周毅+鄒熙宇

收稿日期：2014-05-02

基金項目：湖南省標(biāo)準(zhǔn)戰(zhàn)略項目（201200004）

作者簡介：周 毅（1986—），男，湖南漣源人，碩士研究生，研究方向：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

通訊聯(lián)系人，E-mail：zhouyiabc2012@163.com

文章編號：1003-6199（2014）03-0134-05

摘 要：針對AOMDV協(xié)議只使用主路徑傳輸數(shù)據(jù)，導(dǎo)致備用路徑未能得到充分利用以及網(wǎng)絡(luò)負(fù)載失衡的問題，本文提出一種LBAOMDV（Load Balanced AOMDV）協(xié)議。該協(xié)議在AOMDV協(xié)議的基礎(chǔ)上使用基于路徑長度、路徑使用次數(shù)以及路徑狀態(tài)的分流傳輸機(jī)制在多條路徑上同時傳輸數(shù)據(jù)以均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點負(fù)載過重并通過預(yù)先設(shè)定的閥值時將觸發(fā)擁塞預(yù)警機(jī)制以減少通過該節(jié)點的數(shù)據(jù)流量，從而進(jìn)一步達(dá)到網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的動態(tài)均衡。

關(guān)鍵詞：AOMDV；移動Ad hoc網(wǎng)絡(luò)；負(fù)載均衡；擁塞預(yù)警；分流傳輸

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Improved AOMDV Routing Protocol Based on

Congestion Warning and Shunt Transmission

ZHOU Yi1，ZOU Xi-yu2

（1.School of Computer & Communication Engineering，Changsha University of Science & Technology，Changsha，Hunan 410114，China；

2.School of Information Science and Engineering， Central South University， Changsha，Hunan 410083， China）

Abstract：AOMDV routing protocol transmits data using only the primary path， does not take full advantage of the alternate paths， and does not balance the network load. To solve this problem， we propose a LBAOMDV（Load Balanced AOMDV）protocol. The proposed protocol uses shunt transmission mechanism which based on path length、path used times and path state to make data transmit in multiple paths at the same time， it will balance the load， when the load of an node in the network increases beyond a defined threshold， it will trigger congestion warning mechanism to reduce the data traffic through the node， it will further achieve dynamic load balancing.

Key words：AOMDV；mobile Ad hoc networks； load balancing； congestion warning； shunt transmission

1 引 言

研究者們早期提出了多種經(jīng)典的移動Ad hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，可分為表驅(qū)動路由協(xié)議﹑按需路由協(xié)議以及混合式路由協(xié)議。其中屬于按需路由協(xié)議的AODV[1]協(xié)議，具有開銷適中、容易實現(xiàn)、能快速響應(yīng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化等優(yōu)點，應(yīng)用十分廣泛。但是AODV協(xié)議是一種單路徑的協(xié)議，每當(dāng)路徑發(fā)生斷裂時就需要發(fā)起新的路由發(fā)現(xiàn)過程，從而大量增加了路由開銷和通信時延。針對這個問題，研究者對AODV協(xié)議進(jìn)行了多路徑擴(kuò)展，提出了多種多路徑協(xié)議如AOMDV[2]協(xié)議，AODV-BR[3]協(xié)議等。其中AOMDV協(xié)議是一種比較成熟的由AODV協(xié)議擴(kuò)展而來的多路徑協(xié)議，與AODV協(xié)議相比，AOMDV協(xié)議充分利用AODV協(xié)議中已有的路由信息，通過一次路由發(fā)現(xiàn)過程在有通信需求卻沒有可用連接的兩個節(jié)點之間建立起多條無環(huán)并且路徑不相交的路徑，當(dāng)主路徑發(fā)生斷裂時，可以立即啟用備用路徑繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，從而避免了發(fā)起新的路由發(fā)現(xiàn)過程，因此節(jié)省了大量的路由開銷，并且有效地減少了通信時延。然而，AOMDV協(xié)議未考慮網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載情況，只使用主路徑傳輸數(shù)據(jù)，只有當(dāng)主路徑斷裂時才會使用備用路徑，這樣將導(dǎo)致在主路徑承擔(dān)過多數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的同時其他多條備用路徑卻被閑置，網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載將處于失衡的狀態(tài)，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較高時將容易導(dǎo)致局部擁塞的發(fā)生，網(wǎng)絡(luò)性能將因此惡化。

2 相關(guān)研究

近年來，關(guān)于如何對AOMDV協(xié)議進(jìn)行負(fù)載均衡方面的優(yōu)化，研究者們提出了不少方案：AOMDV+SBA[4]協(xié)議和AOMDV-LB[5]協(xié)議通過避免負(fù)載高的節(jié)點參與路由發(fā)現(xiàn)過程從而使這些節(jié)點不會出現(xiàn)在最終建立的傳輸路徑上。AOMDV-C[6]協(xié)議則通過延時轉(zhuǎn)發(fā)路由控制分組使負(fù)載較低的路徑最先被建立，然后作為主路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，同樣使傳輸路徑避開了負(fù)載高的節(jié)點。前面提及的這些協(xié)議都是基于AOMDV協(xié)議的路由發(fā)現(xiàn)過程尋找網(wǎng)絡(luò)中負(fù)載較低的路徑并將其作為主路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其余建立的路徑仍作為備用路徑并且只有當(dāng)主路徑斷裂時才會使用這些備用路徑，這樣還是會和AOMDV協(xié)議一樣導(dǎo)致主路徑承擔(dān)過多的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，此外，備用路徑可能因長期被閑置而導(dǎo)致生存時間過期而被刪除，從而這些路徑的有效性將不能得到很好的維護(hù)。LB-AOMDV[7]協(xié)議和QoS-AOMDV[8]協(xié)議按照不同的分配機(jī)制將數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)分配給基于AOMDV協(xié)議的路由發(fā)現(xiàn)過程所建立的多條路徑，前者根據(jù)路徑負(fù)載的情況進(jìn)行分配，負(fù)載較低的路徑將承擔(dān)較多的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，后者則輪流使用這些路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使每條路徑的吞吐量保持一致。兩者都避免了數(shù)據(jù)流量過于集中在主路徑上，同時避免了備用路徑因長期未被使用而被刪除，維護(hù)了這些路徑的有效性。

以上所列出的AOMDV負(fù)載均衡改進(jìn)協(xié)議都在一定程度上實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的均衡。然而它們對于節(jié)點或者路徑的負(fù)載情況的衡量都是基于在路由發(fā)現(xiàn)過程中所收集的各種信息，然而移動Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是動態(tài)變化的，網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載情況也將隨之不斷改變，因此，在路由發(fā)現(xiàn)過程中所得到的負(fù)載信息將不一定能適應(yīng)經(jīng)過一段時間動態(tài)變化后的網(wǎng)絡(luò)。

3 基于分流傳輸機(jī)制和擁塞預(yù)警的LBAOMDV

協(xié)議

3.1 LBAOMDV協(xié)議的概述

針對上述提及的AOMDV協(xié)議及其負(fù)載均衡改進(jìn)協(xié)議中存在的不足，本文設(shè)計了一種基于節(jié)點負(fù)載的擁塞預(yù)警機(jī)制和一種基于路徑使用次數(shù)、路徑長度以及路徑狀態(tài)的分流傳輸機(jī)制，并以此對AOMDV協(xié)議進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化后的協(xié)議LBAOMDV將利用AOMDV協(xié)議的路由發(fā)現(xiàn)機(jī)制通過一次路由發(fā)現(xiàn)的過程在有通信需求卻沒有可用連接的兩個節(jié)點之間建立起最多3條無環(huán)且路徑不相交的路徑，然后利用分流傳輸機(jī)制將數(shù)據(jù)流量分配到各條路徑上。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的某個節(jié)點進(jìn)入高負(fù)載狀態(tài)的時候，利用擁塞預(yù)警機(jī)制通知網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點，將通過這個高負(fù)載節(jié)點的路徑暫時地標(biāo)記為擁塞路徑，使部分原來在擁塞路徑上進(jìn)行的數(shù)據(jù)流量暫時地轉(zhuǎn)移到其他未擁塞的路徑上，經(jīng)過一段時間后，再將路徑的擁塞狀態(tài)恢復(fù)為正常狀態(tài)。

3.2 擁塞預(yù)警機(jī)制

移動Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點會經(jīng)常性地隨機(jī)移動，這將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不斷發(fā)生變化，網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點或者路徑的負(fù)載情況也會隨之發(fā)生改變，這樣一來，通過路由發(fā)現(xiàn)過程所得到負(fù)載較低的路徑不能一直確保其負(fù)載情況一直良好，例如路徑中的某些節(jié)點可能因為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓蔀榫植烤W(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹行墓?jié)點，其負(fù)載可能變得很高，此時，繼續(xù)在這些路徑上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸很可能會導(dǎo)致?lián)砣?，?shù)據(jù)分組將因緩存溢出而被丟失。當(dāng)面對這種情況時就需要采取及時有效的擁塞預(yù)警措施以減少或停止在這些路徑上傳輸數(shù)據(jù)，同時因為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞牟粩嘧兓?，?fù)載高的節(jié)點不一定會一直處于高負(fù)載狀態(tài)，所以，可以將通過高負(fù)載節(jié)點的路徑暫時地標(biāo)記為擁塞路徑，在經(jīng)過一段時間后，將其恢復(fù)為正常路徑，這樣便能更好的適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)變化。綜上所述，本文提出一種基于節(jié)點負(fù)載的擁塞預(yù)警機(jī)制。

目前，有多種參數(shù)可用來衡量節(jié)點的負(fù)載，其中緩存隊列的飽和度作為節(jié)點當(dāng)前流量負(fù)載的具體體現(xiàn)，能直接反應(yīng)節(jié)點當(dāng)前的負(fù)載程度，其獲取簡單且無需額外開銷，被多種負(fù)載均衡改進(jìn)協(xié)議所使用。節(jié)點i的緩存隊列飽和度Ci定義如下：

Ci=QiQmax（1）

其中Qi表示節(jié)點i當(dāng)前的緩存隊列的長度，而Qmax則表示節(jié)點i緩存隊列長度的最大值。因為節(jié)點緩存隊列長度的監(jiān)測獲得的是一個瞬時值，只能反映節(jié)點這個瞬間的負(fù)載情況，不能體現(xiàn)節(jié)點負(fù)載在未來一段時間內(nèi)的變化趨勢，直接用緩存隊列長度的瞬時值判斷節(jié)點負(fù)載情況將不夠準(zhǔn)確，所以節(jié)點擁塞判斷的度量需在緩存隊列飽和度的基礎(chǔ)上考慮節(jié)點負(fù)載的變化趨勢。本文采用了一個定時器，每隔一段時間INTERVAL檢測緩存隊列的長度，Qnew表示最新監(jiān)測到的緩存隊列長度，Qold表示INTERVAL前監(jiān)測到的緩存隊列長度，定義

Qadd=Qnew-Qold （2）

Qadd表示INTERVAL時間內(nèi)節(jié)點緩存隊列的變化情況，能反映節(jié)點負(fù)載在近期的變化趨勢。最終將節(jié)點i負(fù)載判斷的度量Mi定義為：

Mi=Qi+QaddQmax （3）

當(dāng)節(jié)點的M值大于預(yù)先設(shè)定的擁塞閾值時，則認(rèn)為該節(jié)點已經(jīng)處于擁塞狀態(tài)，通過該節(jié)點的路徑則被認(rèn)為是擁塞路徑，節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)的時候應(yīng)當(dāng)盡量避免使用擁塞路徑。

基于節(jié)點負(fù)載的擁塞預(yù)警機(jī)制如下所述：節(jié)點在每次發(fā)送數(shù)據(jù)分組前，根據(jù)式（3）計算節(jié)點當(dāng)前的M值并將其與設(shè)定的擁塞閾值相比較，判斷自身的負(fù)載情況。如果節(jié)點進(jìn)入了擁塞狀態(tài)，則廣播一個攜帶了擁塞信息的HELLO分組通知所有鄰居節(jié)點此節(jié)點已經(jīng)進(jìn)入擁塞狀態(tài)，所有收到此HELLO分組的鄰居節(jié)點將路由表中所有經(jīng)過擁塞節(jié)點的路徑都暫時標(biāo)記為擁塞路徑。如果去往某個目的節(jié)點的所有路徑都已經(jīng)被標(biāo)記為擁塞路徑，則節(jié)點需廣播路由擁塞分組通知其他鄰居節(jié)點經(jīng)過本節(jié)點去往目的節(jié)點的所有路徑均為擁塞路徑。鄰居節(jié)點收到路由擁塞分組時暫時標(biāo)記相應(yīng)的路徑進(jìn)入擁塞狀態(tài)。如果節(jié)點因收到路由擁塞分組而導(dǎo)致其中某些路由表項的全部路徑進(jìn)入擁塞狀態(tài)，節(jié)點同樣需要再次形成新的路由擁塞分組并將其廣播轉(zhuǎn)發(fā)。最終，網(wǎng)絡(luò)中的路徑都將被暫時劃分為擁塞路徑和正常路徑，有多條路徑可供數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓?jié)點將擁塞路徑上的數(shù)據(jù)流量轉(zhuǎn)移到未擁塞的路徑上。本文將擁塞標(biāo)記的持續(xù)時間設(shè)為T，當(dāng)擁塞標(biāo)記的持續(xù)時間超過T后，將路徑恢復(fù)為正常路徑。

3.3 分流傳輸機(jī)制

將數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)集中在一條路徑上，容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)局部的擁塞，而將數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)按照一定的分配機(jī)制分配到多條路徑上則一方面有利于網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的均衡，另一方面能維護(hù)所建立的多條路徑的有效性。本文在綜合考慮負(fù)載均衡以及傳輸效率的基礎(chǔ)上，提出一種基于路徑使用次數(shù)、路徑長度以及路徑狀態(tài)的分流傳輸機(jī)制。本文定義在路徑j(luò)上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇鷥r為Cj。

Cj=Nj×Lj（4）

其中Nj表示在路徑j(luò)上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇螖?shù)，而Lj表示路徑j(luò)的長度，即在路徑j(luò)上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸所經(jīng)過的跳數(shù)。式（4）表明路徑使用次數(shù)越多，路徑長度越長，則使用該路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇鷥r就越大。當(dāng)節(jié)點有多條路徑可供數(shù)據(jù)傳輸時，根據(jù)式（4）計算每條路徑的數(shù)據(jù)傳輸代價，然后選擇其中數(shù)據(jù)傳輸代價最小的路徑進(jìn)行傳輸，在傳輸完一個數(shù)據(jù)分組后，便將路徑的使用次數(shù)增加1。為了避免使用擁塞路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，被標(biāo)記為擁塞的路徑將不會參加數(shù)據(jù)傳輸代價的比較。而當(dāng)所有路徑都為擁塞路徑時，將導(dǎo)致因為沒有路徑參加數(shù)據(jù)傳輸代價的比較而找不到代價最小的路徑，此時重新根據(jù)式（4）計算比較所有路徑的數(shù)據(jù)傳輸代價，最后選擇其中最小的路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

4 仿真實驗及分析

本文通過NS2.34實現(xiàn)了LBAOMDV協(xié)議并對其進(jìn)行了仿真實驗，比較其和AOMDV協(xié)議的性能。實驗將50個節(jié)點隨機(jī)分布在800 m×800 m的場景區(qū)域中，節(jié)點的移動采用Random Way Point[9]模型，節(jié)點的最大移動速度為10 m/s，節(jié)點的發(fā)射半徑為250 m，緩存隊列最大長度設(shè)為50，信源采用固定比特率，每個分組長度為512 B，每秒發(fā)送2個分組，同時啟動40個數(shù)據(jù)通信連接，擁塞閾值設(shè)置為0.8，路徑的擁塞標(biāo)記持續(xù)時間T設(shè)置為6 s。將節(jié)點停留時間分別設(shè)置為0 s、20 s、40 s、60 s、80 s、100 s六種不同的情況進(jìn)行仿真，每種仿真的情況進(jìn)行了5次實驗，每次實驗的時間為200 s，最終結(jié)果取5次實驗的平均值。

仿真實驗將從分組投遞率，平均端到端時延，歸一化路由開銷三個方面來比較LBAOMDV和AOMDV的性能：

分組投遞率定義為仿真期間成功到達(dá)目的節(jié)點的分組數(shù)與網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點總共發(fā)送的數(shù)據(jù)分組數(shù)的比值。

平均端到端時延定義為網(wǎng)絡(luò)中所有分組被接收的時間與分組被發(fā)送的時間之差的平均值。

歸一化路由開銷定義為網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點發(fā)送以及轉(zhuǎn)發(fā)的路由控制分組的總和與節(jié)點接收到的數(shù)據(jù)分組的總和之比。

圖1描述了LBAOMDV協(xié)議和AOMDV協(xié)議的分組投遞率在不同停留時間情況下的變化情況。LBAOMDV協(xié)議因為使用了分流傳輸機(jī)制在多條路徑上同時傳輸數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)流量沒有過于集中于一條路徑上，維護(hù)了多條路徑，降低了由重啟路由發(fā)現(xiàn)過程所導(dǎo)致的數(shù)據(jù)分組被丟棄的概率。同時由于使用了擁塞預(yù)警機(jī)制，減少了在擁塞路徑上的數(shù)據(jù)流量，降低了因擁塞而使數(shù)據(jù)分組被丟棄的概率，所以在分組投遞率上要好于AOMDV協(xié)議。

圖2描述了LBAOMDV協(xié)議和AOMDV協(xié)議的平均端到端時延在不同停留時間情況下的變化情況。LBAOMDV協(xié)議因采用了分流傳輸和擁塞預(yù)警機(jī)制，減少了在擁塞路徑上的數(shù)據(jù)流量，從而減少了數(shù)據(jù)分組在緩存隊列中的等待時間，同時維護(hù)了多條路徑，降低了因路徑斷裂而引起重啟路由發(fā)現(xiàn)的概率，進(jìn)一步減少了通信時延，所以，其平均延時要小于AOMDV協(xié)議。

圖3描述了LBAOMDV協(xié)議和AOMDV協(xié)議的歸一化路由開銷在不同停留時間情況下的變化情況。LBAOMDV協(xié)議因使用了多條路徑同時傳輸數(shù)據(jù)，維護(hù)了多條路徑的有效性，從而使重啟路由發(fā)現(xiàn)的概率要小于AOMDV協(xié)議，所以，其路由開銷要比AOMDV協(xié)議少。

5 結(jié)束語

本文針對AOMDV協(xié)議及其負(fù)載均衡改進(jìn)協(xié)議中存在的問題提出了基于節(jié)點負(fù)載的擁塞預(yù)警機(jī)制和基于路徑使用次數(shù)、路徑長度以及路徑狀態(tài)的分流傳輸機(jī)制，并利用這兩種機(jī)制對AOMDV協(xié)議進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化后的協(xié)議LBAOMDV通過分流傳輸機(jī)制在使用AOMDV路由發(fā)現(xiàn)機(jī)制所建立的多條無環(huán)且路徑不相交的路徑上同時傳輸數(shù)據(jù)，這樣即均衡了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，又維護(hù)了多條路徑，提高了數(shù)據(jù)傳輸路徑的穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)上利用基于節(jié)點負(fù)載的擁塞預(yù)警機(jī)制標(biāo)記擁塞路徑，減少了在擁塞路徑上的數(shù)據(jù)流量，進(jìn)一步均衡了網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載并降低了擁塞發(fā)生的概率。仿真結(jié)果表明，與AOMDV協(xié)議相比，LBAOMDV協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)高負(fù)載情況下提高了分組投遞率，減少了通信時延和路由開銷，提升了整個網(wǎng)絡(luò)的性能。然而擁塞閾值與擁塞標(biāo)記持續(xù)時間的設(shè)定問題有待更進(jìn)一步的研究。

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[9] ENGELHART D C，ANAND SIVASUBRAMANIAM，BARRETT C L， et al.A Spatial Analysis of Mobility Models：Application to Wireless Ad Hoc Network Simulation[C].Proceedings of the 37th Annual Simulation Symposium，2004：35-42.

4 仿真實驗及分析

本文通過NS2.34實現(xiàn)了LBAOMDV協(xié)議并對其進(jìn)行了仿真實驗，比較其和AOMDV協(xié)議的性能。實驗將50個節(jié)點隨機(jī)分布在800 m×800 m的場景區(qū)域中，節(jié)點的移動采用Random Way Point[9]模型，節(jié)點的最大移動速度為10 m/s，節(jié)點的發(fā)射半徑為250 m，緩存隊列最大長度設(shè)為50，信源采用固定比特率，每個分組長度為512 B，每秒發(fā)送2個分組，同時啟動40個數(shù)據(jù)通信連接，擁塞閾值設(shè)置為0.8，路徑的擁塞標(biāo)記持續(xù)時間T設(shè)置為6 s。將節(jié)點停留時間分別設(shè)置為0 s、20 s、40 s、60 s、80 s、100 s六種不同的情況進(jìn)行仿真，每種仿真的情況進(jìn)行了5次實驗，每次實驗的時間為200 s，最終結(jié)果取5次實驗的平均值。

仿真實驗將從分組投遞率，平均端到端時延，歸一化路由開銷三個方面來比較LBAOMDV和AOMDV的性能：

分組投遞率定義為仿真期間成功到達(dá)目的節(jié)點的分組數(shù)與網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點總共發(fā)送的數(shù)據(jù)分組數(shù)的比值。

平均端到端時延定義為網(wǎng)絡(luò)中所有分組被接收的時間與分組被發(fā)送的時間之差的平均值。

歸一化路由開銷定義為網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點發(fā)送以及轉(zhuǎn)發(fā)的路由控制分組的總和與節(jié)點接收到的數(shù)據(jù)分組的總和之比。

圖1描述了LBAOMDV協(xié)議和AOMDV協(xié)議的分組投遞率在不同停留時間情況下的變化情況。LBAOMDV協(xié)議因為使用了分流傳輸機(jī)制在多條路徑上同時傳輸數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)流量沒有過于集中于一條路徑上，維護(hù)了多條路徑，降低了由重啟路由發(fā)現(xiàn)過程所導(dǎo)致的數(shù)據(jù)分組被丟棄的概率。同時由于使用了擁塞預(yù)警機(jī)制，減少了在擁塞路徑上的數(shù)據(jù)流量，降低了因擁塞而使數(shù)據(jù)分組被丟棄的概率，所以在分組投遞率上要好于AOMDV協(xié)議。

圖2描述了LBAOMDV協(xié)議和AOMDV協(xié)議的平均端到端時延在不同停留時間情況下的變化情況。LBAOMDV協(xié)議因采用了分流傳輸和擁塞預(yù)警機(jī)制，減少了在擁塞路徑上的數(shù)據(jù)流量，從而減少了數(shù)據(jù)分組在緩存隊列中的等待時間，同時維護(hù)了多條路徑，降低了因路徑斷裂而引起重啟路由發(fā)現(xiàn)的概率，進(jìn)一步減少了通信時延，所以，其平均延時要小于AOMDV協(xié)議。

圖3描述了LBAOMDV協(xié)議和AOMDV協(xié)議的歸一化路由開銷在不同停留時間情況下的變化情況。LBAOMDV協(xié)議因使用了多條路徑同時傳輸數(shù)據(jù)，維護(hù)了多條路徑的有效性，從而使重啟路由發(fā)現(xiàn)的概率要小于AOMDV協(xié)議，所以，其路由開銷要比AOMDV協(xié)議少。

5 結(jié)束語

本文針對AOMDV協(xié)議及其負(fù)載均衡改進(jìn)協(xié)議中存在的問題提出了基于節(jié)點負(fù)載的擁塞預(yù)警機(jī)制和基于路徑使用次數(shù)、路徑長度以及路徑狀態(tài)的分流傳輸機(jī)制，并利用這兩種機(jī)制對AOMDV協(xié)議進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化后的協(xié)議LBAOMDV通過分流傳輸機(jī)制在使用AOMDV路由發(fā)現(xiàn)機(jī)制所建立的多條無環(huán)且路徑不相交的路徑上同時傳輸數(shù)據(jù)，這樣即均衡了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，又維護(hù)了多條路徑，提高了數(shù)據(jù)傳輸路徑的穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)上利用基于節(jié)點負(fù)載的擁塞預(yù)警機(jī)制標(biāo)記擁塞路徑，減少了在擁塞路徑上的數(shù)據(jù)流量，進(jìn)一步均衡了網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載并降低了擁塞發(fā)生的概率。仿真結(jié)果表明，與AOMDV協(xié)議相比，LBAOMDV協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)高負(fù)載情況下提高了分組投遞率，減少了通信時延和路由開銷，提升了整個網(wǎng)絡(luò)的性能。然而擁塞閾值與擁塞標(biāo)記持續(xù)時間的設(shè)定問題有待更進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn)

[1] PERKINS C E，BELDING-ROYER E.RFC 3561 Ad-hoc On-Demand Distane Vector（AODV）routing[S].2003.

[2] MARINA M K，DAS S R. On-demand multipath distance vector routing in ad hoc networks [C].Proceedings of the International Conference for Network Protocols，2001：14-23.

[3] LEE S J，GERLA M.AODV-BR：Backup Routing in Ad hoc Networks[C].Proceedings of the IEEE WCNC 2000，2000：1311-1316.

[4] WANNAWILAI P，SATHITWIRIYAWONG C.AOMDV with Sufficient Bandwidth Aware[C]. Proceedings of the 2010 IEEE 10th International Conference on Computer and Information Technology（ICT），2010：305-312.

[5] 劉成，曾格平.基于AOMDV的自適應(yīng)負(fù)載均衡研究[J].廣東通信技術(shù)，2012（10）：28-31.

[6] XIA LI，SONG ZHI，SU XIN， et al.Ad-hoc multipath routing protocol based on load balance and location information[C].Proceedings of WCSP 2009，2009：1-4.

[7] TEKAYA M，TABBANE N，TABBANE S.Multipath routing mechanism with load balancing in ad hoc network[C]. Proceedings of the 2010 International Conference on Computer Engineering and Systems（ICCES），2010：67-72.

[8] CHEN JIAN，LI ZHEN，LIU JUANWEI， et al.QoS Multipath Routing Protocol Based on Cross Layer Design for Ad hoc Networks[C].Proceedings of the 2011 International Conference on Internet Computing and Information Services（ICICIS），2011：261-264.

[9] ENGELHART D C，ANAND SIVASUBRAMANIAM，BARRETT C L， et al.A Spatial Analysis of Mobility Models：Application to Wireless Ad Hoc Network Simulation[C].Proceedings of the 37th Annual Simulation Symposium，2004：35-42.

4 仿真實驗及分析

本文通過NS2.34實現(xiàn)了LBAOMDV協(xié)議并對其進(jìn)行了仿真實驗，比較其和AOMDV協(xié)議的性能。實驗將50個節(jié)點隨機(jī)分布在800 m×800 m的場景區(qū)域中，節(jié)點的移動采用Random Way Point[9]模型，節(jié)點的最大移動速度為10 m/s，節(jié)點的發(fā)射半徑為250 m，緩存隊列最大長度設(shè)為50，信源采用固定比特率，每個分組長度為512 B，每秒發(fā)送2個分組，同時啟動40個數(shù)據(jù)通信連接，擁塞閾值設(shè)置為0.8，路徑的擁塞標(biāo)記持續(xù)時間T設(shè)置為6 s。將節(jié)點停留時間分別設(shè)置為0 s、20 s、40 s、60 s、80 s、100 s六種不同的情況進(jìn)行仿真，每種仿真的情況進(jìn)行了5次實驗，每次實驗的時間為200 s，最終結(jié)果取5次實驗的平均值。

仿真實驗將從分組投遞率，平均端到端時延，歸一化路由開銷三個方面來比較LBAOMDV和AOMDV的性能：

分組投遞率定義為仿真期間成功到達(dá)目的節(jié)點的分組數(shù)與網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點總共發(fā)送的數(shù)據(jù)分組數(shù)的比值。

平均端到端時延定義為網(wǎng)絡(luò)中所有分組被接收的時間與分組被發(fā)送的時間之差的平均值。

歸一化路由開銷定義為網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點發(fā)送以及轉(zhuǎn)發(fā)的路由控制分組的總和與節(jié)點接收到的數(shù)據(jù)分組的總和之比。

圖1描述了LBAOMDV協(xié)議和AOMDV協(xié)議的分組投遞率在不同停留時間情況下的變化情況。LBAOMDV協(xié)議因為使用了分流傳輸機(jī)制在多條路徑上同時傳輸數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)流量沒有過于集中于一條路徑上，維護(hù)了多條路徑，降低了由重啟路由發(fā)現(xiàn)過程所導(dǎo)致的數(shù)據(jù)分組被丟棄的概率。同時由于使用了擁塞預(yù)警機(jī)制，減少了在擁塞路徑上的數(shù)據(jù)流量，降低了因擁塞而使數(shù)據(jù)分組被丟棄的概率，所以在分組投遞率上要好于AOMDV協(xié)議。

圖2描述了LBAOMDV協(xié)議和AOMDV協(xié)議的平均端到端時延在不同停留時間情況下的變化情況。LBAOMDV協(xié)議因采用了分流傳輸和擁塞預(yù)警機(jī)制，減少了在擁塞路徑上的數(shù)據(jù)流量，從而減少了數(shù)據(jù)分組在緩存隊列中的等待時間，同時維護(hù)了多條路徑，降低了因路徑斷裂而引起重啟路由發(fā)現(xiàn)的概率，進(jìn)一步減少了通信時延，所以，其平均延時要小于AOMDV協(xié)議。

圖3描述了LBAOMDV協(xié)議和AOMDV協(xié)議的歸一化路由開銷在不同停留時間情況下的變化情況。LBAOMDV協(xié)議因使用了多條路徑同時傳輸數(shù)據(jù)，維護(hù)了多條路徑的有效性，從而使重啟路由發(fā)現(xiàn)的概率要小于AOMDV協(xié)議，所以，其路由開銷要比AOMDV協(xié)議少。

5 結(jié)束語

本文針對AOMDV協(xié)議及其負(fù)載均衡改進(jìn)協(xié)議中存在的問題提出了基于節(jié)點負(fù)載的擁塞預(yù)警機(jī)制和基于路徑使用次數(shù)、路徑長度以及路徑狀態(tài)的分流傳輸機(jī)制，并利用這兩種機(jī)制對AOMDV協(xié)議進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化后的協(xié)議LBAOMDV通過分流傳輸機(jī)制在使用AOMDV路由發(fā)現(xiàn)機(jī)制所建立的多條無環(huán)且路徑不相交的路徑上同時傳輸數(shù)據(jù)，這樣即均衡了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，又維護(hù)了多條路徑，提高了數(shù)據(jù)傳輸路徑的穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)上利用基于節(jié)點負(fù)載的擁塞預(yù)警機(jī)制標(biāo)記擁塞路徑，減少了在擁塞路徑上的數(shù)據(jù)流量，進(jìn)一步均衡了網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載并降低了擁塞發(fā)生的概率。仿真結(jié)果表明，與AOMDV協(xié)議相比，LBAOMDV協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)高負(fù)載情況下提高了分組投遞率，減少了通信時延和路由開銷，提升了整個網(wǎng)絡(luò)的性能。然而擁塞閾值與擁塞標(biāo)記持續(xù)時間的設(shè)定問題有待更進(jìn)一步的研究。

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[4] WANNAWILAI P，SATHITWIRIYAWONG C.AOMDV with Sufficient Bandwidth Aware[C]. Proceedings of the 2010 IEEE 10th International Conference on Computer and Information Technology（ICT），2010：305-312.

[5] 劉成，曾格平.基于AOMDV的自適應(yīng)負(fù)載均衡研究[J].廣東通信技術(shù)，2012（10）：28-31.

[6] XIA LI，SONG ZHI，SU XIN， et al.Ad-hoc multipath routing protocol based on load balance and location information[C].Proceedings of WCSP 2009，2009：1-4.

[7] TEKAYA M，TABBANE N，TABBANE S.Multipath routing mechanism with load balancing in ad hoc network[C]. Proceedings of the 2010 International Conference on Computer Engineering and Systems（ICCES），2010：67-72.

[8] CHEN JIAN，LI ZHEN，LIU JUANWEI， et al.QoS Multipath Routing Protocol Based on Cross Layer Design for Ad hoc Networks[C].Proceedings of the 2011 International Conference on Internet Computing and Information Services（ICICIS），2011：261-264.

[9] ENGELHART D C，ANAND SIVASUBRAMANIAM，BARRETT C L， et al.A Spatial Analysis of Mobility Models：Application to Wireless Ad Hoc Network Simulation[C].Proceedings of the 37th Annual Simulation Symposium，2004：35-42.