適用于軍用無線的自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議研究

黃 剛

武警西藏總隊參謀部 西藏 拉薩 850000

0 引言

根據(jù)目前互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議作為目前市場內(nèi)數(shù)據(jù)傳播速度最快的工具，在提升通信網(wǎng)絡(luò)速度方面發(fā)揮了十分重要的作用[1]。在我國針對自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議研究中，主要是圍繞如何降低自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議端到端時延展開的，盡管能夠起到提升網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的作用，但在穩(wěn)定性方面存在明顯不足。而軍用無線對于自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議的穩(wěn)定性具有極高的要求，傳統(tǒng)自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議無法適用于軍用無線，因此，針對自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議的優(yōu)化設(shè)計是勢在必行的，也是近年來相關(guān)部門的重點研究內(nèi)容。相比于普通自組網(wǎng)，適用于軍用無線的自組網(wǎng)無線通信環(huán)境十分惡劣，受外界因素干擾較大，很容易出現(xiàn)斷鏈的現(xiàn)象，在極大程度上增加了自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議的通訊難度。針對自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議多徑特點，不僅需要優(yōu)化每條鏈路，還需要保證節(jié)點之間的相關(guān)性，進而提高自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議的穩(wěn)定性[2]。本文以此為研究依據(jù)，提出適用于軍用無線的自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議研究，致力于通過設(shè)計一種新型自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議，從根本上提高自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議的投送成功率，提升自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議的穩(wěn)定性，滿足軍用無線的應(yīng)用需求。

1 自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議

1.1 計算自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議路徑指標 在本文設(shè)計的自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議中，為適用于軍用無線，必須通過計算自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議路徑指標，優(yōu)化路徑中各鏈路指標[3]。本文選定的自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議路徑指標包括：可靠性指標、穩(wěn)定性指標以及相關(guān)性指標?？煽啃灾笜四軌蛟u判出自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議的質(zhì)量，又可細分為鏈路質(zhì)量以及路徑質(zhì)量，且這兩種指標可通過計算的方式加以表達，設(shè)鏈路質(zhì)量可靠性指標的表達式為L，可得公式(1)。

公式(1)中，N表示鏈路正確接收通訊信息的數(shù)量；X表示發(fā)送方發(fā)送的信息總數(shù)。通過公式(1)，得出鏈路質(zhì)量可靠性，以此反映自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議的周期性傳播正確概率。在此基礎(chǔ)上，設(shè)路徑質(zhì)量可靠性指標的表達式為P，可得公式(2)。

P=∏LK(2)

公式(2)中，K指的是自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議首次傳輸成功率。通過公式(1)、公式(2)可計算自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議路徑可靠性指標。針對穩(wěn)定性指標的計算，本文采用鏈路失效估計模型，在自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議設(shè)置評估節(jié)點，以該節(jié)點為中心建立空間三維坐標軸。通過計算節(jié)點與自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議傳輸運動速度向量之間的距離，判斷鏈路失效時間[4]。利用余弦定理此過程可通過計算的方式加以表達，設(shè)此目標函數(shù)為T，可得公式(3)。

公式(3)中，d表示自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議通訊范圍半徑；R表示評估節(jié)點坐標；v表示自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議傳輸運動速度。通過公式(3)可知，當θ大于90°時，節(jié)點與自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議傳輸運動速度向量之間的距離較遠，鏈路失效時間短；當θ小于90°時，節(jié)點與自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議傳輸運動速度向量之間的距離較近，鏈路失效時間長。由此可見，T值越大，自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議穩(wěn)定性越高；反之T值越小，自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議穩(wěn)定性越低。自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議相關(guān)性指標指的是可靠性與穩(wěn)定性之前的關(guān)聯(lián)程度，一般情況下可通過相交路徑與不相交路徑表現(xiàn)，相交路徑表示自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議受到外界干擾較大，存在斷鏈的危險性，導(dǎo)致自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議的可靠性與穩(wěn)定性低。不相交路徑表示自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議受到外界干擾較小，不存在斷鏈的危險性，導(dǎo)致自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議的可靠性與穩(wěn)定性高。

1.2 設(shè)計自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議選路算法 在計算自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議路徑指標的基礎(chǔ)上，為適用于軍用無線，設(shè)計自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議選路算法[5]。將自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議中所有路徑集合設(shè)為U，得出自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議選路算法，如公式(4)所示。

minmaxUi，j

s.t.|P|=L

P≥γ，L≥γ

T≥τ

(4)

公式(4)中，i表示自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議中具有相同節(jié)點的路徑條數(shù)；j表示自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議所有路徑集合中不相交路徑條數(shù)；γ表示自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議選路最低可靠性；τ表示自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議選路最低穩(wěn)定性。通過公式(4)，得出自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議選路算法，并建立鏈路，設(shè)定HELLO信息傳播在一跳距離內(nèi)傳播。再通過Topology Control進行拓撲感知，根據(jù)拓撲狀態(tài)的實時變化，調(diào)整自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議選路算法中的各項參數(shù)。

1.3 建立適用于軍用無線的自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議 利用上文得出的自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議選路算法，建立適用于軍用無線的自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議，以可靠性、穩(wěn)定性最高為協(xié)議建立標準，選擇不相交路徑作為適用于軍用無線的自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議傳輸路徑[6]。并通過在多條不相交路徑中找到源節(jié)點作為中間節(jié)點，在負載均衡狀態(tài)下，實現(xiàn)適用于軍用無線的自組網(wǎng)多徑路由傳輸。至此，完成適用于軍用無線的自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議建立。

2 實例分析

2.1 實驗準備 以下將采用設(shè)計實例分析的方式，驗證本文建立的自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議，在軍用無線應(yīng)用中的適用性。為了保證實驗數(shù)據(jù)的準確性，整體實驗均在MATALB平臺上進行，隨機選取一臺運行系統(tǒng)為XP的計算機。首先在計算機上安裝雙端口萬兆位的路由協(xié)調(diào)控制器，安裝流程需要嚴格的遵循互聯(lián)網(wǎng)連通標準，并允許軍用無線網(wǎng)或存儲網(wǎng)絡(luò)對其的共享，將網(wǎng)絡(luò)格局實施統(tǒng)一化的處理。其次，定義的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通信范圍為(2.4*103)2m的二維矩形區(qū)域，打亂區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)。相關(guān)參數(shù)設(shè)置如下表1所示。

結(jié)合上述表1中設(shè)定的參數(shù)數(shù)值，首先，采用本文設(shè)計的適用于軍用無線的自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議，執(zhí)行信息投送，通過黑盒工具 -QAcenter測得投送成功率，設(shè)其為實驗組；而后，采用傳統(tǒng)自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議，執(zhí)行信息投送，通過黑盒工具 -QAcenter測得投送成功率，設(shè)其為對照組。測得的投送成功率越高，證明該自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議在軍用無線的應(yīng)用穩(wěn)定性、可靠性越高。設(shè)置7次實驗，記錄實驗結(jié)果，將實驗結(jié)果通過CPRS/DCMA無線公網(wǎng)上傳至服務(wù)器Double PIV 1.7 G 1 024 M RAM Double 80 G Disk。

表1 軍用無線通信網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置

2.2 實驗結(jié)果與分析 整理收集的數(shù)據(jù)，并將其繪制成折線圖，如下圖1所示。

圖1 投送成功率對比折線圖

通過圖1可知，本文設(shè)計的自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議在軍用無線應(yīng)用中，投送成功率明顯高于對照組，能夠提升自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議的穩(wěn)定性、可靠性，具有現(xiàn)實推廣價值。

3 結(jié)束語

通過適用于軍用無線的自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議研究，能夠取得一定的研究成果，解決傳統(tǒng)自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議中存在的問題。本文設(shè)計的自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議是具有現(xiàn)實意義的，能夠指導(dǎo)軍用無線的自組網(wǎng)多徑路由傳輸方法優(yōu)化。在后期的發(fā)展中，應(yīng)加大本文設(shè)計自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議在軍用無線中的應(yīng)用力度。截止目前，國內(nèi)外針對適用于軍用無線的自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議研究仍存在一些問題，在日后的研究中還需要進一步對自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議的優(yōu)化設(shè)計提出深入研究，為提高自組網(wǎng)多徑路由協(xié)議的綜合性能提供參考。