無(wú)線雙通道Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)分層路由協(xié)議設(shè)計(jì)與分析

杜傳報(bào) 全厚德 李召瑞 崔佩璋

大規(guī)模戰(zhàn)術(shù)場(chǎng)景應(yīng)用下,DCN通常使用基于全連通子網(wǎng)的分層分布式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[1],設(shè)計(jì)合適的分層路由協(xié)議成為關(guān)注對(duì)象.基于分層分布式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究很多,主要有簇頭網(wǎng)關(guān)交換路由CGSR[2]、分布式核心抽取Ad Hoc路由CEDAR[3]、區(qū)域路由協(xié)議ZRP[4]、分簇結(jié)構(gòu)路由協(xié)議CBRP[5]、區(qū)域分層鏈路狀態(tài)ZHLS[6]、開(kāi)放最短路徑OSPF[7]、分簇發(fā)布/訂閱路由CPSR[8]和大規(guī)模MANET分層共享路由LSRM 模型[9]等協(xié)議.CGSR要求簇內(nèi)使用TDMA和簇間使用CDMA多址接入?yún)f(xié)議,CEDAR使用最小連通支配集構(gòu)建虛擬核心結(jié)構(gòu)傳輸路由,ZRP是基于混合表驅(qū)和按需路由思想實(shí)現(xiàn)路由尋找,CBRP基于表驅(qū)策略利用鄰跳拓?fù)湫畔?shí)現(xiàn)路由查找,ZHLS需要使用GPS定位設(shè)備完成尋路.CPSR引入發(fā)布/訂閱樹(shù)規(guī)則,通過(guò)使用以內(nèi)容為基礎(chǔ)的路由方式轉(zhuǎn)發(fā)事件以避免過(guò)高的路由開(kāi)銷.LSRM是在網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上構(gòu)造P2P邏輯覆蓋環(huán)以提高路由效率和網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性.依據(jù)DCN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn),將借鑒CBRP路由設(shè)計(jì)思想,設(shè)計(jì)符合DCN網(wǎng)絡(luò)的分層路由協(xié)議.

本文設(shè)計(jì)了一種面向基于分層拓?fù)涞碾p通道網(wǎng)絡(luò)分層路由協(xié)議(Dual-channel network clustered routing protocol,DNCRP).簇內(nèi)路由,由于子簇為全連通網(wǎng)絡(luò),簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)1跳可達(dá),則簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)直接進(jìn)入DNCRP的數(shù)據(jù)通道分配階段.簇間通信,DNCRP使用2跳鄰簇信息和節(jié)點(diǎn)信息以表驅(qū)方式完成基于源簇的2跳鄰簇內(nèi)簇間路由尋找,使用基于總簇首的拓?fù)湫畔⒂?jì)算和AODV混合方式完成2跳鄰簇外簇間路由尋找.最后使用OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真軟件仿真DNCRP.仿真結(jié)果表明DCN路由具有優(yōu)越的端到端時(shí)延和網(wǎng)絡(luò)吞吐量.

1 無(wú)線雙通道網(wǎng)絡(luò)

戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)中群網(wǎng)內(nèi)部的子網(wǎng)區(qū)分通常使用碼分組網(wǎng)方式,其使用的跳頻序列本質(zhì)是時(shí)頻序列,代表的時(shí)頻資源稱為碼分資源.以正交同步組網(wǎng)為例,實(shí)際使用的子網(wǎng)數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于可用的正交跳頻序列數(shù)目,造成碼分資源的嚴(yán)重浪費(fèi).如圖1所示,群網(wǎng)1頻率集為{f0,f1,f2,...,fn?1},頻率集數(shù)目為n,組網(wǎng)容量為n,子網(wǎng)數(shù)目為m,序列m+1～m為空閑碼分資源.

圖1 空閑碼分資源示意圖

雙通道網(wǎng)絡(luò)[10]使用分簇結(jié)構(gòu),每個(gè)子簇為全連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),由子簇頭節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成虛擬骨干網(wǎng)絡(luò).子簇簇頭節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)維護(hù)本簇管理信息,網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)連接相鄰簇間的通信,虛擬骨干網(wǎng)絡(luò)選舉出一個(gè)總簇首節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)全網(wǎng)管理信息的維護(hù).節(jié)點(diǎn)通過(guò)時(shí)分機(jī)制切換收發(fā)信機(jī)完成控制通道和數(shù)據(jù)通道的轉(zhuǎn)換.全網(wǎng)管理、路由等維護(hù)信息均在控制通道上傳輸,數(shù)據(jù)通道只傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù).同時(shí),傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的路由上所有節(jié)點(diǎn)的收發(fā)機(jī)信道切換至數(shù)據(jù)通道,并固定周期返回到控制通道收發(fā)相關(guān)控制信息分組;無(wú)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的節(jié)點(diǎn)收發(fā)機(jī)信道一直停留在控制通道上收發(fā)控制分組.圖2為分層分布式DCN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖,其中上層虛擬骨干網(wǎng)絡(luò)由各子簇簇首和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成,實(shí)線為數(shù)據(jù)通道,虛線為控制通道.

2 DNCRP協(xié)議設(shè)計(jì)

由于子簇為單跳網(wǎng)絡(luò),DNCRP協(xié)議不考慮簇內(nèi)路由尋找,僅考慮簇間路由尋找.其中,DNCRP使用鄰簇信息表(Neighbor cluster information table,NCIT)記錄2跳鄰簇范圍內(nèi)的相鄰子簇ID號(hào),使用節(jié)點(diǎn)信息表(Node information table,NIT)記錄全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)所屬子簇ID號(hào),并且總簇首節(jié)點(diǎn)使用簇信息表(Cluster information table,CIT)記錄所有子簇的鄰簇關(guān)系,使用簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)信息表(Intracluster node information table,INIT)記錄子簇內(nèi)部節(jié)點(diǎn)狀態(tài)屬性.不同于傳統(tǒng)分簇路由協(xié)議,DNCRP的路由發(fā)現(xiàn)將目的節(jié)點(diǎn)的路徑尋找轉(zhuǎn)換為對(duì)其所屬子簇的路徑尋找.簇間路由發(fā)現(xiàn)時(shí),2跳鄰簇范圍內(nèi)的目的節(jié)點(diǎn)路由尋找使用基于源簇的2跳鄰簇拓?fù)湫畔⒉檎耀@得;兩跳范圍之外的路由尋找使用基于總簇首的拓?fù)湫畔⒙酚捎?jì)算和AODV路由尋找的混合方式實(shí)現(xiàn).由于戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景和指揮隸屬關(guān)系的特定限制,雙通道網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)主要為簇內(nèi)通信,而簇間通信業(yè)務(wù)則主要以2跳范圍內(nèi)友鄰單位間通信為主.因此,AODV路由尋找只有在基于總簇首路由計(jì)算方法尋路失敗時(shí)才作為補(bǔ)充路由策略啟動(dòng)使用.DNCRP協(xié)議主要分為主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒏?、路由發(fā)現(xiàn)、數(shù)據(jù)通道分配和路由維護(hù)組成,均是在節(jié)點(diǎn)切換在控制通道上完成信息交換.以下為協(xié)議主要工作流程.

圖2 分層分布式DCN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.1 主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

總簇首節(jié)點(diǎn)維護(hù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為CIT和NIT,子簇首節(jié)點(diǎn)維護(hù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為NCIT、INIT和NIT,每個(gè)節(jié)點(diǎn)均維護(hù)INIT.

每個(gè)子簇首節(jié)點(diǎn)維護(hù)一張NCIT,其表達(dá)式為

式(1)表示該子簇在2跳鄰簇范圍內(nèi)的所有子簇ID,其中i∈Num1hopnc表示子簇的1跳鄰簇范圍內(nèi)的子簇ID,j∈Num2hopncid1i表示該子簇1跳鄰簇ncid1i的所有鄰簇ID,ti表示最近更新時(shí)間.鄰簇信息表是通過(guò)簇首間的Hello分組定期完成信息交換更新,如果ti大于更新時(shí)間門限,則主動(dòng)向1跳鄰簇i發(fā)送簇信息更新請(qǐng)求.以簇為單位的k跳鄰簇范圍示意見(jiàn)圖3,其中簇2是簇1的1跳鄰簇,簇3是簇1的2跳鄰簇.

每個(gè)子簇首節(jié)點(diǎn)和簇內(nèi)其他節(jié)點(diǎn)維護(hù)一張INIT, 表達(dá)式為表示該子簇簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)ID和節(jié)點(diǎn)狀態(tài)類型stat,ti表示最近更新時(shí)間,Numintrac表示簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)目.當(dāng)簇內(nèi)某節(jié)點(diǎn)離開(kāi)此簇或進(jìn)行控制通道和數(shù)據(jù)信道之間的信道切換時(shí),均需要向該簇首節(jié)點(diǎn)發(fā)送狀態(tài)更新分組.若ti大于更新時(shí)間門限,則節(jié)點(diǎn)i可能出現(xiàn)故障或關(guān)機(jī)等問(wèn)題,需要主動(dòng)向此節(jié)點(diǎn)發(fā)送探測(cè)分組.

上述信息表更新均是相關(guān)節(jié)點(diǎn)在控制通道完成節(jié)點(diǎn)狀態(tài)探測(cè)和收發(fā).限于文章篇幅,具體更新過(guò)程略去.

圖3 k跳鄰簇范圍示意圖

2.2 路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程

源節(jié)點(diǎn)A發(fā)起到目的節(jié)點(diǎn)B的路由發(fā)現(xiàn)時(shí),主要的路由控制分組格式見(jiàn)表1.路由發(fā)現(xiàn)流程如圖4所示,具體步驟如下.

步驟1.源節(jié)點(diǎn)A查其簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)信息表INIT:若B不是簇內(nèi)節(jié)點(diǎn),則向其簇首節(jié)點(diǎn)(源簇首節(jié)點(diǎn))發(fā)送路由申請(qǐng)分組RREQ_OCH,到步驟2;否則,源目節(jié)點(diǎn)1跳可達(dá),直接進(jìn)入數(shù)據(jù)信道分配階段.

表1 路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程中的主要控制分組格式

圖4 DNCRP路由發(fā)現(xiàn)流程

步驟2.源簇首節(jié)點(diǎn)收到RREQ-OCH分組后,查找節(jié)點(diǎn)信息表NIT,獲取目的節(jié)點(diǎn)B所屬的目的簇ID,檢查鄰簇信息表NCIT:若目的簇為2跳內(nèi)鄰簇,到步驟3;否則,到步驟4.

步驟3.源簇首節(jié)點(diǎn)根據(jù)NCIT計(jì)算出2跳的源目簇路徑(即簇路由表),向目的簇發(fā)起RREQ-DCH分組.目的簇收到該分組后,檢查INIT:若節(jié)點(diǎn)B狀態(tài)為空閑或其數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)低于節(jié)點(diǎn)A發(fā)起的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),則進(jìn)入數(shù)據(jù)通道分配階段,到步驟6;若節(jié)點(diǎn)B的現(xiàn)有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)和發(fā)起的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)相等,且節(jié)點(diǎn)B狀態(tài)不是交叉節(jié)點(diǎn),則設(shè)定B為交叉中繼節(jié)點(diǎn),同時(shí)進(jìn)行原有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和發(fā)起數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的雙數(shù)據(jù)通道通信,進(jìn)入數(shù)據(jù)通道分配階段,到步驟6;否則,沿反向路徑向源簇返回RREP-FL分組,源簇首節(jié)點(diǎn)向節(jié)點(diǎn)A發(fā)送RREP-FL分組.若找不到目的簇,則說(shuō)明NCIT信息過(guò)時(shí),向源簇首節(jié)點(diǎn)返回RREP-FL分組.源簇首節(jié)點(diǎn)收到RREP-FL分組后,到步驟4.

步驟4.源簇首節(jié)點(diǎn)向總簇首節(jié)點(diǎn)發(fā)送路由申請(qǐng)分組RREQ-CCH.總簇首節(jié)點(diǎn)檢查簇信息表CIT,計(jì)算出源目簇路徑,返回給源簇RREP-CCH.源簇首節(jié)點(diǎn)向目的簇發(fā)起RREQ-DCH分組.目的簇收到該分組后,檢查INIT:若節(jié)點(diǎn)B狀態(tài)為空閑或其數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)低于節(jié)點(diǎn)A發(fā)起的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),則進(jìn)入數(shù)據(jù)通道分配階段,到步驟6;若節(jié)點(diǎn)B現(xiàn)有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)和新建數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)相等,并且節(jié)點(diǎn)B不是交叉節(jié)點(diǎn),則進(jìn)入數(shù)據(jù)通道分配階段,到步驟6;否則,沿反向路徑向源簇返回RREP-FL分組,源簇首節(jié)點(diǎn)向節(jié)點(diǎn)A發(fā)送RREP-FL分組.若找不到目的簇,則說(shuō)明NCIT信息過(guò)時(shí),向源簇首節(jié)點(diǎn)返回RREP-FL分組,到步驟5.

步驟5.若因?yàn)橄嚓P(guān)管理信息表項(xiàng)失效而導(dǎo)致尋找不到目的簇,則通過(guò)使用和AODV協(xié)議類似的按需路由尋找方法進(jìn)行泛洪式尋找目的簇,具體過(guò)程略,詳見(jiàn)文獻(xiàn)[11].找到目的簇后,到步驟6.

步驟6.路由尋找結(jié)束,進(jìn)入數(shù)據(jù)通道分配階段.方案規(guī)定節(jié)點(diǎn)的通信狀態(tài)為空閑、數(shù)據(jù)通信狀態(tài);交叉節(jié)點(diǎn).其中,交叉節(jié)點(diǎn)最多只能同時(shí)中繼兩條數(shù)據(jù)通道.

2.3 數(shù)據(jù)通道分配

當(dāng)路由發(fā)現(xiàn)結(jié)束時(shí),即目的簇確認(rèn)節(jié)點(diǎn)B可以進(jìn)行新數(shù)據(jù)通道的建立時(shí),目的簇向總簇首發(fā)送RREQ-SeqID分組.總簇首根據(jù)可用碼分資源池中剩余跳頻序列,攜帶預(yù)分配序列ID向節(jié)點(diǎn)B發(fā)送RREP-SeqID分組.節(jié)點(diǎn)B收到RREP-SeqID后,向源節(jié)點(diǎn)A發(fā)送RREP-SC分組,沿反向簇路由逐跳尋找前后簇的空閑網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn),分組中須攜帶序列ID、信道切換起始時(shí)間和反向簇路由.中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)RREP-SC分組時(shí),RREP-SC分組將更改最新的到目的節(jié)點(diǎn)的前向路由.被選為該數(shù)據(jù)通道的中繼節(jié)點(diǎn),將根據(jù)RREP-SC分組中的前向路由信息更新自身路由表中關(guān)于該數(shù)據(jù)通道的路由表項(xiàng).源節(jié)點(diǎn)收到該分組時(shí),通過(guò)源簇首節(jié)點(diǎn)向總簇首節(jié)點(diǎn)報(bào)告數(shù)據(jù)通道分配完畢的分組COMPLETE,開(kāi)始在約定的信道切換起始時(shí)間,路由上的所有節(jié)點(diǎn)同時(shí)將收發(fā)機(jī)切換到預(yù)分配的序列上,開(kāi)始數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通信.為了更加形象說(shuō)明數(shù)據(jù)通道分配過(guò)程,以源節(jié)點(diǎn)A和目的節(jié)點(diǎn)B的數(shù)據(jù)通道分配為例,如圖5所示.

若源目節(jié)點(diǎn)位于相同子簇,則簇首節(jié)點(diǎn)向總簇首發(fā)送RREQ-SEQSPECIAL分組,總簇首通過(guò)源簇首節(jié)點(diǎn)向節(jié)點(diǎn)B發(fā)送RREP-SeqID分組.節(jié)點(diǎn)B再向源節(jié)點(diǎn)A發(fā)送RREP-SCSPECIAL分組,源節(jié)點(diǎn)A收到此分組后的后續(xù)處理過(guò)程同多跳路由處理過(guò)程.主要控制分組格式見(jiàn)表2.

圖5 數(shù)據(jù)通道分配舉例

2.4 路由維護(hù)

在源目節(jié)點(diǎn)使用數(shù)據(jù)通道通信時(shí),通道上所有節(jié)點(diǎn)必須固定時(shí)間間隔同時(shí)將收發(fā)機(jī)切換至控制通道,完成控制管理信息的交互,比如了解是否有更高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)需要使用數(shù)據(jù)通道上的某個(gè)節(jié)點(diǎn).方案規(guī)定只要是節(jié)點(diǎn)切換信道,必須及時(shí)向所在子簇首節(jié)點(diǎn)發(fā)送狀態(tài)更新分組,如:1)當(dāng)節(jié)點(diǎn)從控制信道切入數(shù)據(jù)通道前,須向子簇首節(jié)點(diǎn)發(fā)送狀態(tài)更新分組;2)當(dāng)節(jié)點(diǎn)從數(shù)據(jù)通道切入到控制信道后,須向子簇首節(jié)點(diǎn)立即發(fā)送狀態(tài)更新分組.數(shù)據(jù)通道上的時(shí)間同步由源節(jié)點(diǎn)定期發(fā)送同步校準(zhǔn)信號(hào)至目的節(jié)點(diǎn),完成通道上所有節(jié)點(diǎn)的時(shí)間精準(zhǔn)同步.假設(shè)某數(shù)據(jù)通道路由表為A?→C?→D?→E?→B,如果中繼節(jié)點(diǎn)D出現(xiàn)故障、重啟等原因,上一跳節(jié)點(diǎn)C聯(lián)系不到節(jié)點(diǎn)D時(shí),則節(jié)點(diǎn)C在下一個(gè)控制通道周期內(nèi),向此節(jié)點(diǎn)D發(fā)送攜帶序列ID、信道切換時(shí)間和路由表項(xiàng)的問(wèn)詢分組RREQ-REPAIR1,若是收到節(jié)點(diǎn)D的RREP-REPAIR1時(shí),則修復(fù)成功;否則,認(rèn)定節(jié)點(diǎn)D消失,同時(shí)向和節(jié)點(diǎn)D所屬同簇且功能相同的空閑網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送RREQ-REPAIR2分組,尋找能夠連接到節(jié)點(diǎn)E的中間路徑,如果找到某節(jié)點(diǎn)F可連接到節(jié)點(diǎn)E,則節(jié)點(diǎn)F向節(jié)點(diǎn)C發(fā)送RREP-REPAIR2,則數(shù)據(jù)通道路由表改為A?→C?→F?→E?→B,同時(shí)節(jié)點(diǎn)C向源節(jié)點(diǎn)A返回?cái)y帶最新路由的REPAIR-SC分組,完成路由修復(fù).如果上述修復(fù)均未能實(shí)現(xiàn),則節(jié)點(diǎn)C向源節(jié)點(diǎn)A返回錯(cuò)誤分組RERR-SN,收到該分組的上游路由節(jié)點(diǎn)均釋放現(xiàn)有信道資源并返回控制通道,源節(jié)點(diǎn)A重啟路由發(fā)現(xiàn);而中繼節(jié)點(diǎn)E在一段時(shí)間未收到上一跳節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分組后,認(rèn)為路由失效,同時(shí)向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送錯(cuò)誤分組RERR-DN,釋放信道資源,收到RERR-DN的路由節(jié)點(diǎn)均切換至控制通道.如果該路由上有交叉節(jié)點(diǎn),則交叉節(jié)點(diǎn)收到錯(cuò)誤分組后僅撤銷故障路由并轉(zhuǎn)到另一條數(shù)據(jù)通道上收發(fā)數(shù)據(jù),并在下一個(gè)控制通道周期內(nèi)向其子簇首節(jié)點(diǎn)更改節(jié)點(diǎn)狀態(tài).主要控制分組格式見(jiàn)表3.

表2 數(shù)據(jù)信道分配階段主要控制分組格式

表3 路由維護(hù)主要分組格式

3 仿真和分析

本節(jié)使用OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真軟件對(duì)DNCRP協(xié)議進(jìn)行了性能仿真,并和典型分層路由CBRP分別從平均端到傳輸時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)吞吐量等性能參數(shù)角度進(jìn)行了性能比較.網(wǎng)絡(luò)仿真場(chǎng)景選擇超短波戰(zhàn)術(shù)電臺(tái)組網(wǎng)下的典型參數(shù)配置.網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍在40×40km2的戰(zhàn)場(chǎng)區(qū)域,節(jié)點(diǎn)傳輸范圍為5km,節(jié)點(diǎn)數(shù)目為100,平均分布在10個(gè)子網(wǎng)中.節(jié)點(diǎn)工作頻段為30MHz～87.975MHz,信道帶寬為64Kbps,跳速為200跳/s,頻率集數(shù)目256,數(shù)據(jù)分組長(zhǎng)度為128B,控制分組為128bit,信道切換時(shí)延為80ms,可用信道數(shù)目受DCN網(wǎng)絡(luò)控制通道信道帶寬和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)控制分組帶寬的比值決定,這里設(shè)可用信道數(shù)目為80.物理層采用Two-Ray傳播模型,節(jié)點(diǎn)使用參考點(diǎn)群組移動(dòng)模型[10](Reference Point Group model,RPGM)跟隨群組低速移動(dòng),鏈路層使用IEEE 802.11 DCF協(xié)議.網(wǎng)絡(luò)使用基于CBR模型的業(yè)務(wù)流,其主要用于具有實(shí)時(shí)性傳輸質(zhì)量要求的話音傳輸過(guò)程中,并且業(yè)務(wù)類型主要分為簇內(nèi)通信業(yè)務(wù)和簇間通信業(yè)務(wù)兩種,其業(yè)務(wù)生成速率、業(yè)務(wù)數(shù)目、業(yè)務(wù)類型等根據(jù)具體的性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定.網(wǎng)絡(luò)使用正交同步組網(wǎng)方式,跳頻序列集為正交序列.CBRP應(yīng)用于傳統(tǒng)的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,子網(wǎng)數(shù)目和雙通道網(wǎng)絡(luò)相同,但所有子網(wǎng)均使用同1條跳頻序列,便于實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)網(wǎng)間通信.再者,傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)鏈路層使用IEEE 802.11 DCF協(xié)議.

首先分析網(wǎng)絡(luò)性能隨業(yè)務(wù)流速率的變化情況.設(shè)網(wǎng)絡(luò)有10條簇內(nèi)業(yè)務(wù)流和10條簇間業(yè)務(wù)流,業(yè)務(wù)流速率變化范圍為512bps、1024bps、2048bps、4096bps、8192bps、16384bps和32768bps,業(yè)務(wù)流分布均勻,節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速率為0m/s.網(wǎng)絡(luò)性能仿真結(jié)果取10次獨(dú)立仿真運(yùn)行后的性能參數(shù)結(jié)果平均值,仿真結(jié)果如圖6和圖7所示.

據(jù)圖6可知,當(dāng)業(yè)務(wù)流最大速率32768bps滿足單條跳頻序列的信道帶寬并且業(yè)務(wù)流網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于DCN網(wǎng)絡(luò)控制通道信道帶寬時(shí),業(yè)務(wù)流速率對(duì)DNCRP協(xié)議的平均端到端時(shí)延影響很小.相反,由于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)所有業(yè)務(wù)競(jìng)爭(zhēng)相同跳頻序列的信道帶寬資源,故隨業(yè)務(wù)流速率增加業(yè)務(wù)的平均端到端傳輸時(shí)延快速增加,影響業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)性能.據(jù)圖7可知,由于DCN每條業(yè)務(wù)獨(dú)自使用一條跳頻序列的信道帶寬,故業(yè)務(wù)流速率小于信道帶寬時(shí),DNCRP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)吞吐量增加顯著.相反,CBRP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)吞吐量在業(yè)務(wù)速率較小時(shí)呈增加態(tài)勢(shì),當(dāng)業(yè)務(wù)速率過(guò)大時(shí),會(huì)產(chǎn)生更多的分組沖突,網(wǎng)絡(luò)總業(yè)務(wù)負(fù)載趨于飽和,網(wǎng)絡(luò)吞吐量趨于穩(wěn)定.

圖6 平均端到端時(shí)延VS業(yè)務(wù)流速率

圖7 網(wǎng)絡(luò)吞吐量VS業(yè)務(wù)流速率

其次分析網(wǎng)絡(luò)性能隨業(yè)務(wù)流數(shù)目的變化情況.業(yè)務(wù)流速率為4096bps,業(yè)務(wù)流數(shù)目分別為4、8、12、16、20、25和30,其中簇內(nèi)和簇間業(yè)務(wù)流數(shù)目相同,業(yè)務(wù)流分布均勻,節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速率為0m/s.取10次網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行結(jié)果的平均值作為仿真結(jié)果,如圖8和圖9所示.

據(jù)圖8、圖9可知,當(dāng)業(yè)務(wù)流速率小于信道帶寬,業(yè)務(wù)流數(shù)目小于DCN網(wǎng)絡(luò)可用信道數(shù)目時(shí),DNCRP的平均端到端傳輸時(shí)延不隨業(yè)務(wù)流數(shù)目變化,而網(wǎng)絡(luò)吞吐量隨業(yè)務(wù)流數(shù)目增加快速上升.相反,傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)由于競(jìng)爭(zhēng)信道資源的業(yè)務(wù)數(shù)目增多,分組沖突加劇,網(wǎng)絡(luò)趨于飽和,平均端到端時(shí)延增加,網(wǎng)絡(luò)吞吐量逐漸趨于平緩.因此,DNCRP協(xié)議在高業(yè)務(wù)負(fù)載條件下具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì).

圖8 平均端到端時(shí)延VS業(yè)務(wù)流數(shù)目

圖9 網(wǎng)絡(luò)吞吐量VS業(yè)務(wù)流數(shù)目

4 結(jié)論

本文針對(duì)分層分布式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無(wú)線雙通道網(wǎng)絡(luò)提出了一種新的分層路由協(xié)議DNCRP,該協(xié)議在傳統(tǒng)分層協(xié)議CBRP基礎(chǔ)上改進(jìn)設(shè)計(jì)而成.DNCRP協(xié)議借鑒混合表驅(qū)按需路由思想,充分利用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟阎畔?完成簇間通信路由尋路.仿真結(jié)果顯示,在高業(yè)務(wù)負(fù)載條件和低速拓?fù)渥兓瘲l件下,DNCRP協(xié)議由于利用了多條空閑跳頻序列而具有更低的平均端到端傳輸時(shí)延和更高的網(wǎng)絡(luò)吞吐量.