畢海霞 魏志強(qiáng) 薛廣然 貫林林

(1.西安電子工程研究所 西安 710100;2.92995部隊(duì) 青島 266100)

0 引言

自組織網(wǎng)絡(luò)是近年來無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)，其主要特征是無中心、自組織、多跳路由和動(dòng)態(tài)拓?fù)?，具有網(wǎng)絡(luò)快速部署、抗毀性強(qiáng)和組網(wǎng)靈活等優(yōu)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)具有雙重角色，既是普通移動(dòng)終端，又具有路由器的功能。當(dāng)通信的源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)無法直接通信時(shí)，可通過中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)［1］，實(shí)現(xiàn)多跳無線通信的功能［2］。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，通常存在無線信道傳輸速率低的瓶頸，這成為制約自組網(wǎng)發(fā)展的重要因素。WiFi(Wireless Fidelity)，又稱802.11標(biāo)準(zhǔn)，由IEEE工作組于1999年9月提出，其最大特點(diǎn)即傳輸速度高，其中，802.11b的速率可達(dá)到11Mbps［3］。近年來，WiFi業(yè)務(wù)呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)，新的WiFi標(biāo)準(zhǔn)相繼出臺(tái)，802.11n的速度最大可至300Mbps，WiFi技術(shù)及產(chǎn)品亦日臻成熟。

將WiFi技術(shù)應(yīng)用于自組織網(wǎng)絡(luò)，建立高速的自組網(wǎng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，能夠提高數(shù)據(jù)傳輸速率，充分發(fā)揮兩種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，具有非常廣闊的應(yīng)用前景，可用于戰(zhàn)場(chǎng)上部隊(duì)的快速部署和推進(jìn)，地震或水災(zāi)后的搶險(xiǎn)救災(zāi)，以及其他臨時(shí)組網(wǎng)應(yīng)用等。近年來，各國(guó)軍方都在積極論證將WiFi應(yīng)用于戰(zhàn)場(chǎng)車載自組織網(wǎng)系統(tǒng)。因?yàn)閷⒒赪iFi的自組織網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于實(shí)際軍事，可以帶來很多突出優(yōu)點(diǎn)。比如，可提高戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)的無縫鏈接，提高數(shù)據(jù)傳輸和態(tài)勢(shì)感知能力。另外，其通信距離小，可提高系統(tǒng)的抗截獲能力等。路由算法是自組織網(wǎng)絡(luò)中最重要的一部分，其設(shè)計(jì)的高效與否直接影響到網(wǎng)絡(luò)性能。本文通過對(duì)典型的自組網(wǎng)路由協(xié)議進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)分析，并針對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下的大規(guī)模組網(wǎng)以及火控?cái)?shù)據(jù)傳輸需求，并提出了一種新的路由算法。

1 基于WiFi的自組網(wǎng)路由算法

按照自組網(wǎng)路由發(fā)現(xiàn)策略的方式，可將自組織無線網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議分為先應(yīng)式路由與反應(yīng)式路由。先應(yīng)式路由又稱為表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議，在這種路由協(xié)議中，無論是否有通信需求，每個(gè)節(jié)點(diǎn)周期性的廣播路由分組，交換路由信息，維護(hù)到達(dá)其他節(jié)點(diǎn)的路由信息。當(dāng)檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送更新消息。收到更新消息的節(jié)點(diǎn)將更新自己的路由表，以維護(hù)準(zhǔn)確的路由信息。常用的先應(yīng)式路由算法包括 DSDV［4］、WRP、OLSR、FSR 等。反應(yīng)式路由協(xié)議又稱為按需路由協(xié)議，它根據(jù)網(wǎng)絡(luò)分組的傳輸請(qǐng)求，被動(dòng)地搜索從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的路由，當(dāng)沒有分組傳遞請(qǐng)求時(shí)，節(jié)點(diǎn)處于靜默狀態(tài)，并不需要交換路由信息。典型的反應(yīng)式路由算法包括 DSR［5］、AODV［6］、LAR［7］等。

根據(jù)IETF RFC2501，自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的仿真參數(shù)主要有端到端吞吐量和時(shí)延、尋由時(shí)延、分組投遞率、尋由開銷與效率以及平均跳數(shù)等。由于WiFi網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率較高，路由開銷及尋由時(shí)延對(duì)網(wǎng)絡(luò)效率影響不大，分析中不考慮這兩個(gè)因素，而選擇端到端時(shí)延、報(bào)文投遞率和端到端吞吐量三個(gè)指標(biāo)作為主要評(píng)價(jià)參數(shù)。

a.報(bào)文投遞率(packet delivery ratio)，即目的節(jié)點(diǎn)接收到的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)與源節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)的比值，反映了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃?，?bào)文投遞率越高，可靠性越大。

b.端到端時(shí)延(end-to-end data delay)，即報(bào)文從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的平均延遲，反映了應(yīng)用層中分組的時(shí)間特性。它包括路由發(fā)現(xiàn)和端口排隊(duì)時(shí)分組在緩沖區(qū)中的延時(shí)，也包括MAC層進(jìn)行重傳以及分組傳播的時(shí)間。

c.端到端吞吐量(throughput)，在較大程度上可反映應(yīng)用層數(shù)據(jù)的傳遞速率。

針對(duì)以上三個(gè)性能指標(biāo)，本文選用OPNET仿真平臺(tái)分別對(duì)AODV、DSR、LAR和OLSR路由協(xié)議進(jìn)行分析比較。節(jié)點(diǎn)移動(dòng)方式選取組移動(dòng)模型(Group Mobility Model)，節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為50個(gè)，節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度從1m/s到25m/s，范圍是10km×10km的區(qū)域。MAC層采用IEEE802.11協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)帶寬為5.5Mbps，每個(gè)數(shù)據(jù)包大小為500bytes。

1.1 節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度的影響分析

節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度的不同反映了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化的快慢。節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度越快，則網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化越快。對(duì)基于 WiFi的自組織網(wǎng)絡(luò)而言，由于WiFi無線信號(hào)覆蓋的范圍較小，節(jié)點(diǎn)間的通信距離較短，因此，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化對(duì)于系統(tǒng)的影響較大。下面分析平均報(bào)文傳遞率、平均端到端時(shí)延和平均端到端吞吐量與節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度的性能關(guān)系。

當(dāng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度的增大時(shí)，四種協(xié)議的報(bào)文傳遞率均出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，如圖1所示。三種反應(yīng)式路由算法AODV、DSR和LAR的報(bào)文傳遞率相差不大，而先應(yīng)式路由算法OLSR的報(bào)文傳遞率明顯低于三種反應(yīng)式路由算法，尤其是當(dāng)移動(dòng)速度大于5m/s時(shí)，OLSR的報(bào)文傳遞率下降迅速。這是因?yàn)椋S著節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度的加快，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓l繁，OLSR作為先應(yīng)式路由算法，其維護(hù)路由信息的開銷迅速增長(zhǎng)，導(dǎo)致報(bào)文傳遞率的下降。

端到端的時(shí)延受節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度影響。節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度增大，時(shí)延亦隨著增加，如圖2所示。OLSR作為先應(yīng)式路由，由于周期性地維護(hù)最新的路由信息，在報(bào)文傳遞時(shí)，無需重新尋由，因此，其端到端時(shí)延的性能指標(biāo)優(yōu)于其他三種反應(yīng)式算法。反應(yīng)式路由DSR和LAR的端到端時(shí)延隨移動(dòng)速度的增長(zhǎng)呈現(xiàn)明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)。這是由于隨著節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度的增大，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓隹?，反?yīng)式路由協(xié)議需不斷重新尋找路由及建立連接，從而導(dǎo)致報(bào)文傳輸?shù)亩说蕉藭r(shí)延增大。AODV雖然也是反應(yīng)式路由，但它維護(hù)了到目的節(jié)點(diǎn)的多條路由，即具有冗余路由的特性，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓l繁且原路由失效時(shí)，該算法可迅速切換至其他活躍路徑上的路由。該特性使得AODV算法較其他反應(yīng)式路由在端到端時(shí)延性能上表現(xiàn)優(yōu)異。需注意的是，LAR算法的端到端時(shí)延性能曲線呈現(xiàn)出不穩(wěn)定增長(zhǎng)的特征，這是由于LAR根據(jù)節(jié)點(diǎn)位置信息不斷變換查詢范圍所致。

圖1 平均報(bào)文傳遞率與移動(dòng)速度的關(guān)系

圖2 平均端到端時(shí)延與移動(dòng)速度的關(guān)系

端到端吞吐量隨著節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度的增大而呈下降趨勢(shì)，如圖3所示。三種反應(yīng)式路由算法的吞吐量性能優(yōu)于先應(yīng)式算法OLSR，這是因?yàn)樽鳛橄葢?yīng)式算法，為使得路由信息及時(shí)更新，OLSR需要周期性地向其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送路由信息，導(dǎo)致路由開銷花費(fèi)較大。在三種先應(yīng)式路由算法中，LAR的性能略優(yōu)于AODV和DSR，這是由于LAR利用地理位置信息，縮小了搜索范圍，尋由開銷更小。

圖3 平均吞吐量與移動(dòng)速度的關(guān)系

1.2 包發(fā)送間隔的影響分析

網(wǎng)絡(luò)負(fù)載是評(píng)估算法性能的重要因素，本文用報(bào)文的發(fā)送間隔的變化模擬網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的變化，對(duì)三個(gè)性能指標(biāo)與報(bào)文發(fā)送間隔的關(guān)系進(jìn)行了仿真，節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度設(shè)為10m/s。

三種反應(yīng)式路由算法AODV、DSR和LAR的平均報(bào)文傳遞率隨包發(fā)送間隔的增大呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，如圖4所示。網(wǎng)絡(luò)負(fù)載初始增大時(shí)，網(wǎng)絡(luò)逐漸變得擁塞，所以，報(bào)文傳遞率下降。當(dāng)包發(fā)送間隔較小時(shí)，由于節(jié)點(diǎn)在持續(xù)移動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓诓煌５刈兓?，?dǎo)致反應(yīng)式路由算法需重新尋由。而當(dāng)包發(fā)送間隔的增大到一定程度時(shí)，路由在兩次包發(fā)送間隔之間變化較小，使得之前的路由可被重用，因此，報(bào)文傳遞率曲線重新上揚(yáng)，AODV的增長(zhǎng)趨勢(shì)尤其明顯。隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的增大，先應(yīng)式路由算法OLSR的維護(hù)路由的開銷持續(xù)增大，加劇了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的增長(zhǎng)，報(bào)文傳遞率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

隨網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的增大，四種算法的端到端時(shí)延總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，如圖5所示。其中，AODV和OLSR的延時(shí)明顯低于反應(yīng)式路由LAR和DSR，這是由于OLSR為先應(yīng)式路由，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)無需重新尋由，而AODV則具有鏈路快速切換機(jī)制。

隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的增大，吞吐量總體呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，如圖6所示。由于維護(hù)路由的開銷較大，OLSR的吞吐量較其他三種反應(yīng)式路由算法小。三種反應(yīng)式路由算法AODV、DSR和LAR的吞吐量性能相差不大，但當(dāng)負(fù)荷持續(xù)變大時(shí)，AODV的吞吐量性能略優(yōu)于其他兩種算法。

圖4 報(bào)文傳遞率與包發(fā)送間隔的關(guān)系

圖5 端到端時(shí)延與包發(fā)送間隔的關(guān)系

圖6 平均吞吐量與包發(fā)送間隔的關(guān)系曲線

從上述分析結(jié)果看，在基于WiFi的自組織網(wǎng)絡(luò)中，反應(yīng)式路由的性能優(yōu)于先應(yīng)式路由的性能。由于WiFi節(jié)點(diǎn)間的通信距離有限，當(dāng)節(jié)點(diǎn)處于移動(dòng)速度狀態(tài)時(shí)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化頻繁，路由失效的幾率變大，先應(yīng)式路由算法維護(hù)路由的開銷也會(huì)增大，因此，反應(yīng)式路由的性能更強(qiáng)大。而AODV協(xié)議由于具有鏈路快速連接機(jī)制以及快速切換至活躍路徑的特性，在高節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度及高負(fù)載的網(wǎng)絡(luò)中性能優(yōu)異，具有優(yōu)良的吞吐量和報(bào)文傳遞率，更小的端到端延時(shí)，以及高穩(wěn)定性。

2 分簇網(wǎng)絡(luò)路由算法

從上文的仿真結(jié)果看，AODV算法在基于WiFi的自組織網(wǎng)絡(luò)中性能較其他三種算法優(yōu)異，但對(duì)于戰(zhàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境，仍不滿足要求。首先，AODV算法是針對(duì)平面式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而設(shè)計(jì)的，而在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，存在按照部隊(duì)編制進(jìn)行擴(kuò)展的需求，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性要求較高，因此，需要將路由算法設(shè)計(jì)為分層路由算法;再次，火控?cái)?shù)據(jù)對(duì)端到端時(shí)延要求較高，一般要求控制在一百毫秒以內(nèi)，而AODV路由算法在節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度較高時(shí)，無法滿足該要求。為滿足戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下的上述需求，結(jié)合AODV算法的優(yōu)勢(shì)，本文引入建立分簇結(jié)構(gòu)的思想，提出了一種新的分簇路由算法CRP(Cluster Route Protocol)。

該算法包括分簇算法和路由協(xié)議兩部分。分簇算法描述如下:

CRP對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸功率的判別，只有滿足一定傳輸功率的節(jié)點(diǎn)才能參與簇頭的選舉。簇頭選舉算法設(shè)計(jì)的原則為選擇節(jié)點(diǎn)密度大處的節(jié)點(diǎn)作為簇頭，綜合考慮節(jié)點(diǎn)度數(shù)以及與鄰居節(jié)點(diǎn)的距離和。對(duì)每個(gè)滿足功率約束的節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行綜合權(quán)值結(jié)算，選擇權(quán)值最小的節(jié)點(diǎn)作為簇頭。權(quán)值計(jì)算公式如下:

其中，Wi代表節(jié)點(diǎn) i的權(quán)值，w(j=1，2，3)代表不同影響因素的權(quán)值系數(shù);N為節(jié)點(diǎn)i的鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，D為該節(jié)點(diǎn)與其鄰居節(jié)點(diǎn)的距離和。從該權(quán)值判斷規(guī)則可知，若某節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)越多，與其鄰居節(jié)點(diǎn)距離越近，則其更適合成為簇頭。

網(wǎng)絡(luò)初始化流程如下:所有的節(jié)點(diǎn)廣播自己的ID，其輻射范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)收到此廣播后，記錄此ID，之后，兩者互發(fā)消息，告知對(duì)方節(jié)點(diǎn)自己的發(fā)射功率，通常發(fā)射功率的衰減與距離的四次方成正比，因此，通過對(duì)發(fā)射功率衰減的測(cè)量，可估算出兩節(jié)點(diǎn)間的距離。這樣，所有的節(jié)點(diǎn)均維護(hù)了其鄰居節(jié)點(diǎn)的ID以及它們之間的相對(duì)距離。此時(shí)，根據(jù)上文提出的分簇算法，每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行權(quán)值計(jì)算，權(quán)值最小的節(jié)點(diǎn)成為簇頭。但是，簇不可無限制地增大，因?yàn)槿绻氐墓?jié)點(diǎn)過多，則分簇路由的性能得不到體現(xiàn)，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)吞吐量的降低。本文利用跳數(shù)限定簇的大小，簇頭與簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)之間的跳數(shù)必須小于兩跳。分簇結(jié)束后，簇內(nèi)非簇頭節(jié)點(diǎn)需維護(hù)自己所在簇ID以及其簇頭節(jié)點(diǎn)的信息。

簇的維護(hù)流程如下:簇頭與簇內(nèi)每個(gè)普通節(jié)點(diǎn)定期進(jìn)行心跳包交互。當(dāng)簇頭在一定時(shí)間段內(nèi)未收到某節(jié)點(diǎn)的心跳包時(shí)，則認(rèn)為該節(jié)點(diǎn)已離開該簇，將該節(jié)點(diǎn)從簇內(nèi)成員列表中刪除;當(dāng)收到新的節(jié)點(diǎn)的入網(wǎng)申請(qǐng)時(shí)，則判斷該節(jié)點(diǎn)是否滿足入簇條件，比如與簇頭節(jié)點(diǎn)是否兩跳內(nèi)可達(dá)，該簇的節(jié)點(diǎn)數(shù)是否超出限制等，若滿足入簇條件，則將該節(jié)點(diǎn)加入本簇;若不滿足條件，則通知該節(jié)點(diǎn)繼續(xù)尋找新的簇頭，若尋找不到，則自立新簇。當(dāng)移動(dòng)的兩簇之間的距離小于等于某一規(guī)定要求，且滿足簇合并條件時(shí)，需對(duì)其進(jìn)行合并。

CRP路由協(xié)議部分描述如下:

a.協(xié)議幀的結(jié)構(gòu)與AODV路由協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)類似，只是在協(xié)議頭中新增2個(gè)bit，一個(gè)bit用于標(biāo)識(shí)本節(jié)點(diǎn)的角色，即本節(jié)點(diǎn)是否為簇頭、普通節(jié)點(diǎn)或者網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，另一個(gè)bit用于標(biāo)識(shí)節(jié)點(diǎn)所在簇的簇ID。因此，當(dāng)傳輸?shù)脑垂?jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)在同一個(gè)簇內(nèi)時(shí)，則直接在簇內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā);若源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)不在同一個(gè)簇內(nèi)，則通過簇頭節(jié)點(diǎn)或者網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，以至到達(dá)目的簇中的目的節(jié)點(diǎn)。

b.當(dāng)源節(jié)點(diǎn)需要和目的節(jié)點(diǎn)通信時(shí)，如果在路由表中可查詢到對(duì)應(yīng)的路由時(shí)，不進(jìn)行任何操作。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)需要和新的目的通信時(shí)，就會(huì)發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)過程，通過廣播RREQ信息來查找相應(yīng)路由。當(dāng)這個(gè)RREQ到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)本身，或者是一個(gè)擁有足夠新的到目的節(jié)點(diǎn)路由的中間節(jié)點(diǎn)時(shí)，路由確定。目的節(jié)點(diǎn)或中間節(jié)點(diǎn)通過原路返回一個(gè)RREP信息來向源節(jié)點(diǎn)確定路由的可用性。轉(zhuǎn)發(fā)RREQ的節(jié)點(diǎn)將根據(jù)RREQ是否設(shè)置了快速轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)記來決定采用快速路由查找或與AODV相同的普通路由查找?？焖俾酚刹檎沂前创豂D和簇節(jié)點(diǎn)ID的方式實(shí)施的。如在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)未找到路由，再采用普通的路由查找方法。

c.AODV采用的是超時(shí)刪除路由機(jī)制，因此即使路由未失效，在超時(shí)時(shí)限后也將被刪除。CRP將路由超時(shí)刪除機(jī)制修改如下:若路由超過時(shí)限，則判斷路由是否有效，若有效，則此路由繼續(xù)保持;若無效，則刪除。

d.當(dāng)鏈路破壞時(shí)，節(jié)點(diǎn)并不立即發(fā)送RERR給源節(jié)點(diǎn)，而由其下游節(jié)點(diǎn)嘗試進(jìn)行局部路由修復(fù)。若局部路由可成功修復(fù)，則可將網(wǎng)絡(luò)的鏈路壞區(qū)局限在一個(gè)小的范圍內(nèi)，避免了大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，提高了網(wǎng)絡(luò)修復(fù)效率。如果路由局部修復(fù)不成功，再向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送RERR信息。

e.該協(xié)議兼容AODV算法。當(dāng)由于節(jié)點(diǎn)移動(dòng)等原因，使得之前的簇結(jié)構(gòu)遭到破壞，無法滿足數(shù)據(jù)傳輸要求時(shí)，則不再使用分簇結(jié)構(gòu)，而是利用AODV的路由進(jìn)行廣播，并在此過程中重新建簇。

針對(duì)平均報(bào)文傳遞率、平均端到端時(shí)延和平均吞吐量三個(gè)性能指標(biāo)，本文選用OPNET仿真平臺(tái)分別對(duì)本文提出的CRP路由算法、AODV路由算法和經(jīng)典的分簇路由協(xié)議ZRP［8，9］進(jìn)行仿真和比較。節(jié)點(diǎn)移動(dòng)方式選取組移動(dòng)模型(Group Mobility Model)，節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為50個(gè)，節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度從1m/s到25m/s，范圍是10km×10km的區(qū)域。MAC層采用IEEE802.11協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)帶寬為5.5Mbps，每個(gè)數(shù)據(jù)包大小為500bytes。仿真結(jié)果如圖7所示。隨著節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度及網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的增大，CRP協(xié)議的平均包傳送率，平均端到端時(shí)延以及平均吞吐量三個(gè)性能均優(yōu)于AODV算法。

隨著節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度的增大，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渥兓涌?，?dǎo)致需要頻繁的重新尋找路由，所以，協(xié)議的時(shí)延會(huì)增加，而CRP協(xié)議中的節(jié)點(diǎn)增加了快速轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)記，使得路由查找的速度大為提高，從而能夠更好地適應(yīng)高速移動(dòng)的場(chǎng)景;并且，在路由修復(fù)方面由于路由能夠很快被修復(fù)，大大提高了準(zhǔn)確率，從而減少了數(shù)據(jù)包的丟失;隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的增大，由于CRP協(xié)議采用了分簇結(jié)構(gòu)，減少了節(jié)點(diǎn)移動(dòng)對(duì)路由算法的影響和路由發(fā)現(xiàn)過程中的洪泛開銷，加速了路由的查找過程，增加了網(wǎng)絡(luò)吞吐量，緩解了網(wǎng)絡(luò)局部擁塞，保證了分組傳遞的成功進(jìn)行。端到端時(shí)延降低了約30%，在節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度為25m/s時(shí)，仍小于100ms，滿足了火控?cái)?shù)據(jù)的傳輸要求。

經(jīng)典分簇路由協(xié)議ZRP在簇內(nèi)運(yùn)行先應(yīng)式路由協(xié)議，需要周期性的發(fā)送廣播來維護(hù)和更新路由表;簇間運(yùn)行反應(yīng)式路由協(xié)議。在節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度較小時(shí)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓?，路由維持開銷小，且先應(yīng)式路由協(xié)議可以快速地尋由，因此，ZRP算法的性能總體優(yōu)于CRP算法。但隨著節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度的加快，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓l繁，簇內(nèi)先應(yīng)式路由協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)開銷迅速增大，此外，在進(jìn)行簇間路由查找時(shí)，邊界節(jié)點(diǎn)收到路由請(qǐng)求無法回應(yīng)后，就需要把請(qǐng)求向未查找過的簇轉(zhuǎn)發(fā)，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生大量的多播或廣播數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率降低，因此，ZRP算法的性能比CRP算法差。

圖7 AODV、CRP和ZRP性能比較

3 結(jié)束語

本文利用仿真平臺(tái)OPNET對(duì)基于WiFi的自組織網(wǎng)絡(luò)中的AODV、DSR、LAR和OLSR四種路由協(xié)議進(jìn)行了仿真比較。通過對(duì)平均包傳送率，平均端到端時(shí)延以及平均吞吐量三個(gè)性能指標(biāo)的綜合比較發(fā)現(xiàn)，AODV協(xié)議的性能優(yōu)于其他三種算法。針對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，車載自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性以及火控?cái)?shù)據(jù)傳輸時(shí)延的要求，基于AODV算法，本文提出了一種新的分簇自組網(wǎng)路由算法CRP，其分簇網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)減少了節(jié)點(diǎn)移動(dòng)對(duì)路由算法的影響和路由發(fā)現(xiàn)過程中的洪泛開銷;其快速轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制加速了尋由過程;其局部路由修復(fù)機(jī)制限制了鏈路壞區(qū)的擴(kuò)展，提高了網(wǎng)絡(luò)的修復(fù)速度。實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果證明了該算法的優(yōu)越性。

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