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　　隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，一種新型的無線網(wǎng)絡即移動Ad Hoc網(wǎng)絡(Mobile Ad Hoc Network，MANET)成為了研究熱點。移動Ad Hoc網(wǎng)絡是由一組移動節(jié)點形成的一個多跳的、臨時性的自治系統(tǒng)。由于Ad Hoc網(wǎng)絡具有分布性、動態(tài)性、自治性、易構(gòu)性和移動性，使得無線移動Ad Hoc網(wǎng)絡可以廣泛應用于軍事領(lǐng)域、自然災害應急處理、科學考察、探險、緊急通信等領(lǐng)域。然而，Ad Hoc網(wǎng)絡有其特殊的局限性，如有限的帶寬、高動態(tài)的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)、鏈路干擾、鏈路的有限范圍以及廣播等特性。使得建立可靠快速高效的路由協(xié)議成了當前研究的熱點之一。

　　1 MANET的路由協(xié)議

　　MANET的路由協(xié)議大致分反應式(Reactive)路由協(xié)議和先驗式(Proactive)路由協(xié)議。

　　1.1 反應式路由協(xié)議

　　反應式路由協(xié)議又稱為按需路由協(xié)議，是一種當需要發(fā)送數(shù)據(jù)才查找路由的路由算法。在這種路由協(xié)議中，節(jié)點不需要維護及時準確的路由信息，當向目的節(jié)點發(fā)送報文時，源節(jié)點才在網(wǎng)絡中發(fā)起路由查找過程，找到相應的路由。

　　目前應用較廣的反應式路由協(xié)議有DSR(Dynamic Source Routing)和AODV(Ad Hoc On Demand Distance Vector)。DSR協(xié)議使用源路由，主要包括路由發(fā)現(xiàn)和路由維護兩部分。節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，首先檢查緩存中是否存在未過期的到達目的節(jié)點的路由，存在就可直接使用，否則采用洪泛發(fā)實現(xiàn)路由發(fā)現(xiàn)過程。

　　AODV是基于距離矢量的算法，與DSR不同之處在于：AODV只保持需要的路由。它使用目的端順序號來避免產(chǎn)生無效路徑，而不使用周期更新的辦法。當某個節(jié)點有路由需求時，該節(jié)點產(chǎn)生一個REEQ，并向臨時節(jié)點廣播，一直到目的節(jié)點接收到為止，然后目的節(jié)點回送RREP信號，直到源節(jié)點為止。在維護過程中通過周期廣播HELLOW信號來表明某節(jié)點的存在。

　　除此以外，反應式的路由協(xié)議還有很多，諸如：臨時按序路由協(xié)議(TORA)、逐段路由協(xié)議(SSR)等。

　　1.2 先驗式路由協(xié)議

　　先驗式路由協(xié)議又稱為表驅(qū)動路由協(xié)議，在這些協(xié)議中，每個節(jié)點維護一張包含到其他節(jié)點路由信息的路由表，當檢測到網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，節(jié)點在網(wǎng)絡中發(fā)送更新消息，收到更新消息的節(jié)點更新自己的路由表。源節(jié)點一旦要發(fā)送報文，可以建立立即獲取到達目的節(jié)點的路由。目前主流的表驅(qū)動路由協(xié)議有DSDV(Destimation Sequenced Distance Vector)和WRP(Wireless Routing Protocol)。DSDV是對Bellman Ford路由算法的改進，加入了避免路由環(huán)路機制，每個節(jié)點都保存一張路由表，路由表中包含所有節(jié)點及其距離信息，通過廣播來維持網(wǎng)絡節(jié)點的連通性，同時使用目的節(jié)點序列號來區(qū)別新舊路由。而WRP路由算法同樣是對路徑發(fā)現(xiàn)算法PFA的改進，它利用去往節(jié)點的路徑長度和相應路徑到達倒數(shù)第二跳節(jié)點信息加速路由協(xié)議的收斂速度，從而實現(xiàn)改進路由環(huán)路問題。

　　2 OPNET仿真平臺

　　目前眾多的專用網(wǎng)絡仿真軟件中有軟件公司開發(fā)的商用軟件，也有各大學和研究所自行開發(fā)的科研用軟件。

　　OPNET是一種優(yōu)秀的網(wǎng)絡仿真和建模工具，支持面向?qū)ο蟮慕７绞?，并提供圖形化的編輯界面，便于用戶使用。它強大的功能和全面性幾乎可以模擬任何網(wǎng)絡設備，支持各種網(wǎng)絡技術(shù)，除了能夠模擬固定通信模型外，OPNET的無線建模器還可用于建立分組無線網(wǎng)和衛(wèi)星通信網(wǎng)的模型。此外，功能完善的結(jié)果分析器為網(wǎng)絡性能的分析提供了有效又直觀的工具。OPNET的Molder是專門用于可視化原型設計的軟件，它的使用既方便了網(wǎng)絡模型的建立，又減少了編程的工作量。Molder中提供多種編輯器幫助用戶完成網(wǎng)絡建模和仿真運行，它包括網(wǎng)絡編輯器(Network Editor)、節(jié)點編輯器(Node Editor)、進程編輯器(Process Editor)。

　　3 網(wǎng)絡仿真

　　在此，對MANET網(wǎng)絡中的經(jīng)典路由協(xié)議AODV協(xié)議和DSR協(xié)議進行建模、仿真和分析。

　　3.1 網(wǎng)絡模型

　　3.1.1 協(xié)議性能測評指標

　　(1)路由發(fā)現(xiàn)時間(Routing Find Time)：路由變化的收斂速度是衡量常規(guī)路由協(xié)議的關(guān)鍵因素，但是對于Ad Hoe網(wǎng)絡來說路由協(xié)議是不收斂的，因此將路由發(fā)現(xiàn)時間作為一性能測試指標。

　　(2)端到端平均時延(Delay)：該參數(shù)是指源節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)到目的節(jié)點之間的時間，包括路由發(fā)現(xiàn)、隊列排隊、數(shù)據(jù)發(fā)送和傳播等。它反映網(wǎng)絡是否暢通，延時越小網(wǎng)絡越暢通，其單位為s。

　　(3)分組投遞率(Packet Delivery Fraction)：該參數(shù)統(tǒng)計投遞到目的節(jié)點的分組與源節(jié)點產(chǎn)生CBR分組的比率，單位為%。

　　3.1.2 網(wǎng)絡模型建立過程

　　移動Ad Hoc網(wǎng)絡模型分別由10個移動節(jié)點，依次為0，1，2，…，10，隨機分布在1 000 m×1 000 m區(qū)域內(nèi)的校園網(wǎng)環(huán)境中，物理上的無線通信OPNET通過管道(Pipeline)來模擬，它包括14個管道階段：

　　(1)接收機組;

　　(2)傳輸延時;

　　(3)鏈路閉鎖;

　　(4)信道匹配;

　　(5)發(fā)射機天線增益;

　　(6)傳播延時;

　　(7)接收機天線增益;

　　(8)接收機功率;

　　(9)背景噪聲;

　　(10)干擾噪聲;

　　(11)信噪比;

　　(12)誤比特率;

　　(13)錯誤分布;

　　(14)糾錯。

　　節(jié)點的移動通過軌跡項定義，這里選擇每段運動時間為5 m/s，屬于中速運動。其中：源節(jié)點業(yè)務流為CBR(Continuous Bit-Rate);分組間隔為4 packet/s;分組大小為512 B;仿真開始時間為5 s;仿真時間為500 s;節(jié)點發(fā)送功率為0.005 W;信道帶寬為為2 000 kHz。

　　3.2 仿真結(jié)果

　　3.2.1 路由發(fā)現(xiàn)時間

　　圖1和圖2是節(jié)點數(shù)分別為13和30時兩種協(xié)議的路由發(fā)現(xiàn)時間的比較。圖中橫坐標為時間軸，表示仿真時間;縱坐標表示路由發(fā)現(xiàn)時間?？梢钥闯?，當節(jié)點數(shù)為13時，AODV協(xié)議的路由發(fā)現(xiàn)時間(黑線)小于DSR協(xié)議(灰線)的路由發(fā)現(xiàn)時間，即網(wǎng)絡規(guī)模較小時，AODV協(xié)議能夠在更短的時間內(nèi)找到可用的路由，AODV協(xié)議的路由尋找速度更為迅速。當節(jié)點數(shù)增大到30時，最初AODV協(xié)議的路由發(fā)現(xiàn)時間大于DSR，但隨著仿真時間的進行，AODV協(xié)議的路由發(fā)現(xiàn)時間急劇減少，并很快低于DSR協(xié)議，而DSR協(xié)議的路由尋找時間隨著仿真時間的進行是不斷增長的。說明對于節(jié)點數(shù)較多的網(wǎng)絡來說，AODV協(xié)議因為以洪泛的方式尋找路由，需要一段穩(wěn)定時間，但總體性能優(yōu)于DSR協(xié)議。由此可知，AODV協(xié)議更適用于節(jié)點數(shù)較多，網(wǎng)絡運行時間較長的網(wǎng)絡。

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　　3.2.2 分組投遞率

　　圖3、圖4中橫坐標為仿真時間，縱坐標為發(fā)送的RREQ分組數(shù)，單位為個。圖中仍然是灰線表示DSR協(xié)議的性能，黑線表示AODV協(xié)議的性能。由上述可知，DSR為源路由方式，AODV為逐跳轉(zhuǎn)發(fā)分組方式。由以上兩幅圖可以知道，兩種場景下AODV協(xié)議發(fā)送的RREQ數(shù)均大于DSR協(xié)議，即逐跳轉(zhuǎn)發(fā)分組方式的路由開銷大于源路由方式。

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　　因此，盡管AODV協(xié)議更適用于節(jié)點數(shù)較多的網(wǎng)絡，但在AODV以洪泛方式尋找路由的過程中，所發(fā)送的路由請求分組隨著節(jié)點數(shù)的增加以幾何方式增長。隨著節(jié)點數(shù)由13增加到30，也可以看出，AODV協(xié)議發(fā)送的RREQ分組數(shù)迅速增加。因此，AODV洪泛的方式導致的開銷過大是有待解決的問題。

　　3.2.3 端到端的平均時延

　　圖5、圖6橫坐標為時間軸，表示仿真時間;縱坐標表示端到端時延。其中，黑線為AODV端到端時延，灰線為DSR端到端時延，可以看出當節(jié)點數(shù)為13時，DSR的延遲比AODV稍大，但差別不大。當節(jié)點數(shù)增大到30時，AODV的延遲稍大于DSR的延遲，差別同樣不大。即除了仿真開始的最初一段時間以外，兩種協(xié)議的端到端時延沒有特別大的差別。同樣，對比圖1、圖2可知，延遲主要集中在仿真開始的一段時間內(nèi)(圖中主要集中在2 min內(nèi))。隨后的時間可以看出，在不超出網(wǎng)絡負載的情況下，系統(tǒng)的平均端到端時延保持在一個較為穩(wěn)定的數(shù)值。說明DSR協(xié)議和AODV協(xié)議的性能均比較穩(wěn)定。

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　　4 結(jié)語

　　通過對比兩種不同節(jié)點數(shù)的場景可以知道，當節(jié)點數(shù)較少時，AODV協(xié)議的性能明顯優(yōu)于DSR協(xié)議，但AODV協(xié)議的開銷比DSR協(xié)議要大。當節(jié)點數(shù)增加，DSR協(xié)議和AODV協(xié)議的路由發(fā)現(xiàn)時間均減少，即隨著節(jié)點數(shù)的增加，以上兩種協(xié)議的路由尋找速度均有下降，但AODV協(xié)議收斂更快，更適用于節(jié)點數(shù)較多，運行時間較長的網(wǎng)絡。因此，AODV協(xié)議是更適用于AdHoc網(wǎng)絡的路由協(xié)議。但同時，節(jié)點數(shù)的增加也會使AODV協(xié)議的路由尋找時間增加，開銷迅速增長，從而導致網(wǎng)絡的負載加重，因此，如何減少AODV協(xié)議的路由開銷，降低協(xié)議的路由尋找時間將是AODV協(xié)議的重要方向。