基于OPNET的AODV路由協(xié)議仿真分析

劉一利　張家鋼　朱潼昕

摘? ?要：在節(jié)點(diǎn)數(shù)目、移動(dòng)性以及網(wǎng)絡(luò)負(fù)載等不同的情況下，按需方式的路由算法在性能上有著明顯的優(yōu)勢(shì)。AODV協(xié)議屬于按需路由協(xié)議，本文使用OPNET仿真軟件對(duì)其進(jìn)行仿真，重點(diǎn)仿真了路由跳數(shù)、路由發(fā)現(xiàn)時(shí)間、網(wǎng)絡(luò)延遲和負(fù)載等屬性，通過(guò)仿真一方面驗(yàn)證了協(xié)議流程，另一方面驗(yàn)證了相關(guān)屬性。

關(guān)鍵詞：AODV? 路由協(xié)議? OPNET仿真

中圖分類(lèi)號(hào)：TN929.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）03（c）-0133-02

Abstract： In the case of different nodes， mobility and network load， on-demand routing algorithm has obvious advantages in performance. AODV protocol belongs to on-demand routing protocol. In this paper， OPNET simulation software is used to simulate it， focusing on the simulation of routing hops， routing discovery time， network delay and load. On the one hand， the protocol flow is verified by simulation， on the other hand， the relevant attributes are verified.

Key Words： AODV; Routing protocol; OPNET simulation

1? AODV路由協(xié)議簡(jiǎn)介

MANET，又稱(chēng)移動(dòng)多跳網(wǎng)或移動(dòng)對(duì)等網(wǎng)，不用借助任何中間網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，可在有限范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)多個(gè)移動(dòng)終端間互聯(lián)互通。該網(wǎng)絡(luò)中路由協(xié)議的選擇至關(guān)重要，一個(gè)好的路由協(xié)議應(yīng)具備分散性、自組織、自修復(fù)等特點(diǎn)，并對(duì)無(wú)線(xiàn)頻譜帶寬限制有適應(yīng)性，能利用多跳屬性實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。目前采用較多的路由協(xié)議有AODV、DSDV、DSR、TORA和ZRP等。

AODV路由協(xié)議（Ad Hoc On-demand Distance Vector，AODV）是應(yīng)用廣泛的按需路由協(xié)議之一，包含RREQ（路由請(qǐng)求）、RREP（路由響應(yīng)）、RERR（路由錯(cuò)誤）及HELLO信息4類(lèi)報(bào)文，路由發(fā)現(xiàn)、路由維護(hù)和路由更新3個(gè)過(guò)程。各節(jié)點(diǎn)維護(hù)路由表，分別對(duì)不同報(bào)文進(jìn)行處理，維護(hù)路由信息的正確有效。該協(xié)議基于傳統(tǒng)距離向量路由機(jī)制，使用目標(biāo)序列號(hào)防止發(fā)生路由死循環(huán)，使用中間主機(jī)回答機(jī)制，源主機(jī)可快速獲得路由，但可能產(chǎn)生過(guò)時(shí)路由。缺點(diǎn)是周期性廣播報(bào)文，需要消耗一定能量和網(wǎng)絡(luò)帶寬。

2? OPNET仿真軟件及其特點(diǎn)

OPNET公司源于MIT（麻省理工學(xué)院），1987年發(fā)布了第一個(gè)商業(yè)化的網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件，提供了具有重要意義的網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化工具，使得具有預(yù)測(cè)性的網(wǎng)絡(luò)性能管理和仿真成為可能。OPNET公司的第一個(gè)商用化產(chǎn)品為Modeler，在此基礎(chǔ)上又開(kāi)發(fā)出了其他產(chǎn)品，使得其產(chǎn)品的種類(lèi)更加豐富。

Modeler的主要特點(diǎn)如下。

（1）層次化的網(wǎng)絡(luò)模型。使用無(wú)限嵌套的子網(wǎng)來(lái)建立復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

（2）簡(jiǎn)單明了的建模方法。Modeler建模過(guò)程分為3個(gè)層次：進(jìn)程（process）層次、節(jié)點(diǎn)（Node）層次以及網(wǎng)絡(luò)（Network）層次。在進(jìn)程層次模擬單個(gè)對(duì)象的行為，在節(jié)點(diǎn)層次中將其互連成設(shè)備，在網(wǎng)絡(luò)層次中將這些設(shè)備互連組成網(wǎng)絡(luò)。幾個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景組成“項(xiàng)目”，用以比較不同的設(shè)計(jì)方案。這也是Modeler建模的重要機(jī)制，這種機(jī)制有利于項(xiàng)目的管理和分工。

（3）有限狀態(tài)機(jī)。在進(jìn)程層次使用有限狀態(tài)機(jī)來(lái)對(duì)協(xié)議和其他進(jìn)程進(jìn)行建模。在有限狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)和轉(zhuǎn)移條件中使用C/C++語(yǔ)言對(duì)任何進(jìn)程進(jìn)行模擬。用戶(hù)可以隨心所欲地控制仿真的詳細(xì)程度。有限狀態(tài)機(jī)加上標(biāo)準(zhǔn)的C/C++以及OPNET本身提供的400多個(gè)庫(kù)函數(shù)構(gòu)成了Modeler編程的核心。OPNET稱(chēng)這個(gè)集合為Proto C語(yǔ)言。

（4）對(duì)協(xié)議編程的全面支持。支持400多個(gè)庫(kù)函數(shù)以及書(shū)寫(xiě)風(fēng)格簡(jiǎn)潔的協(xié)議模型。OPNET已經(jīng)提供了眾多協(xié)議，因此對(duì)于很多協(xié)議，無(wú)需進(jìn)行額外的編程。

3? 基于OPNET的AODV協(xié)議仿真及性能分析

為了分析AODV路由協(xié)議的性能，可以通過(guò)仿真軟件OPNET直觀地呈現(xiàn)出來(lái)。

3.1 場(chǎng)景設(shè)置

網(wǎng)絡(luò)區(qū)域設(shè)定為1km×1km，由24個(gè)終端節(jié)點(diǎn)和1個(gè)FTP服務(wù)器節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)均配置使用AODV協(xié)議，并指定移動(dòng)軌跡。配置6條數(shù)據(jù)傳輸鏈路，鏈路模型為IP.G711.Voice，如圖1所示。重點(diǎn)分析路由跳數(shù)、路由發(fā)現(xiàn)時(shí)間、網(wǎng)絡(luò)延遲和負(fù)載。

3.2 仿真分析

在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，由于節(jié)點(diǎn)移動(dòng)，為保持鏈路的暢通，需要進(jìn)行新的路由發(fā)現(xiàn)，如圖2所示。在不同時(shí)刻，節(jié)點(diǎn)16和節(jié)點(diǎn)10之間的路徑是不同的，如16-17-6-10和16-17-21-12-10，與AODV協(xié)議原理相一致，即路由自組織特性。

圖3所示分別為路由跳數(shù)、路由發(fā)現(xiàn)時(shí)間、網(wǎng)絡(luò)延遲和負(fù)載實(shí)時(shí)結(jié)果。各時(shí)刻的數(shù)值變化與實(shí)際網(wǎng)絡(luò)情況和路由協(xié)議原理相一致，即經(jīng)歷從路由發(fā)現(xiàn)到路由維護(hù)再到路由更新的過(guò)程，各參數(shù)在數(shù)值較大時(shí)對(duì)應(yīng)路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程或路由更新過(guò)程，數(shù)值較小時(shí)對(duì)應(yīng)路由維護(hù)過(guò)程。從圖3（b）可以看出，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載與延時(shí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即當(dāng)負(fù)載較大時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)較大，這符合客觀規(guī)律及數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)中的運(yùn)行原理。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，可以適當(dāng)選擇合理的數(shù)據(jù)類(lèi)型，以達(dá)到負(fù)載和效率的統(tǒng)一，如可以多使用UDP類(lèi)型的應(yīng)用服務(wù)，以減小負(fù)載，同時(shí)滿(mǎn)足時(shí)效性。

4? 結(jié)語(yǔ)

本文利用OPNET仿真軟件對(duì)MANET中使用的AODV路由協(xié)議進(jìn)行仿真，通過(guò)仿真呈現(xiàn)出了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自組織性，即在節(jié)點(diǎn)移動(dòng)情況下，所有節(jié)點(diǎn)可以自主地進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)互通。同時(shí)，利用OPNET軟件自帶的分析功能對(duì)AODV路由協(xié)議的相關(guān)性能進(jìn)行分析，對(duì)于在實(shí)際應(yīng)用中采用AODV路由協(xié)議具有一定的指導(dǎo)意義。在特殊環(huán)境使用該協(xié)議考慮路由安全性時(shí)，就需要對(duì)路由協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)，但會(huì)導(dǎo)致部分性能下降。因此需要綜合考慮，以達(dá)到安全與效率的平衡。

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