AODV过程的OPNET仿真实现与研究

中国西部科技　２００８年４月（上旬）第０７卷第１０期总第１３５期　ＡＯＤＶ过程的ｏＰＮＥＴ仿真实现与研究　许建　彭曙光　马　强　（１，清远职业技术学院网络信息中心，广东清远５１　１　５１　０；２．湖南大学计算机与通信学院，湖南长沙４１　００８２；　５．清远职业技术学院信息科技学院，广东清远５１１　５１　０）　摘要：自组网是由一组带有无线收发装置的移动节点组成的一个支持多跳的临时性的网络自治系统。Ａｄ　Ｈｏｃ网络是一　种由移动节点组成、拓扑结构动态变化的自组织网络。本文针对无线自组网路由协议在ＯＰＮＥＴ　１　Ｏ．５环境下如何实现等问　题，在介绍网络仿真软件ＯＰＮＥＴ　１　Ｏ．５和无线协议ＡＯＤＶ原理的基础上，结合采用ＡＯＤＶ协议的移动节点实例，详细分析了在　此仿真环境中分组递交率、端到端的平均时延、路由协议开销等关键参数的变化形态。　关键词：Ａｄ　Ｈｏｃ网络；ＯＰＮＥＴ；ＡＯＤＶ路由协议；分组递交率；平均时延；路由协议开销　ＡｏＤＶ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ａｃｔｕａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆＡｄ　ＨＯＣ　ＸＵ　ｉＪａｎ　．ＰＥＮＧ　ｓｈｕ．ｇｕａｎｇ　．Ｍａ　ｑｉａｎｇ　（１，Ｎｅｔｗｏｒｋ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｃｅｎｔｅｒ　Ｏｆ　ＯｉｎｇＹｕａｎ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ，ＯｉｎｇＹｕａｎ　Ｇｕａｎｇ　Ｄｏｎｇ　５　１１　５　１　０，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ａｎｄ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　ＨｕＮａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＨｕＮａｎ　ＣｈａｎｇＳｈａ　４１００８２，Ｃｈｉｎａ；３．Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　Ｏｆ　ＱｉｎｇＹｕａｎ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ，ＱｉｎｇＹｕａｎ　Ｇｕａｎｇ　Ｄｏｎｇ　５　１１　５　１　０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＭＡＮＥＴ（Ｍｏｂｉｌｅ　Ａｄ　ＨＯＣ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｎｅｔｗｏｒｋ），ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｍｕｌｔｉ．ｈｏｐ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｎｅｔｗｏｒｋ，ｃｏｍｐｏｓｅｄ　ｏｆ　ｍｏｂｉｌｅ　ｎｏｄｅｓ　ｔｈａｔ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｅａｃｈ　ｏｔｈｅｒ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｌｉｎｋｓ．Ａｄ　ｈｏｃ　ｉｓ　ａ　ｓｅｌｆ－ｏｒｇａｎｉｚｉｎｇ　ｎｅｔｗｏｒｋ．ｉｔｓ　ｔｏｐｏｌｏｇｙ　ｉｓ　ａｌｗａｙｓ　ｃｈａｎｇｉｎｇ，Ａｄ　ｈｏｃ　Ｏｎ　ｄｅｍａｎｄ　Ｄｉｓｔａｎｃｅ　Ｖｅｃｔｏｒ　Ｒｏｕｔｉｎｇ（ＡＯＤＶ）ｉＳ　ａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｎ　ＤＳＤＶ　Ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ＯＰＮＥＴ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｓｉｍｕｌａｔｏｒ，ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　Ａ０ＤＶ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｉｅｒｅｎｔ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｓｃｅｎｅｓ　ｆｒｏｍ　ａｓｐｅｃｔｓ　ａｓ：ｐａｃｋｅｔ　ｄｅｌｉｖｅｒｙ　ｒａｔｉｏ，ｅｎｄ．ｔｏ．ｅｎｄ　ｄｅｌａｙ，ｒｏｕｔｉｎｇ　ｃｏｓｔ　ｅｔｃ，Ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｄｅｔａｉｌｅｄ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｉｔ，ｗｅ　ｃａｎ　ｋｎｏｗ　ｈｏｗ　ｉｔ　ｗｏｒｋｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ＡｏＤＶ　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ａｄ　ＨＯＣ　ｎｅｔｗｏｒｋ；ＯＰＮＥＴ；Ａ０ＤＶ；Ｐａｃｋｅｔ　ｒａｔｅ　ｓｕｂｍｉｔｔｅｄ；Ａｖｅｒａｇｅ　Ｄｅｌａｙ　Ｒｏｕｔｉｎｇ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｏｖｅｒｈｅａｄ　近年来，无线网络技术得到了快速发展。为此，研究　分组平均递交率＝目的节点接收到的数据包个数／源　人员开发ｒ许多新的网络通信协议。目前可用于无线网络　发送的数据包个数　仿真的软件主要有ＭＬ３公司的０ＰＮＥＴ￣ｎ免费软件ＮＳ一２等。　（２）端到端的平均时延。包括路由查找时延、数据包　０ＰＮＥＴ　ＭｏｄｅｌｅＦ针对不同的业务应用仿真需求，主要用于关　在接口队列中的等待时延，传输时延及ＭＡＣ层的重传时延，　键流量分析、业务流量的模拟，新协议的分析和模拟。　反映了路由有效性，尤其对语音包来说，时延太大会严重　目前的Ａｄ　Ｈｏｅ网络路巾协议可以分为反应式路　协议　影响通信质量。　和先应式路由协｝义两类。其中，按需距离向量协议（ＡＯＤＶ）　端到端平均时延＝∑（接收到数据包的时间一发送数　和动态源路由协议（ＤＳＲ）是两种被广泛研究的反应式路由　据包的时间）／发送的数据包个数　协议。ＡＯＤＶ（Ａｄ　Ｈｏｃ　０ｎ—Ｄｅｍａｎｄ　Ｄｉ　ｓｔａｎｃｅ　Ｖｅｃｔｏｒ，按需　距离向量协议）是在ＤＳＤＶ协议的基础上改进而来的一种按　（３）平均跳数。在体现仿真过程中，数据包从源节点　需路由协议。ＡＯＤＶ是基于距离矢量的算法。所不同的是，　到目的节点所经过的平均跳数，反映了网络拓扑结构、节　ＡＯＤＶ只保持需要的路由，丽不需维持通信过程中未激活的　点通信范围及路有效率。　目的节点的路由。　平均跳数＝转发的数据包与发送的数据包所需要的个　ｌ　几个重要参数　数和／发送的数据包个数　（１）分组平均递交率。日的节点接收到的数据包个数　（４）归一化路由开销。归一化路由开销是指为传递数　与源发送的数据包个数之比，反映了网络传输的可靠性，　据包，平均每个数据包所需要的路由包的个数。它反映了　递交率越岛则可靠性越大。　网络的拥塞程度和节点电源的效率，开销大的协议拥塞的　概率就大，且会延迟接口队列巾数据包的发送。　收稿日期：２００８—０２—２７修回日期：２００８—０３—２４　作者简介：许建（１９６４一），男，硕士研究生，工程师、讲师，研究方向为计算机网络与信息化、数据仓库及其应用。　维普资讯 http://www.cqvip.com 归一化路由开销＝发送和转发的路由包个数／接收到　的数据包个数　２　加ＤＶ路由协议在ＯＰＮＥＴ上的实现　本文仿真试验的目的在于研究ＡＯＤＶ路由协议，所以在　仿真设计中，我们主要是设计和研究了一个背景拓扑图为　空的场景大小为ｌＯｍ＊ｌＯｍ的网络范围的办公模型。并以　ＯＰＮＥＴ自带的ＭＡＮＥＴ网络节点为对象进行ＡＯＤＶ路由协议的模　拟和仿真。　（１）仿真网络拓扑图。本地网络由５Ｏ个节点组成，其　图３平均延迟和平均跳数　中ｎｏｄｅＯ为服务器节点。其它另设为ｓｔａｔｉｏｎ。所有的节点　都是基于ａｄｈｏｃ节点模型。　图ｌ场景拓扑图　①进程模型的分析。根据ＮＩＳＴ组织对ＡＯＤＶ协议的分析　的模拟，同样可以用有限状态机描述协议进程模型如下：　图２　ＡＯＤＶ协议进程模型　②基本仿真结果。为了评估ＡＯＤＶ协议的性能，需考虑　不同的定量度量：另外，ＭＡＮＥＴ的网络特性也要求考虑多种　评价因素。　因此，选取以下５种统计量。ａ．端到端平均延　时（ａｖｅｒａｇｅ　ｄｅｌａｙ）。ｂ．平均跳数（ｍｅａｎ　ｈｏｐｓ）。Ｃ．开销　（ｏｖｅｒｈｅａｄ）。ｄ．吞吐量（ｔｈｒｏｕｇｈｏｕｔ）。　ｅ．效率　（ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）。　上图左边为平均延迟情况，可以看出ＡＯＤＶ过程的延迟　情况是比较的稳定的。右边为平均跳数的情况，也是很稳　定的。这是由于节点受限在固定的区域内移动，．并且节点　的通信距离覆盖移动区域的大部分，从而使得路由缓存不　会随着网络拓扑结构的变化而发生太大的变化。　图４开销和吞吐量　图４左边可以看出随着路由缓存的建立，网络开销也随　之稳定８０２．１１协议要求对发出的数据包进行确认。所以就　造成了图中的固定开销。图４右边表明网络吞吐量由于路由　缓存的建立而达到稳定．这是因为路由缓存建立后不随网　络拓扑结构的变化而更新，从而在网络开销稳定之后，网　络吞吐量也随之稳定。　图５路由丢包率　最后我们用丢包率来衡量效率问题。从图５中可以看出　来系统的丢包率几乎为０，也就说明了ＡＯＤＶ路由的极高的效　３７　＼＿　维普资讯 http://www.cqvip.com 中国西部科技　２００８年４月（上旬）第０７卷第１　０期总第１　３５期　率。ＡＯＤＶ协议的传输效率较高且稳定．这符合在移动空间受　限的情况下，路由缓存建立后会一直处于相对稳定的状　率降低，与事实相符合。　但是ＡＯＤＶ对于２０　ｍ／ｓ以卜的移动速度是能够跟得上　态，路由中断和数据丢包也会较少发生。　（２）路由协议性能仿真分析。　①基于不同的节点数日对ＡＯＤＶ性能的比较分析。　图６节点数目对ＡＯＤＶ性能的比较　通过比较可以发现，由于节点数目变小，因此最佳路　由数目和质量变小，所需要的传播的延迟相应的增加，同　时由于节点比较少，使得需找到路由数目比较少，路由开　销比较小。　②平均跳数和吞吐量的比较。　图７平均跳数和吞吐量的比较　节点数目下降，到达目的地的节点数目自然减少，所　以平均跳数也就减少，同时节点数日下降自然使得系统容　量减少，吞吐量　降。　③基于不同的移动速度对ＡＯＤＶ性能的比较分析。ｒ打于　对５０个节点数目对移动性的分析小好运用，所以晕新采取　简单的ＡＯＤＶ网络进行分析。如下图所示：　图８基于不同的移动速度对ＡＯＤＶ性能的比较分析　通过比较发现，随着速度增大，延迟增加，分组发送　３８　网络拓扑结构的变化的。　④基于不同的发包速度对ＡＯＤＶ性能的比较分析。　图９基于不同的发包速度对ＡｏＤＶ性能的比较分析（图中红色为高　速率的Ａ０Ｄｖ路由链路）　可以看出，随着分组发送频率的降低（图中红色发送速　率小于蓝色），延迟减小，路由信息发送量减小，网络性能　迅速提高，这是由于ＡＯＤＶ的路由保持机制决定的。从这个　角度讲，在网络负载比较低的情况下，ＡＯＤＶ协议性能是优　于ＤＳＲ的。　３　总结　根据仿真结果可以看出，对ＡＯＤＶ可以得出如下结论：　（Ｉ）ＡＯＤＶ能够适应节点的高速运动；　（２）分组发送频率　对ＡＯＤＶ路由协议性能影响较大；　（３）分组发送频率增加　弓ｌ起网络负载增人　（４）移动范围增人而超｝Ｈ节点通信范　围时，能导致协议性能急剧下降。　４　研究延伸　由于ＡＯＤＶ协议的局限性，只能是甲墙传输。通过文献　等等了解，可以对ＡＯＤＶ协议进行进一步的改进，可以设计　多路径的ＡＯＤＶ协议，￣ＰＭＡＯＤＶ协议来解决这一问题。　参考文献：　［Ｉ］陈敏．ＯＰⅦＴ网路仿真［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００４，４　［２３王文博．ＯＰＮＥＴ　Ｍｏｄｅｌｅｒ与网络仿真［Ｍ］．人民邮电出版社，　２００３，１Ｏ．　［３］陈世奎，李腊元．移动自组网路由协议ＡＯＤＶ的性能研究．交通与　计算机，２００６，（６），第２４卷．　［４］Ａｎｉｐａｋａｌａ　Ｓｕｒｅｓｈ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ａｄ　ｈｏｃ　Ｏｎ—　ｄｅｍａｎｄ　Ｄｉｓｔａｎｃｅ　Ｖｅｃｔｏｒ　ｒｏｕｔｉｎｇ（ＡＯＤＶ）ｕｓｉ　ｎｇ　ＯＰＮＥＴ　Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ．Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｎｅｔｗｏｒｋｓ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｂｒｅｍｅｎ，ｌ　１ｔｈ　Ａｐｒｉ］２００５．　［５］策力木格，胡其吐．　于Ｎｓ的ＡＯＤＶ路由协议研究［Ｊ］．内蒙古科　技与经济，２００７，（１２）．　［６］覃科，李志远．基于ＯＰＮＥＴ仿真平台的ＭＡＮＥＴ路由协议性能研　究［Ｊ］．计算机科学技术与应用，２００７，（２）．　［７］韩　晔，陈　刚，朱诗兵．基丁ＯＰＮＥＴ软件的动态源路由协议仿　真实现．［Ｊ］广东通信技术，２００４，（１２）．