方明清 丁剛毅 趙艷玲

關(guān)鍵詞： 移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò); 按需矢量路由; 路徑權(quán)值; 鏈路穩(wěn)定性; 節(jié)點(diǎn)能量; 服務(wù)質(zhì)量

中圖分類號(hào)： TN711?34; TPT393 ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)： 1004?373X（2019）06?0047?04

Abstract： The ad hoc on?demand distance vector （AODV） routing is a typical routing in the mobile ad hoc network （MANET）. However， the shortest path is always selected for communication in AODV routing， which can lead to unbalanced traffic flow， or even congestions in the network， thus affecting the quality of service （QoS）. Therefore， a weight routing scheme based on the AODV is proposed， which is marked as AODV?W. In the AODV?W routing， the path transmission delay， link stability and node energy are considered to calculate the path weights， and the path with the minimum weight is selected as the data transmission channel. The experimental data shows that the proposed AODV?W routing can improve the data packet delivery ratio and network throughput.

Keywords： MANET; AODV; path weight; link stability; node energy; QoS

移動(dòng)自組織網(wǎng)（Mobile Ad hoc Network，MANET） [1?2]是無中心控制單元、并由節(jié)點(diǎn)自行構(gòu)建的無線網(wǎng)絡(luò)。由于節(jié)點(diǎn)可自由移動(dòng)，MANET網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚哂袆?dòng)態(tài)變化特性。而變化的拓?fù)涫沟镁W(wǎng)絡(luò)通信鏈路不穩(wěn)定。此外，節(jié)點(diǎn)的通信距離有限，節(jié)點(diǎn)需要通過多跳通信才能將數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁h(yuǎn)的目的節(jié)點(diǎn)。多跳通信是由一系列的中間節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)而形成的通信方式。當(dāng)擁有數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)（源節(jié)點(diǎn)）需要以多跳通信方式向遠(yuǎn)距離的目的節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)包時(shí)，源節(jié)點(diǎn)就需構(gòu)建一條合適的路徑[3]。實(shí)際上，此路徑也是由一系列的中間節(jié)點(diǎn)組成。構(gòu)建合適路徑的過程也稱為路由發(fā)現(xiàn)（Route?discovery）。然而，由于MANET的拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化、節(jié)點(diǎn)通信距離短等原因，有效地完成路由發(fā)現(xiàn)過程存在挑戰(zhàn)。

針對(duì)MANET網(wǎng)絡(luò)特性，研究人員提出許多路由協(xié)議[4?5]。這些協(xié)議可分為三類：按需路由、表格驅(qū)動(dòng)路由以及混合路由。這些路由均需要實(shí)施路由發(fā)現(xiàn)過程。

在表格驅(qū)動(dòng)路由中，節(jié)點(diǎn)需先獲取并維持路由信息，并且移動(dòng)節(jié)點(diǎn)能夠周期地共享路由信息。在按需路由中，僅當(dāng)節(jié)點(diǎn)需要傳輸數(shù)據(jù)包時(shí)[6?7]，它才建立路徑，節(jié)點(diǎn)無需預(yù)先維護(hù)路由信息，這也是按需路由的由來。而混合路由結(jié)合表格驅(qū)動(dòng)路由和按需路由這兩者特點(diǎn)。通常，混合路由將網(wǎng)絡(luò)劃分多個(gè)區(qū)域，在區(qū)域內(nèi)和區(qū)域間實(shí)施不同的路由發(fā)現(xiàn)策略。在區(qū)域內(nèi)實(shí)施表格驅(qū)動(dòng)路由[8]，而區(qū)域間實(shí)施按需路由，但是這種策略增加了路由開銷。

按需矢量路由（Ad Hoc On?demand Distance Vector，AODV）在MANET中廣泛使用。AODV路由利用控制包RREQ的傳遞，建立路徑。然而，現(xiàn)存的多數(shù)AODV路由在選擇路徑時(shí)只考慮單條鏈路的指標(biāo)，而并沒有充分考慮鏈路間指標(biāo)的一致性問題。此外，它們也沒有考慮到節(jié)點(diǎn)能量問題。

圖2顯示了路徑選擇示例。源節(jié)點(diǎn)1需向目的節(jié)點(diǎn)8傳輸數(shù)據(jù)包，先通過傳輸控制包RREQ獲取多條路徑信息，并計(jì)算每條路徑的權(quán)值，然后再選擇權(quán)值最小的路徑作為數(shù)據(jù)傳輸通道。

3 ?數(shù)值分析

3.1 ?仿真場(chǎng)景

利用NS2.35仿真軟件建立仿真平臺(tái)。N個(gè)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布于1 000 m×1 000 m區(qū)域，節(jié)點(diǎn)的傳輸范圍為250 m。具體的仿真參數(shù)如表1所示。

為更充分地分析AODV?W協(xié)議性能，選擇AODV[13]作為參照，并分析其數(shù)據(jù)包傳遞率、吞吐量的性能。

3.2 ?實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

首先分析節(jié)點(diǎn)數(shù)的變化對(duì)平均吞吐量的變化。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖3所示。

從圖3可知，當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)為50時(shí)，AODV?W和AODV路由的吞吐量達(dá)到最高。然而，當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)從50增加至150時(shí)，吞吐量也隨之下降。原因在于：當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)增加，參與路由的節(jié)點(diǎn)也隨之增加，節(jié)點(diǎn)能耗也增加，加速了節(jié)點(diǎn)能量消耗速度;同時(shí)，節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加會(huì)引起節(jié)點(diǎn)對(duì)信道資源的增加。最終，控制吞吐量。此外，與AODV路由相比，提出的AODV?W路由提高了網(wǎng)絡(luò)吞吐量。隨后，分析了節(jié)點(diǎn)數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)包傳遞率的變化。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4的曲線變化與圖3類似。當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)大于50時(shí)，數(shù)據(jù)包傳遞率隨節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加而下降。原因在于：當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)增加至一定數(shù)量后，再增加節(jié)點(diǎn)數(shù)，會(huì)引起數(shù)據(jù)包傳輸?shù)呐鲎?，最終，降低數(shù)據(jù)包傳遞率。與DSR路由相比，提出的AODV?W路由的數(shù)據(jù)包傳遞率得到有效提升。這主要是因?yàn)椋篈ODV?W路由在構(gòu)建路由時(shí)，考慮了節(jié)點(diǎn)能量和擁塞信息，避免了擁塞度高的、低能量節(jié)點(diǎn)構(gòu)建路由。

4 ?結(jié) ?語(yǔ)

針對(duì)MANET網(wǎng)絡(luò)并結(jié)合AODV，提出AODV?W路由。所提路由先利用AODV獲取多條路徑信息，再計(jì)算每條路徑的權(quán)值。此權(quán)值充分考慮了路徑內(nèi)各鏈路穩(wěn)定值、節(jié)點(diǎn)能量的一致性，其目的在于選擇最平衡的路徑作為數(shù)據(jù)傳輸通道。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，所提AODV?W路由有效地提高了數(shù)據(jù)包傳遞率，也增加了吞吐量。

參考文獻(xiàn)

[1] CHITRAXI R， URVIK U， TWINKLE M， et al. Simulation of VANET using ns?3 and SUMO [J]. International journal of advanced research in computer science and software engineering， 2014， 4（2）： 563?569.

[2] GORRIERI A， FERRARI G. Irresponsible AODV routing [J]. Vehicular communications， 2015， 2（1）： 47?57.

[3] DING Y， XU M， TIAN Y， et al. A BER and 2?hop routing information?based stable geographical routing protocol in MANETs for multimedia applications [J]. Wireless personal communications， 2016， 90（1）： 3?32.

[4] SARKAR N I， LOL W G. A study of MANET routing protocols： joint node density， packet length and mobility [C]// Proceedings of IEEE Symposium on Computers and Communications. Riccione： IEEE， 2010： 515?520.

[5] ABOLHASAN M， WYSOCKI T， DUTKIEWICZ E. A review of routing protocols for mobile ad hoc networks [J]. Ad hoc networks， 2014， 2（1）： 1?22.

[6] ABBAS N I， ILKAN M， OZEN E. Erratum to： fuzzy approach to improving route stability of the AODV routing protocol [J]. EURASIP journal on wireless communications and networking， 2015， 1（3）： 235?240.

[7] DHANALAKSHMI N， ALLI P. Efficient energy conservation in MANET using energy conserving advanced optimized link state routing model [J]. International journal of parallel， emergent and distributed systems， 2016， 31（5）： 469?480.

[8] CASTELLANOS W E， GUERRI J C， ARCE P. A QoS?aware routing protocol with adaptive feedback scheme for video streaming for mobile networks [J]. Computer communications， 2016， 77（5）： 10?25.

[9] TOH C K. Associativity?based routing for ad hoc mobile networks [J]. Wireless personal communications， 2013， 4（2）： 103?139.

[10] HAAS Z J， PEARLMAN M R. The performance of query control schemes for the zone routing protocol [J]. IEEE/ACM transactions on networking， 2001， 9（4）： 427?438.

[11] SIVAKUMAR R， SINHA P， BAHRGHAVAN V. CEDAR： a core?extraction distributed ad hoc routing algorithm [J]. IEEE journal on selected areas in communications， 2006， 17（8）： 1454?1465.

[12] TSENG Y C， NI S Y， CHEN Y S， et al. The broadcast storm problem in a mobile ad hoc network [J]. Wireless networks， 2002， 8（2）： 153?167.

[13] BASARKOD P， MANVI S. Mobility and QoS aware anycast routing in mobile ad hoc networks [J]. Computers and electrical engineering， 2015， 48（6）： 86?99.