馮耀玲，孫運(yùn)強(qiáng)，姚愛(ài)琴

(中北大學(xué) 儀器科學(xué)與動(dòng)態(tài)測(cè)試教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030051)

近些年，隨著人們環(huán)保理念的不斷深化，加之計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信行業(yè)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的新技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到環(huán)保當(dāng)中，雖然這些研究成果很顯著，但還是存在一些問(wèn)題。如果能將遍布城區(qū)的每個(gè)裝置進(jìn)行系統(tǒng)整合，那么，不僅能節(jié)省很多人力物力，而且將大大推動(dòng)這一領(lǐng)域的發(fā)展［1］。

本文主要研究無(wú)線Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)的路由技術(shù)，通過(guò)對(duì)比現(xiàn)有的無(wú)線路由協(xié)議，找出一種適合于社區(qū)等多障礙物環(huán)境下的多跳路由協(xié)議。

1 無(wú)線路由協(xié)議分類及關(guān)鍵技術(shù)

無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議主要包括主動(dòng)路由協(xié)議、按需路由協(xié)議、混合路由協(xié)議［2］。它們的優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 無(wú)線路由協(xié)議的分類

1.1 DSDV 協(xié)議

DSDV 協(xié)議是先應(yīng)式路由協(xié)議，其特點(diǎn)是利用目的節(jié)點(diǎn)序列號(hào)解決了傳統(tǒng)DV 算法中的路由循環(huán)和計(jì)數(shù)至無(wú)窮的問(wèn)題。當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到多個(gè)不同的矢量表數(shù)據(jù)包時(shí)，首先要檢查序列號(hào)的大小，采取序列號(hào)較大的來(lái)計(jì)算。如果序列號(hào)相同，則看誰(shuí)的路徑更短。這樣就避免了環(huán)路的產(chǎn)生［2］。

DSDV 要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)保存兩個(gè)矢量表，表中列出了所有可到的目的節(jié)點(diǎn)及到達(dá)該目的節(jié)點(diǎn)所需的跳數(shù)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)周期性地發(fā)送自己的矢量表D(i)，其他節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的DV 表和從相鄰節(jié)點(diǎn)收到的DV 表來(lái)更新自己的路由表，即對(duì)任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)k，有dki=Min［dkj+dji］，j?A，A 為節(jié)點(diǎn)k 收到的相鄰節(jié)點(diǎn)的矢量表。DSDV 的觸發(fā)方式是根據(jù)路由表的改變來(lái)觸發(fā)路由器的更新。每個(gè)節(jié)點(diǎn)周期性地和以它為起點(diǎn)的，到其他目的節(jié)點(diǎn)的最短距離與自己已知的距離相比較，若比已知的小，則更新路由表［3］。

1.2 AODV 協(xié)議

AODV 協(xié)議是一種按需路由協(xié)議，其特點(diǎn)是它根據(jù)業(yè)務(wù)需求建立和維護(hù)路由。即當(dāng)有源節(jié)點(diǎn)需要向某目的節(jié)點(diǎn)通信時(shí)，才在節(jié)點(diǎn)之間建立路由。且路由信息不會(huì)一直被保存，它有一定的生命周期，若某條路由已經(jīng)不需要，就會(huì)被刪除［4］。AODV 也是通過(guò)使用序列號(hào)來(lái)避免形成路由環(huán)，這點(diǎn)同DSDV 一樣。

AODV 路由協(xié)議主要分路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)以及路由刪除三個(gè)部分［3］。為了建立一個(gè)路由，源節(jié)點(diǎn)將廣播一個(gè)RREQ(路由請(qǐng)求分組)，收到RREQ 分組的中間節(jié)點(diǎn)根據(jù)RREQ 中的信息，建立到源節(jié)點(diǎn)的路由，并且將RREQ 再發(fā)送給本節(jié)點(diǎn)的鄰節(jié)點(diǎn)。目的節(jié)點(diǎn)收到RREQ 則向源節(jié)點(diǎn)回復(fù)RREP(路由回復(fù)分組)［3］。AODV 路由的分組無(wú)需包含完整的路徑信息，采用逐跳轉(zhuǎn)發(fā)的方式，從而減小了分組開(kāi)銷。

在AODV 中，一條已經(jīng)建立起來(lái)的路由會(huì)被一直維護(hù)，直到源節(jié)點(diǎn)不再需要它為止。移動(dòng)Ad Hoc 網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)僅僅影響含有該節(jié)點(diǎn)的路由，這樣的路徑被稱為活動(dòng)路徑，不在活動(dòng)路徑上的節(jié)點(diǎn)移動(dòng)不會(huì)產(chǎn)生任何協(xié)議的動(dòng)作，因?yàn)樗粫?huì)對(duì)路由產(chǎn)生任何影響。如果是源節(jié)點(diǎn)移動(dòng)，就會(huì)重新啟動(dòng)路由發(fā)現(xiàn)建立新的路由［4］。

1.3 ABR 協(xié)議

ABR 協(xié)議是從路由的有效時(shí)間的角度來(lái)設(shè)計(jì)，采用路徑有效時(shí)間的長(zhǎng)短(穩(wěn)定性)而不是路徑長(zhǎng)短，作為選擇路徑的標(biāo)準(zhǔn)。

ABR 由3 個(gè)部分組成:路由建立階段、路由重建階段和路由刪除階段。它明確提出使用鄰節(jié)點(diǎn)空間、時(shí)間、連接和功率特點(diǎn)來(lái)構(gòu)建一條生存時(shí)間長(zhǎng)的路由。因此，在自組織網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)當(dāng)要求路由可以持續(xù)較長(zhǎng)一段時(shí)間，最好持續(xù)到一個(gè)連接結(jié)束。另外，ABR 協(xié)議是源始發(fā)協(xié)議，意味著不需要周期的路由更新，也不需等待路由收斂，自然地克服了表驅(qū)動(dòng)協(xié)議的暫時(shí)環(huán)路現(xiàn)象。ABR 協(xié)議不使用路由緩存，因?yàn)榫S護(hù)這些緩存信息的有效性將占用大量的控制開(kāi)銷。

2 路由協(xié)議性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

路由協(xié)議性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的主要指標(biāo):

1)丟包率:網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸是以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包的形式進(jìn)行的，理想狀態(tài)下發(fā)送了多少數(shù)據(jù)分組就能接收多少數(shù)據(jù)分組，但是由于信號(hào)衰減、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量等諸多因素影響下，可能產(chǎn)生數(shù)據(jù)分組丟失［5］。在單位時(shí)間內(nèi)未收到的數(shù)據(jù)分組與發(fā)送的數(shù)據(jù)分組的比率就是丟包率，這個(gè)數(shù)字越小越好。丟包率的計(jì)算公式見(jiàn)式(1)。

2)端到端平均時(shí)延:指單位數(shù)據(jù)包從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)所用的時(shí)間，時(shí)延越小，說(shuō)明響應(yīng)越快，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量越令人滿意。該統(tǒng)計(jì)量反應(yīng)了網(wǎng)絡(luò)的擁塞狀況，計(jì)算公式見(jiàn)式(2)。

3 實(shí)驗(yàn)及仿真

本文通過(guò)NS2 仿真平臺(tái)著重對(duì)DSDV 和AODV 進(jìn)行比較分析［7］，在相同環(huán)境下，通過(guò)對(duì)比延時(shí)率、丟包率這兩種指標(biāo)來(lái)比較這兩種協(xié)議的優(yōu)劣。

3.1 延時(shí)對(duì)比

對(duì)比圖1 和圖2，在130 s 時(shí)，0 節(jié)點(diǎn)開(kāi)始發(fā)包，DSDV 因?yàn)橹耙呀?jīng)交換了路由信息，所以延時(shí)很小就開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)包，而AODV 在130 s 時(shí)才開(kāi)始廣播尋找路由路徑，所以延時(shí)明顯增加。直到250 s，兩組數(shù)據(jù)傳輸都比較穩(wěn)定。250 s后，由于節(jié)點(diǎn)開(kāi)始移動(dòng)，使得路由路線頻繁變換，當(dāng)節(jié)點(diǎn)到達(dá)相對(duì)位置后兩組都開(kāi)始尋找路徑。DSDV 必須定時(shí)與臨近節(jié)點(diǎn)交換路由信息，直到接收到來(lái)自接收端的路由響應(yīng)消息，開(kāi)銷比較大，直到300 s 后才找到路徑，開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)。而AODV 源節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)廣播一個(gè)路由請(qǐng)求消息，附近節(jié)點(diǎn)收到后再次廣播，直到請(qǐng)求消息到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)或到達(dá)知道目的節(jié)點(diǎn)路由的中間節(jié)點(diǎn)，目的節(jié)點(diǎn)或中間節(jié)點(diǎn)沿原來(lái)路徑返回響應(yīng)消息，開(kāi)銷比較?。?］，所以260 s 后就開(kāi)始傳輸。延時(shí)小。

圖1 DSDV 協(xié)議延時(shí)圖像

圖2 AODV 協(xié)議延時(shí)圖像

3.2 丟包率對(duì)比

對(duì)比圖3 和圖4，DSDV 在250 s 之前基本沒(méi)有丟包，數(shù)據(jù)傳輸相對(duì)穩(wěn)定。而AODV 在150 s 之前未建立完整路由時(shí)丟包比較嚴(yán)重。在250 s 以后，隨著節(jié)點(diǎn)開(kāi)始移動(dòng)，在移動(dòng)情況下，DSDV 協(xié)議的丟包率明顯大于AODV，證明在移動(dòng)情況下AODV 開(kāi)銷小于DSDV。移動(dòng)情況下，按需式路由協(xié)議優(yōu)于主動(dòng)式路由協(xié)議［7，8］。

圖3 DSDV 協(xié)議丟包圖像

圖4 AODV 協(xié)議丟包圖像

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)比典型主動(dòng)路由協(xié)議DSDV 和典型按需路由協(xié)議AODV 的延時(shí)率、丟包率以及吞吐量的數(shù)據(jù)得知，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漕l繁變化時(shí)，按需路由協(xié)議的性能優(yōu)于主動(dòng)路由協(xié)議;當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓鄬?duì)較慢時(shí)，主動(dòng)路由協(xié)議的性能優(yōu)于按需路由協(xié)議。

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