覃科　張亞紅

(桂林航天工業(yè)學(xué)院　計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系, 廣西　桂林　541004)

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MANET中螢火蟲GSO優(yōu)化的路由協(xié)議研究*

覃科**張亞紅

(桂林航天工業(yè)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系, 廣西桂林541004)

針對(duì)無線自組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多變、能量受限以及帶寬有限的特性，提出一種基于螢火蟲GSO優(yōu)化的路由協(xié)議(GSORM)。將節(jié)點(diǎn)駐留螢火蟲的熒光素值更新規(guī)則映射成為節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)速度、擁塞程度及剩余能量等統(tǒng)計(jì)信息的函數(shù)。路由發(fā)現(xiàn)、路由選擇及路由維護(hù)過程由搜索螢火蟲、駐留螢火蟲及回溯螢火蟲協(xié)同完成，無須傳送大量的控制分組。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與AODV及AntRouting協(xié)議相比，GSORM在數(shù)據(jù)包成功傳送率、端到端時(shí)延及網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間上均表現(xiàn)出了良好的性能。

GSO; 群智能優(yōu)化算法;無線自組網(wǎng);路由協(xié)議;網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

無線自組網(wǎng)是一種無中心的自組織多跳網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)既是移動(dòng)終端也是路由器。其隨時(shí)隨地組網(wǎng)的靈活性及抗毀性，使得無線自組網(wǎng)在野外勘測(cè)、搶險(xiǎn)救災(zāi)及軍事領(lǐng)域等方面擁有廣泛的應(yīng)用前景。由于節(jié)點(diǎn)具有任意移動(dòng)性，無線自組網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化頻繁，因此高性能的路由協(xié)議一直是無線自組網(wǎng)的研究熱點(diǎn)。

目前，有許多學(xué)者都對(duì)無線自組網(wǎng)的路由協(xié)議進(jìn)行了大量的研究，并取得了一定的成果。大多數(shù)無線自組網(wǎng)的路由協(xié)議都采用單一的標(biāo)準(zhǔn)來作為路由選擇的依據(jù)。例如DSDV[1]協(xié)議和DSR[2]協(xié)議選擇跳數(shù)最少的路由，而AODV[3]協(xié)議選擇序列號(hào)最新的路由。這種單一的路由衡量標(biāo)準(zhǔn)無法滿足無線自組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多變、帶寬能量受限及無線信道易受干擾的特性。還有一部分路由協(xié)議采用了綜合的指標(biāo)來衡量路由。例如MMPEW-DSR協(xié)議使用節(jié)點(diǎn)剩余能量和傳輸功率鏈路狀態(tài)函數(shù)作為路由選擇的參數(shù)，ABGP協(xié)議根據(jù)電池剩余量和帶寬選擇下一跳節(jié)點(diǎn)，ARBFAM協(xié)議利用名聲、可用帶寬和最小跳數(shù)的多量度指標(biāo)選擇路由[4]。但是多指標(biāo)的路由選擇增加了控制分組的大小和數(shù)量，從而增加了網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)，對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性會(huì)帶來一定的影響?，F(xiàn)有無線自組網(wǎng)路由協(xié)議適應(yīng)能力有限，網(wǎng)絡(luò)吞吐率較低，穩(wěn)定性和可靠性都沒有得到較好的解決。

群智能優(yōu)化算法是近年來發(fā)展迅速的一種仿生模擬進(jìn)化算法，具有操作簡(jiǎn)單、宜于并行處理、收斂速度快且魯棒性強(qiáng)等特點(diǎn)。其優(yōu)良的分布式特性和在組合優(yōu)化問題中的突出表現(xiàn)能夠適合無線自組網(wǎng)的特點(diǎn)[5-8]。本文利用群智能優(yōu)化方法，提出一種基于螢火蟲GSO優(yōu)化的路由選擇自適應(yīng)算法GSORM。該算法將節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)速度、節(jié)點(diǎn)的擁塞程度、節(jié)點(diǎn)的剩余能量以及節(jié)點(diǎn)之間的距離等影響網(wǎng)絡(luò)性能的因素與螢火蟲算法中螢火蟲的熒光素強(qiáng)度的更新規(guī)則相映射，從而對(duì)路由的自適應(yīng)選擇進(jìn)行控制。同時(shí)，為了進(jìn)一步降低通信開銷，每個(gè)中間節(jié)點(diǎn)雙向維護(hù)多條輔助路徑，以提供路徑冗余。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，本文的算法提高了協(xié)議的自適應(yīng)性和可靠性。在不同移動(dòng)性及負(fù)載的無線自組網(wǎng)中，從數(shù)據(jù)包成功傳送率、端到端時(shí)延以及網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間三個(gè)指標(biāo)來看，GSORM的性能均要優(yōu)于AODV協(xié)議和AntRouting協(xié)議。

1　螢火蟲GSO算法概述

印度學(xué)者K.N.Krishnanad和D.Ghose根據(jù)仿生學(xué)原理，提出了模擬自然界螢火蟲求偶和覓食行為的群智能優(yōu)化方法——螢火蟲優(yōu)化算法(Glowworm Swarm Optimization, GSO)，從而實(shí)現(xiàn)在求解空間尋優(yōu)[9-10]。GSO算法將求解空間中的解模擬為螢火蟲個(gè)體，每個(gè)螢火蟲個(gè)體都包含各自的熒光素和感知半徑。螢火蟲個(gè)體的熒光素值和其所在的位置即目標(biāo)函數(shù)值相關(guān)，目標(biāo)函數(shù)值越優(yōu)則熒光素值越高[11]。螢火蟲個(gè)體在感知半徑內(nèi)搜索比自身熒光素值高的個(gè)體，按照概率向熒光素值高的個(gè)體移動(dòng)，并更新位置和感知半徑。達(dá)到一定的迭代次數(shù)后，所有的螢火蟲個(gè)體都將聚集在問題求解空間的最優(yōu)解位置[12]。

設(shè)G=(V,E)為包含n個(gè)節(jié)點(diǎn)的全連接無向圖，V是無向圖頂點(diǎn)集合且n=|V|，E是邊的集合。每條邊的權(quán)值等于其兩端節(jié)點(diǎn)vi、vj之間的歐式距離dij,且dij=dji。螢火蟲優(yōu)化方法被用來搜索圖G中源節(jié)點(diǎn)vi到目的節(jié)點(diǎn)vd的最優(yōu)路徑。為了利用螢火蟲優(yōu)化算法來進(jìn)行路由選擇，無線自組網(wǎng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)vi都有一個(gè)駐留螢火蟲Fi，F(xiàn)i攜帶該節(jié)點(diǎn)的熒光素值Li(t)。節(jié)點(diǎn)vi存儲(chǔ)并維護(hù)當(dāng)前t時(shí)刻鄰居節(jié)點(diǎn)信息表以及用來記錄路由信息的路由表。鄰居節(jié)點(diǎn)信息表包括如下表項(xiàng)：

?鄰居節(jié)點(diǎn)vj

?時(shí)間T

?vj駐留螢火蟲Fj熒光素值Lj(t)

若超過時(shí)間T，vi未收到鄰居節(jié)點(diǎn)vj的Hello消息，則vj不再是vi的鄰居節(jié)點(diǎn)。

路由表中的表項(xiàng)包括：

?目的節(jié)點(diǎn)vd

?下一跳節(jié)點(diǎn)vj

?當(dāng)前節(jié)點(diǎn)vi通過節(jié)點(diǎn)vj到達(dá)vd的熒光素概率值Pij(t)

為了減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)，路由表按需構(gòu)建。當(dāng)需要進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)時(shí)，源節(jié)點(diǎn)會(huì)根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建搜索螢火蟲Fs。節(jié)點(diǎn)vi上的Fs會(huì)根據(jù)鄰居節(jié)點(diǎn)上Fj的熒光素值以及dij來計(jì)算節(jié)點(diǎn)vj作為下一跳的概率。設(shè)Ni(t)為節(jié)點(diǎn)vi在t時(shí)刻所有一跳鄰居節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的集合，則當(dāng)搜索螢火蟲Fs位于vi時(shí)，它將按照公式(1)來計(jì)算vj作為下一跳節(jié)點(diǎn)的概率：

(1)

公式(1)中m,n∈N。通過調(diào)節(jié)m和n的值，可以調(diào)整熒光素差值和節(jié)點(diǎn)間的距離對(duì)搜索螢火蟲選擇下一跳的影響程度。搜索螢火蟲移動(dòng)到下一跳節(jié)點(diǎn)vj后，更新當(dāng)前位置及鄰域半徑，鄰域集合更新為節(jié)點(diǎn)vj的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)集合Nj(t)。

每個(gè)節(jié)點(diǎn)Fi的熒光素值都按照下式進(jìn)行迭代更新：

Li(t+1)=(1-ρ)×Li(t)+γ×J(xi(t+1))

(2)

公式(2)中Li(t+1)為t+1時(shí)刻節(jié)點(diǎn)vi上Fi的熒光素值，Li(t)為t時(shí)刻Fi的熒光素值。ρ表示熒光素值的揮發(fā)系數(shù)，ρ∈[0,1]，γ表示熒光素值增強(qiáng)系數(shù)，J(xi(t+1))表示t+1時(shí)刻節(jié)點(diǎn)vi的適應(yīng)度函數(shù)值大小。

2　基于螢火蟲GSO優(yōu)化的路由協(xié)議

2.1協(xié)議中的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境參數(shù)

(1)節(jié)點(diǎn)能量λie。無線自組網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)大多數(shù)都采用電池供電，無法使用固定電源。選擇路由時(shí)應(yīng)該盡量選擇剩余能量高的節(jié)點(diǎn)，從而延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間。Ei表示節(jié)點(diǎn)vi的電池最大能量，E’i(t)表示節(jié)點(diǎn)vi當(dāng)前的剩余能量，則參數(shù)λie=E’i(t)/Ei用于衡量該節(jié)點(diǎn)的能量性能。該參數(shù)值越大，則說明該節(jié)點(diǎn)的適應(yīng)度函數(shù)值越大，對(duì)熒光素值增量的貢獻(xiàn)越大。

(2)節(jié)點(diǎn)擁塞程度λic。每個(gè)節(jié)點(diǎn)監(jiān)視MAC層接口隊(duì)列，Ci表示節(jié)點(diǎn)vi的MAC層接口隊(duì)列緩存容量，Ci’(t)表示節(jié)點(diǎn)vi當(dāng)前的MAC層接口隊(duì)列緩存分組數(shù)，則參數(shù)λic=C’i(t)/Ci反應(yīng)了當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的擁塞程度。若節(jié)點(diǎn)vi的λic值超出閾值，則節(jié)點(diǎn)vi數(shù)據(jù)處理能力會(huì)大大下降，直至陷入擁塞狀態(tài)，對(duì)后續(xù)的數(shù)據(jù)包采取丟包操作。該參數(shù)值越大，說明該節(jié)點(diǎn)的適應(yīng)度函數(shù)值越小，對(duì)熒光素值增量的貢獻(xiàn)越小。

(3)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)速度si。在無線自組網(wǎng)中，節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)速度越快，則網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化越快，路由的更新越快，從而導(dǎo)致源節(jié)點(diǎn)發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)過程的頻率增加。因此，節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度越大，說明該節(jié)點(diǎn)的適應(yīng)度函數(shù)值越小，對(duì)熒光素值增量的貢獻(xiàn)越小。

2.2路由發(fā)現(xiàn)過程

當(dāng)源節(jié)點(diǎn)vs需要向目的節(jié)點(diǎn)vd發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，vs先查看本地路由表，若路由表中沒有到達(dá)vd的路由，則vs發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)過程。vs向每個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)vj都發(fā)送探索螢火蟲Fs。每個(gè)Fs都有分組編號(hào)seq，并將其所經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)信息Vn存儲(chǔ)到自身數(shù)據(jù)棧data中。

中間節(jié)點(diǎn)vi收到來自鄰居節(jié)點(diǎn)的Fs后，根據(jù)Fs數(shù)據(jù)棧的節(jié)點(diǎn)信息判斷是否出現(xiàn)環(huán)路，同時(shí)根據(jù)seq判斷該Fs是否為來自不同路徑的重復(fù)分組。若Fs數(shù)據(jù)棧的節(jié)點(diǎn)信息包含當(dāng)前節(jié)點(diǎn)vi，則出現(xiàn)環(huán)路，丟棄該Fs。若該Fs為重復(fù)分組，也進(jìn)行丟棄處理。對(duì)于沒有出現(xiàn)環(huán)路的非重復(fù)Fs，節(jié)點(diǎn)vi對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。若節(jié)點(diǎn)vi的路由表中有到vd的路由表項(xiàng)，則Fs根據(jù)路由表項(xiàng)的熒光素概率值Pij(t)來選擇vi到達(dá)vd的優(yōu)化路徑。在選擇下一跳時(shí)，為了加快算法的收斂速度，避免陷入局部最優(yōu)解，F(xiàn)s按照公式(3)選擇下一跳節(jié)點(diǎn)vj：

(3)

(4)

公式(3)中，Ψ為隨機(jī)數(shù)且Ψ∈[0,1]，Ψ0為系統(tǒng)定義的常數(shù)且Ψ0∈[0,1]，Ψ與Ψ0之間滿足概率p(Ψ≤Ψ0)?p(Ψ>Ψ0)。這樣，在大多數(shù)情況下Fs會(huì)向熒光素值高的Fj移動(dòng)，個(gè)別情況下Fs隨機(jī)選擇下一跳節(jié)點(diǎn)，從而避免陷入局部最優(yōu)解。若vi的路由表中沒有到vd的路由表項(xiàng)，則vi廣播Fs。為了避免廣播數(shù)據(jù)包過多占用網(wǎng)絡(luò)資源，F(xiàn)s最多被廣播3次，若無法到達(dá)vd，則該Fs被丟棄。

在公式(2)中，J(xi(t+1))為節(jié)點(diǎn)vi的適應(yīng)度函數(shù)值大小，亦可以看做節(jié)點(diǎn)vi在t+1時(shí)刻熒光素值的增量。有

J(xi(t+1))=f(λie,λic,vi)ΔL

(5)

公式(5)中, ΔL為熒光素增量常量。令

(6)

公式(6)中，βe+βc=1，α、ω和σ均為大于或等于1的調(diào)整參數(shù)，通過調(diào)整參數(shù)的值，可以改變節(jié)點(diǎn)能量、節(jié)點(diǎn)擁塞程度以及節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)速度對(duì)路由選擇的影響程度，從而發(fā)現(xiàn)優(yōu)化的路由。根據(jù)公式(2)、(5)、(6)，可得

(7)

Fs移動(dòng)到vj后，對(duì)Fs的數(shù)據(jù)棧data中所有節(jié)點(diǎn)駐留螢火蟲的熒光素值按照公式(7)更新，對(duì)vj的其他鄰居節(jié)點(diǎn)駐留螢火蟲的熒光素值按照公式(8)更新：

Li(t+1)=(1-ρ)×Li(t)

(8)

同時(shí)對(duì)vj的路由表進(jìn)行更新。假設(shè)Fs由vi移動(dòng)到vj后，data中的路徑節(jié)點(diǎn)為data.node={v1,v2,……,vn,vi}，則更新vj的路由表中通過vi到達(dá)v1、v2、……、vn節(jié)點(diǎn)的路由表項(xiàng)中的pij(t)，j∈data.node-{vi}。

當(dāng)Fs到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)vd后消亡，并在vd創(chuàng)建回溯螢火蟲Fb。Fb根據(jù)Fs中data.node的反方向返回到源節(jié)點(diǎn)vs。當(dāng)Fb通過vj移動(dòng)到vi后，同樣按照公式(7)和公式(8)對(duì)vi鄰居節(jié)點(diǎn)駐留螢火蟲熒光素值進(jìn)行更新，并對(duì)vi的路由表信息進(jìn)行更新。假設(shè)Fb到達(dá)vi后經(jīng)過的路徑Fb.node={vj,……,vn,v2,v1}，則更新vi的路由表中通過vj到達(dá)vi,……,vn,v2,v1節(jié)點(diǎn)的路由表項(xiàng)中的pji(t)，i∈Fs.node-{vj}。

Fb到達(dá)源節(jié)點(diǎn)vs后消亡，vs到vd的路由創(chuàng)建。

2.3路由維護(hù)

無線自組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)vi上的駐留螢火蟲Fi以T為時(shí)間周期向鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送Hello數(shù)據(jù)包來維護(hù)本地的連通性。若Fj超過時(shí)間T仍未收到Fi發(fā)送的Hello信息，則Fj認(rèn)為vi已經(jīng)不是vj的鄰居節(jié)點(diǎn)，將vi節(jié)點(diǎn)的信息從vj的鄰居節(jié)點(diǎn)信息表中刪除并更新路由表，將vj路由表中下一跳節(jié)點(diǎn)為vi的相關(guān)路由表項(xiàng)刪除。若Fj收到新的鄰居節(jié)點(diǎn)Hello信息，則將該節(jié)點(diǎn)的信息添加到Fj鄰居節(jié)點(diǎn)信息表及路由表中。

在vs向vd傳送數(shù)據(jù)包的過程中，若中間結(jié)點(diǎn)vi上的Fi發(fā)現(xiàn)由于節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化而出現(xiàn)斷鏈，無法按照原有的路由轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，則Fi會(huì)向原有路由的上游節(jié)點(diǎn)發(fā)送路由錯(cuò)誤信息RERR。當(dāng)vj上的Fj收到Fi發(fā)送的RERR包時(shí)，刪除vj節(jié)點(diǎn)中vi節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的鄰居節(jié)點(diǎn)表項(xiàng)目和路由表項(xiàng)目，并在vj的路由表中查找是否有到目的節(jié)點(diǎn)的冗余路由。若vj存在到vd的冗余路由，則按公式(3)選擇下一跳節(jié)點(diǎn)并按照公式(7)、公式(8)對(duì)vj的路由表進(jìn)行更新。若vj不存在到vd的冗余路由，則vj上的Fj繼續(xù)向vj的上游節(jié)點(diǎn)發(fā)送RERR信息，直到找到可用路由。若vs上的Fs收到RERR信息，則重新進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)，尋找新的路由。

3　仿真結(jié)果及分析

AODV協(xié)議采取按需路由的方式，通過跳數(shù)來進(jìn)行路由選擇，能夠及時(shí)響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化,是MANET中一種較為成熟、典型的路由協(xié)議。AntRouting協(xié)議是一種基于蟻群優(yōu)化的仿生路由算法，通過探索螞蟻尋找路由，探索螞蟻在尋找路徑的同時(shí)會(huì)把信息素放置到經(jīng)過的路徑上，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的路由表用信息素濃度值來替代，搜索螞蟻通過信息素濃度值的大小來選擇下一跳節(jié)點(diǎn)[13]。為驗(yàn)證本文提出的基于螢火蟲GSO優(yōu)化無線自組網(wǎng)路由協(xié)議GSORM性能，將GSORM協(xié)議與MANET中典型的AODV協(xié)議及同為群智能算法的AntRouting協(xié)議在NS2模擬平臺(tái)上進(jìn)行仿真，從數(shù)據(jù)包成功傳送率、端到端時(shí)延及網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間三個(gè)方面評(píng)價(jià)GSORM協(xié)議的性能。

仿真場(chǎng)景1使用隨機(jī)分布在1 000 m×1 000 m區(qū)域內(nèi)的50個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)采用Random Waypoint移動(dòng)模型，節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)速度在0—30 m/s間均勻分布，通過改變節(jié)點(diǎn)的停頓時(shí)間來模擬不同的網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性。節(jié)點(diǎn)傳輸半徑為250 m，物理層選用Two-ray ground reflection無線傳輸模型，MAC層采用IEEE802.11協(xié)議DCF模式，鏈路帶寬為2M bps。仿真通信采用512byte的定長(zhǎng)數(shù)據(jù)包，隨機(jī)選擇 20 個(gè)CBR信源，每個(gè)CBR信源發(fā)包速率為1 packet/s，仿真時(shí)間為400 s。仿真場(chǎng)景2通過改變信源發(fā)送數(shù)據(jù)包的速率來模擬不同的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，節(jié)點(diǎn)的停頓時(shí)間為50 s，其他參數(shù)與仿真場(chǎng)景1一致。

設(shè)置節(jié)點(diǎn)的電池能量最大值為100 J。僅考慮節(jié)點(diǎn)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包的能量消耗，根據(jù)Feeney等人對(duì)IEEE802.11b接口功耗的研究，節(jié)點(diǎn)的發(fā)送能量為1.350 W，接收能量為0.900 W。網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間設(shè)置為網(wǎng)絡(luò)中有20%的節(jié)點(diǎn)因能量耗盡而消亡的時(shí)間。

各參數(shù)取值如下：m=1，n=2，ρ=0.5，r=0.3，Ψ0=0.8，ΔL=10，α=3，βe=0.4，βc=0.6，ω=1，σ=1。

(a)　端到端時(shí)延對(duì)比

(b)數(shù)據(jù)包成功傳送率對(duì)比

(c)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間對(duì)比圖1　場(chǎng)景1中三種路由協(xié)議的性能比較

圖1是在場(chǎng)景1中AODV、AntRouting、GSORM三種路由協(xié)議的數(shù)據(jù)包成功傳送率、端到端時(shí)延以及網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間的比較。節(jié)點(diǎn)停頓時(shí)間由0 s逐漸增加到400 s。當(dāng)節(jié)點(diǎn)的停頓時(shí)間為0 s時(shí)，節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性最強(qiáng)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)的停頓時(shí)間為400 s時(shí)，可以認(rèn)為節(jié)點(diǎn)處于靜止?fàn)顟B(tài)。隨著節(jié)點(diǎn)停頓時(shí)間的增加，節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性降低，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓瘻p緩，路由錯(cuò)誤、路由重建和分組重傳的次數(shù)減少，因而三種協(xié)議的數(shù)據(jù)包成功傳送率隨節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性的降低而上升，端到端時(shí)延隨著節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性的降低而減少，網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間隨節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性的降低而增加。從圖1中可以看到，當(dāng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性發(fā)生變化時(shí)，GSORM協(xié)議具有比AntRouting協(xié)議及AODV協(xié)議更好的性能指標(biāo)。GSORM協(xié)議和AntRouting協(xié)議的節(jié)點(diǎn)路由表維護(hù)多條路徑信息，因此當(dāng)某條路徑失效時(shí)，可以選擇其他的替代路徑，因此避免了頻繁的路由發(fā)現(xiàn)過程，兩者的網(wǎng)絡(luò)性能均高于AODV協(xié)議。但是GSORM協(xié)議考慮到節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)速度、擁塞程度、能量對(duì)于熒光素變化的影響，使得搜索螢火蟲Fs總是向移動(dòng)速度較慢、擁塞程度較低、能量較高及距離較近的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)，因此，GSORM協(xié)議受到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓挠绊懽钚。軌蚋玫倪m應(yīng)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，體現(xiàn)出比AntRouting協(xié)議更好的性能。

(a)端到端時(shí)延對(duì)比

(b)數(shù)據(jù)包成功傳送率對(duì)比

(c)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間對(duì)比圖2　場(chǎng)景2中三種路由協(xié)議性能比較

圖2是在場(chǎng)景2中AODV、AntRouting、GSORM三種路由協(xié)議的數(shù)據(jù)包成功傳送率、端到端時(shí)間以及網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間的比較。CBR信源發(fā)包速率從1 packets/s增加到5 packets/s。隨著發(fā)包速率的增加，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載隨之增大，因而三種協(xié)議的數(shù)據(jù)包成功傳送率隨發(fā)包速率的增加而下降，端到端時(shí)延隨發(fā)包速率的增加而增加，網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間隨發(fā)包速率的增加而減少。從圖2中可以看到，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載增大的情況下，GSORM協(xié)議獲得了比AntRouting協(xié)議及AODV協(xié)議更好的性能。GSORM協(xié)議及AntRouting協(xié)議由于都采取了主動(dòng)路由維護(hù)機(jī)制，即在路由發(fā)現(xiàn)階段，目的節(jié)點(diǎn)會(huì)向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息以對(duì)路由信息進(jìn)行確認(rèn)及維護(hù)，因此可以保證節(jié)點(diǎn)所存儲(chǔ)的路由表能夠更及時(shí)的得到更新，因而兩者的網(wǎng)絡(luò)性能在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載增大的情況下均優(yōu)于AODV協(xié)議。而GSORM協(xié)議在路由發(fā)現(xiàn)及維護(hù)階段，總是尋求移動(dòng)速度慢、擁塞程度低、能量較高、距離較近的路由，因此GSORM協(xié)議性能穩(wěn)定，更能夠適應(yīng)負(fù)載較大的網(wǎng)絡(luò)，體現(xiàn)出比AntRouting協(xié)議更好的靈活性。

4　結(jié)束語

本文提出了無線自組網(wǎng)中一種基于螢火蟲GSO優(yōu)化的路由協(xié)議GSORM，協(xié)議將節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)速度、節(jié)點(diǎn)的擁塞程度、節(jié)點(diǎn)的剩余能量以及節(jié)點(diǎn)之間的距離結(jié)合起來與路由選擇規(guī)則相關(guān)聯(lián)，通過駐留螢火蟲、搜索螢火蟲及回溯螢火蟲進(jìn)行按需路由的優(yōu)化選擇，無須額外傳送大量的控制分組。每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)多條雙向冗余路徑，提高了協(xié)議的自適應(yīng)性及可靠性。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在不同移動(dòng)性及負(fù)載的無線自組網(wǎng)中，從數(shù)據(jù)包成功傳送率、端到端時(shí)間以及網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間三個(gè)指標(biāo)來看，GSORM的性能均要優(yōu)于AODV協(xié)議及AntRouting協(xié)議。下一步需要對(duì)ρ、r、α、βe、βc、ω及σ等參數(shù)的取值進(jìn)行仿真和理論研究，確定參數(shù)因子對(duì)于GSORM協(xié)議性能的影響程度，以體現(xiàn)GSORM協(xié)議在不同環(huán)境中的特性。

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(責(zé)任編輯陳葵晞)

桂林市科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目《機(jī)器人焊接的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究與實(shí)踐》(2013-0102-6)；廣西高校科研項(xiàng)目《基于跨層協(xié)作的無線自組網(wǎng)能量控制研究》(201204LX522)；桂林航天工業(yè)學(xué)院科研基金資助項(xiàng)目《VANET中基于位置的安全路由協(xié)議研究》(Y12Z030)。

TN929.5

A

2095-4859(2016)02-0149-06

**作者簡(jiǎn)介：覃科，女，湖北松滋人。碩士，講師。研究方向：無線自組網(wǎng)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化及仿真技術(shù)。