無線自組織網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)研究*

楊澤輝，馮耀玲

(1.山西財政稅務(wù)專科學(xué)校經(jīng)濟信息系，山西太原030024;2.中北大學(xué)儀器科學(xué)與動態(tài)測試教育部重點實驗室，山西太原030051)

0 引言

由于有線通信方式對應(yīng)用范圍的限制，無線技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，無線自組織網(wǎng)絡(luò)開始逐漸出現(xiàn)在人們的視野。無線自組織網(wǎng)絡(luò)(Ad hoc Network)也稱為多跳無線網(wǎng)(Multi－h(huán)op Wireless Network)。指在任何時刻、任何地點快速構(gòu)建起一個移動通信網(wǎng)絡(luò)，并且不需要現(xiàn)有信息基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的支持。在所組的網(wǎng)絡(luò)中，每個終端可以自由移動，地位相等，是一個多跳臨時性無中心網(wǎng)絡(luò)。因此，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點之間并不一定存在直接的連接，當(dāng)不相鄰的節(jié)點之間有數(shù)據(jù)要傳輸時，就要預(yù)先為數(shù)據(jù)的傳輸在源節(jié)點和目的節(jié)點之間尋找一條可用的路徑，(即路由的過程)。數(shù)據(jù)的源節(jié)點必須按此路徑通過中轉(zhuǎn)節(jié)點將數(shù)據(jù)發(fā)送給目的節(jié)點。

1 路由協(xié)議的分類

無線自組織網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，節(jié)點間的無線鏈路及由此而形成的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)隨節(jié)點的位置分布和移動，信道的變化等因素呈現(xiàn)出動態(tài)變化的特性。有線網(wǎng)絡(luò)的路由技術(shù)完全無法直接移植到無線網(wǎng)絡(luò)中來。按照路由協(xié)議建立和維護方式的不同，可以將無線自組織網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議分為3類，先應(yīng)式路由協(xié)議，反應(yīng)式路由協(xié)議和混合式路由協(xié)議(如表1)。

表1 無線路由協(xié)議的分類

1.1 主動路由協(xié)議

主動路由協(xié)議也被稱為表驅(qū)動路由(Table Driven)協(xié)議、先應(yīng)式路由協(xié)議。在主動路由協(xié)議中，網(wǎng)絡(luò)中每一個節(jié)點都要周期性地向其他節(jié)點交換路由信息，并且每一個節(jié)點都要保存路由表。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，節(jié)點就在全網(wǎng)內(nèi)廣播路由更新信息，這樣每一個節(jié)點就能連續(xù)不斷地獲得網(wǎng)絡(luò)信息。

典型的表驅(qū)動距離向量路由協(xié)議有DSDV(Dynamic Source Routing protocol)。其路由更新既是時間驅(qū)動的，周期性更新路由信息，又是事件驅(qū)動的，可及時反應(yīng)拓撲變化。在具體環(huán)境下，需要在實時性和減少開銷之間取得平衡，尤其是在不可靠環(huán)境，拓撲頻繁變化的網(wǎng)絡(luò)中，可考慮只依靠周期性更新。所以，DSDV不適應(yīng)快速變化的自組網(wǎng)，也不支持單向信道。

1.2 按需求發(fā)起的路由協(xié)議

按需求發(fā)起的路由協(xié)議也叫被動路由、反應(yīng)式路由協(xié)議。按需路由協(xié)議是根據(jù)需要來發(fā)起路由查找，當(dāng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，路由表中又沒有有效的路由，此時源節(jié)點才會向整網(wǎng)廣播，且尋找的節(jié)點。

1.3 混合路由協(xié)議

混合路由協(xié)議是指由于自組網(wǎng)規(guī)模增加時，平面路由方案因鏈接和處理開銷的增大而變得不適用的情況下采用分級(層、群)路由方案來得到可擴展的有效路由。典型的混合路由協(xié)議如:ABR等。

2 仿真實驗

本文著重對DSDV和AODV進行比較分析，在相同節(jié)點數(shù)和拓撲結(jié)構(gòu)下，通過對比延時率、丟包率以及吞吐量來比較這兩種協(xié)議的優(yōu)劣。

定義8個節(jié)點，初始化后從130 s開始建立路由，傳輸數(shù)據(jù)。在250 s時初始節(jié)點開始無規(guī)律移動，且不間斷傳輸數(shù)據(jù)。

2.1 延時對比

對比圖1和圖2，在130 s時，0節(jié)點開始發(fā)包，DSDV因為之前已經(jīng)交換了路由信息，所以延時很小就開始發(fā)送數(shù)據(jù)包，而AODV在130 s時才開始廣播尋找路由路徑所以延時明顯增加。直到250 s，兩組數(shù)據(jù)傳輸都比較穩(wěn)定。在250 s后，由于節(jié)點開始移動，使得路由路線頻繁變換，當(dāng)節(jié)點到達相對位置后兩組又開始尋找路徑。DSDV必須定時與臨近節(jié)點交換路由信息，一個還沒有找到路由的分組到達該節(jié)點后將先被緩存，同時節(jié)點將發(fā)送路由查詢消息，直到接收到來自接收端的路由響應(yīng)消息，所以開銷比較大，直到300 s后才找到路徑，開始傳輸數(shù)據(jù)。而AODV源節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)前先廣播一個路由請求消息，在附近的節(jié)點收到后將再次發(fā)出廣播，直到請求消息到達目的節(jié)點或到達知道目的節(jié)點路由地址的中間節(jié)點，目的節(jié)點或中間節(jié)點沿原來路徑返回響應(yīng)消息，開銷比較小，所以到了260 s之后就已經(jīng)找到了路徑，開始傳輸。

圖1 DSDV協(xié)議延時圖像

圖2 AODV協(xié)議延時圖像

2.2 丟包率對比

對比圖3和圖4，DSDV在250 s之前基本沒有丟包，數(shù)據(jù)傳輸相對穩(wěn)定。而AODV在150 s之前未建立完整路由時丟包比較嚴重。在250 s以后，隨著節(jié)點開始移動，在移動情況下，DSDV協(xié)議的丟包率明顯大于AODV，證明在移動情況下AODV開銷小于DSDV。移動情況下，按需式路由協(xié)議優(yōu)于主動式路由協(xié)議。

圖3 DSDV協(xié)議丟包圖像

圖4 AODV協(xié)議丟包圖像

2.3 吞吐量對比

對比圖5和圖6，在250 s之前，兩者吞吐量都相對穩(wěn)定，但是在250 s之后，由于節(jié)點的移動，DSDV在移動停止過后有一次比較長時間的吞吐量為0，這段時間DSDV協(xié)議在尋找路由路徑，沒有發(fā)包，而AODV協(xié)議只過了很少時間就找到了路由路徑。這說明了移動條件下AODV協(xié)議比DSDV協(xié)議速度快。

圖5 DSDV協(xié)議吞吐量圖像

圖6 AODV協(xié)議吞吐量圖像

3 結(jié)論

通過對比典型主動路由協(xié)議DSDV和典型按需路由協(xié)議AODV的延時率、丟包率以及吞吐量的數(shù)據(jù)得知，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓撲頻繁變化時，按需路由協(xié)議的性能優(yōu)于主動路由協(xié)議;當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓撲變化相對較慢時，主動路由協(xié)議的性能優(yōu)于按需路由協(xié)議。

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