选择最短路由.而DSR主动利用存储路由，DSR存储路由在移动性较弱时能够明显提高路由性能，但对于移动性较强的网络，由于路由更新频繁，因此路由存储的作用有限.此外，DSR选择路由长度作为存储路由的唯一度量参数，并未考虑路由的新鲜程度，所以经常选择过时的失效路由，尽管最终分组被丢弃或者被推迟，但是消耗了额外的接口排队时间和网络带宽.3改进的DSR协议针对DSR协议存在的不足，实验对DSR协议进行了相应的改进.本方案路由最后一跳的路由建立时间为ta，路由中间节点的路由建立时间为t，其中ta为t的最大值；记录相邻节点从路由建立到失效的时间为路由生存时间tb，路由剩余生存时间tc=tb-（td-ta），td为当前时间.在进行路径选择时，首先选择路由长度最短的路径，若此类路径多于一条则选择tc值最大的路径.当路由缓存器满时，删除tc值最小的路径，本文对改进后的DSR协议和原协议进行了仿真.其中dsr1为原协议dsr2为改进后的协议.图2分组投递率图3归一化路由开销图4端到端的平均时延图5端到端的平均时延85常熟理工学院学报（自然科学）2014年如图5所示，改进后协议的端到端平均时延比原协议的有所降低，其原因是改进后的协议不仅将路由跳数作为度量参数，同时还考虑了路由的剩余生存时间，从而提高了路由质量，减少了因选择过时路由而产生的时延.如图6所示，改进后协议的分组投递率比原协议的分组投递率有所提高.在仿真环境配置一样的情况下，改进的DSR协议能够选择跳数少且剩余生存时间高的路由，减少了因选择过时路由而导致的时延，同时也减少了因选择过时路由所导致的数据分组的丢失，从而提高了分组投递率.4结束语AdHoc的一个重要特点就是节点具有移动性，节点的移动速度对AdHoc路由协议性能的影响十分重要，因此本文从节点移动速度角度对两种典型的AdHoc路由协议AODV和DSR进行了仿真比较，从而分析这两种协议的优缺点，并针对DSR协议存在的不足进行了改进，改进后协议的分组投递率和端到端平均时延等性能优于原DSR协议，为维护网络和提高网络的健壮性提供参考.参考文献：[1]柯志亨，成荣祥，邓德隽.NS2仿真实验：多媒体和无线网络通信[M].北京：电子工业出版社，2009.[2]KhatawkarSD,PandyajiKK,PatilRM,etal.PerformanceComparisonofDSDV,AODV,DSRRoutingProtocolsforMANETs[J].InternationalConferenceofComputerNetworksandCommunicationSystem,2012,35.[3]张鹏，崔勇.移动自组织网络路由选择算法研究进展[J].计算机科学，2010，37（01）.[4]王琦进，齐晓霞，候整风.移动AdHoc网络路由协议性能仿真研究[J].微计算机信息，2011（4）.[5]徐雷鸣，庞博，赵耀.NS与网络模拟[M].北京：人民邮电出版社，2003.[6]陈