汪紅霞

(安徽新華學(xué)院 信息工程學(xué)院, 合肥 230088)

移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)(MANETs)是通過(guò)無(wú)線鏈路連接組成的一組可移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。在不借助靜態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的情況下，無(wú)線自組網(wǎng)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都充當(dāng)路由器，將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給其它節(jié)點(diǎn)。在傳統(tǒng)的無(wú)線自組網(wǎng)路由協(xié)議(主動(dòng)式或被動(dòng)式)中，每個(gè)源節(jié)點(diǎn)或中繼節(jié)點(diǎn)維護(hù)一張路由表來(lái)保存到達(dá)其它節(jié)點(diǎn)的路徑。在反應(yīng)式路由協(xié)議中，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)想要與另一個(gè)節(jié)點(diǎn)通信時(shí)，如果連接兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的路徑在路由表中沒(méi)有找到，路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程就會(huì)啟動(dòng)并在網(wǎng)絡(luò)中廣播一個(gè)路由請(qǐng)求包。當(dāng)鏈路斷開(kāi)時(shí)，將啟動(dòng)一個(gè)新的路由發(fā)現(xiàn)。因此，反應(yīng)式路由協(xié)議在路由發(fā)現(xiàn)中可能引起很大的負(fù)載。另一方面，在主動(dòng)式路由協(xié)議中，節(jié)點(diǎn)通過(guò)周期性的交換路由信息包維護(hù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?。傳統(tǒng)的確定性路由協(xié)議適合靜態(tài)或低動(dòng)態(tài)環(huán)境。然而，在高速移動(dòng)場(chǎng)景下，由于節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)拓?fù)漕l繁的改變，造成了每一個(gè)移動(dòng)的節(jié)點(diǎn)很難維護(hù)確定性的路由。頻繁交換拓?fù)涓滦畔⒁矔?huì)導(dǎo)致資源的浪費(fèi)。

機(jī)會(huì)路由利用廣播的特性，使用某種路由度量來(lái)確定轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)先級(jí)。數(shù)據(jù)包以單跳廣播的方式被轉(zhuǎn)發(fā)，所以在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包之前不需要維護(hù)確定的路由。與傳統(tǒng)的路由相比，機(jī)會(huì)路由可以很好地適應(yīng)節(jié)點(diǎn)頻繁移動(dòng)和拓?fù)湫畔㈦y以維護(hù)的場(chǎng)景，克服了不可靠的無(wú)線傳輸?shù)谋锥恕?/p>

然而，利用拓?fù)湫畔⒑鸵苿?dòng)性特征為移動(dòng)場(chǎng)景設(shè)計(jì)路由協(xié)議仍存在挑戰(zhàn)[1]?；谕?fù)涞臋C(jī)會(huì)路由協(xié)議,例如ExOR[2]在維護(hù)全局拓?fù)湫畔r(shí)存在很大的困難，它需要和相鄰節(jié)點(diǎn)頻繁的交換信息[3]。基于地理信息的機(jī)會(huì)路由在解決路由空洞問(wèn)題上需要花費(fèi)額外的負(fù)載[4]，這意味著這個(gè)節(jié)點(diǎn)除了本身外不能找到離目的節(jié)點(diǎn)更近的節(jié)點(diǎn)。況且，由于節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性，地理轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制不可能總是較適合的。一方面，機(jī)會(huì)路由將廣播作為轉(zhuǎn)發(fā)方法。這樣，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)向鄰居節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時(shí)，它可能會(huì)遭受來(lái)自其它發(fā)送節(jié)點(diǎn)的干擾，這將影響無(wú)線傳輸。另一方面，在移動(dòng)自組網(wǎng)中，所有節(jié)點(diǎn)不可以預(yù)測(cè)地移動(dòng)導(dǎo)致兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)距離的變化。隨著彼此之間移進(jìn)或移出通信半徑，節(jié)點(diǎn)之間的鏈路質(zhì)量發(fā)生變化，這也影響了無(wú)線傳輸。

本文為移動(dòng)自組織網(wǎng)提出一種基于鏈路質(zhì)量和局部拓?fù)錂C(jī)會(huì)路由協(xié)議，該協(xié)議綜合考慮移動(dòng)場(chǎng)景下的拓?fù)湮恢眯畔⒑屠酶蓴_與移動(dòng)性去優(yōu)化機(jī)會(huì)路由的兩個(gè)關(guān)鍵過(guò)程：候選集的選擇和節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)的評(píng)定，從而本文的主要貢獻(xiàn)如下：

(1)為發(fā)送節(jié)點(diǎn)確定候選節(jié)點(diǎn)集合。本文提出的協(xié)議綜合考慮了MAC層引入的干擾以及節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性導(dǎo)致的鏈路剩余生存期的變化，通過(guò)更準(zhǔn)確的評(píng)定節(jié)點(diǎn)間的鏈路質(zhì)量確定更合適的候選節(jié)點(diǎn)集合。

(2)為候選節(jié)點(diǎn)評(píng)定優(yōu)先級(jí)。本文提出的協(xié)議綜合考慮了兩跳范圍內(nèi)的位置信息、局部拓?fù)湫畔⒁约肮?jié)點(diǎn)移動(dòng)的自適應(yīng)性，選出合適的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，降低路由空洞的出現(xiàn)次數(shù)。

1 相關(guān)工作

機(jī)會(huì)路由可以歸結(jié)為三大類：基于拓?fù)涞?、地理位置的和混合的機(jī)會(huì)路由。Biswas[2]等提出一種基于拓?fù)涞臋C(jī)會(huì)路由稱ExOR。ExOR首先在候選集中通過(guò)節(jié)點(diǎn)序列轉(zhuǎn)發(fā)每個(gè)數(shù)據(jù)包，然后確定根據(jù)期望傳輸次數(shù)(ETX)選擇哪個(gè)節(jié)點(diǎn)作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，ETX即所有節(jié)點(diǎn)成功接收數(shù)據(jù)包數(shù)。然而，在移動(dòng)自組織網(wǎng)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可能隨機(jī)頻繁地移動(dòng)。估計(jì)一條不穩(wěn)定路徑上的ETX是很困難的，而且鏈路相關(guān)也影響ETX的準(zhǔn)確性[5]。Wang等人[6]提出一種局部協(xié)作中繼方法以擴(kuò)展ExOR，這樣可以進(jìn)一步探索廣播特性和橋梁失效鏈接。它利用多個(gè)不在候選集中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行機(jī)會(huì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)維持一個(gè)健壯的拓?fù)?。Yang等人[7]提出一種基于節(jié)點(diǎn)地理位置的機(jī)會(huì)路由。前一跳根據(jù)本地位置信息確定預(yù)定義的順序。預(yù)定義的順序插入節(jié)點(diǎn)IP報(bào)頭中以通知候選集中的節(jié)點(diǎn)。Seada等人[8]研究了基于鏈路損耗模型的多中轉(zhuǎn)發(fā)策略性能，分析了距離和跳數(shù)之間的權(quán)衡關(guān)系。他們發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包接受率(PRR)和距離目的地距離相乘(PRR*D),是一個(gè)非常適合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的地理轉(zhuǎn)發(fā)度量。然而，PRR*D度量可以被推薦用于靜態(tài)或低動(dòng)態(tài)環(huán)境中，如環(huán)境監(jiān)測(cè)。在高動(dòng)態(tài)環(huán)境下，整個(gè)時(shí)間鏈路質(zhì)量可能變化很大，PRR的穩(wěn)定估計(jì)可能無(wú)法獲得。Zhao等人[9]提出混合式協(xié)議CAOR，其中候選集每個(gè)節(jié)點(diǎn)利用采用多跨層信息，如地理進(jìn)程、能量、鏈路質(zhì)量和移動(dòng)來(lái)決定自己的優(yōu)先級(jí)。具有最高優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)具有轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的權(quán)限，CAOR也能調(diào)整在運(yùn)行時(shí)上下文信息的權(quán)重。

2 基于鏈路質(zhì)量和局部拓?fù)涞臋C(jī)會(huì)路由

當(dāng)源節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)包到目的節(jié)點(diǎn)時(shí)，OR-LqT首先會(huì)選擇候選集中具有優(yōu)先權(quán)的節(jié)點(diǎn)作為下一跳，然后再到候選集中所有節(jié)點(diǎn)。每一個(gè)收到數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)ACK應(yīng)答源節(jié)點(diǎn)。然后根據(jù)ACK源節(jié)點(diǎn)為候選集所有節(jié)點(diǎn)分配優(yōu)先級(jí)。具有最高優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給鄰居并繼續(xù)該過(guò)程，直到數(shù)據(jù)包到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)為止。

地理信息可以引導(dǎo)機(jī)會(huì)路由協(xié)議向正確的方向轉(zhuǎn)發(fā)，并加速協(xié)議的收斂性。然而，它也可能會(huì)導(dǎo)致路由空洞。這種邊界轉(zhuǎn)發(fā)方案產(chǎn)生了數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)死角區(qū)。雖然一些機(jī)制被提出用來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，但需要花費(fèi)額外的時(shí)延和跳數(shù)。拓?fù)湫畔⒖梢栽谝欢ǔ潭壬戏从尘W(wǎng)絡(luò)的全局連接，可以引導(dǎo)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包朝正確的方向轉(zhuǎn)發(fā)，然而，由于無(wú)線自組網(wǎng)的維護(hù)成本高，拓?fù)湫畔⒑茈y獲得。一個(gè)好的機(jī)會(huì)路由在無(wú)線自組網(wǎng)應(yīng)具有快速收斂和低成本轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。更重要的是，它應(yīng)該適應(yīng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)帶來(lái)的頻繁變化的拓?fù)洹?/p>

本文將分別討論機(jī)會(huì)路由中候選集和優(yōu)先級(jí)這兩個(gè)處理過(guò)程，以及它們的決定因素。

2.1 候選集的影響因素

候選集的選擇是控制機(jī)會(huì)路由負(fù)載的一個(gè)重要程序。只有侯選集里的節(jié)點(diǎn)才有權(quán)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。如果集合太大，有限的能量就會(huì)被浪費(fèi)很多。因?yàn)橛行┕?jié)點(diǎn)可能收到冗余包，這會(huì)給其他的發(fā)送節(jié)點(diǎn)造成大量的干擾。如果集合太小，它可能轉(zhuǎn)發(fā)失敗。本案確定候選集的決定性因素是傳輸時(shí)的鏈路質(zhì)量，這是由機(jī)會(huì)路由的特征決定的。機(jī)會(huì)路由利用廣播特性，每次轉(zhuǎn)發(fā)都是一個(gè)新的程序，與上一次轉(zhuǎn)發(fā)毫無(wú)聯(lián)系。如果鏈路質(zhì)量好就足以完成轉(zhuǎn)發(fā)。節(jié)點(diǎn)可能被選做發(fā)送節(jié)點(diǎn)集。當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)需要轉(zhuǎn)下一次數(shù)據(jù)包時(shí)，需要開(kāi)啟一個(gè)新的廣播。

與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不同，在移動(dòng)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)隨意地獨(dú)立移動(dòng)，這個(gè)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)可能引起鏈路質(zhì)量的變化。因此，解決變化的鏈路質(zhì)量問(wèn)題需精確的鏈路質(zhì)量測(cè)量。精確的鏈路質(zhì)量測(cè)量可以降低發(fā)現(xiàn)成本、減少未知鏈路質(zhì)量引起的數(shù)據(jù)重發(fā)；同時(shí)，還需要具備高效、靈活、低成本等特性。

2.2 哪些候選節(jié)點(diǎn)應(yīng)獲得更高的優(yōu)先級(jí)

為所有候選做優(yōu)化是機(jī)會(huì)路由中的一個(gè)重要過(guò)程，它決定了不同候選的轉(zhuǎn)發(fā)概率。一個(gè)好的優(yōu)化方案，可以提高轉(zhuǎn)發(fā)效率和避免重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)。在無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)中，優(yōu)先級(jí)由兩個(gè)因素決定，一個(gè)是地理位置，另一個(gè)是移動(dòng)適應(yīng)性。位置意味著下一個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)該有一個(gè)更接近目標(biāo)的的節(jié)點(diǎn)。移動(dòng)適應(yīng)性有兩層含義：一是下一個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)該有一個(gè)正確移動(dòng)趨勢(shì)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)朝目標(biāo)節(jié)點(diǎn)相反方向移動(dòng)時(shí)，它不是很好的下一跳選擇，即使它有一個(gè)更近目標(biāo)的位置，它也可能將數(shù)據(jù)包傳送到一個(gè)不必要的區(qū)域，所以，這個(gè)數(shù)據(jù)包可能被轉(zhuǎn)發(fā)遠(yuǎn)離目的地。移動(dòng)趨勢(shì)的另一層含義是，下一個(gè)節(jié)點(diǎn)還應(yīng)該有它的下一跳選擇。當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，需要考慮下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的下一跳選擇。這是一個(gè)重要的概念,因?yàn)椋m然對(duì)于下一個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)是一跳的信息，但對(duì)于發(fā)送節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)是一個(gè)兩跳的信息，更多了解候選集的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠有效降低路由空洞產(chǎn)生的概率。

2.3 詳細(xì)設(shè)計(jì)

一個(gè)精確的鏈路質(zhì)量測(cè)量可以幫助節(jié)點(diǎn)在一個(gè)更穩(wěn)定的環(huán)境中通信，可以減少?zèng)_突概率和重傳次數(shù)。自組織網(wǎng)中，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間通信受節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性和沖突的影響。節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性引起兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間距離的變化，從而導(dǎo)致變化的鏈路質(zhì)量。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包給另一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，數(shù)據(jù)包可能會(huì)遇到從其它同步數(shù)據(jù)包傳輸?shù)臎_突。本文同時(shí)考慮節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性和沖突。

關(guān)于沖突的影響。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)s想要發(fā)送數(shù)據(jù)包，節(jié)點(diǎn)s成功傳輸數(shù)據(jù)包給節(jié)點(diǎn)r的概率為：

Psucc=1-(PaPc)N,

(1)

其中，Pa為結(jié)點(diǎn)s，是在一個(gè)虛擬時(shí)間槽內(nèi)試圖傳輸?shù)母怕剩琍c為假定傳輸條件下的沖突概率，N為有限的重傳次數(shù)。

Pc=1-(1-pa)|CS∩INr|,

(2)

其中|CS∩INr|是在載波偵聽(tīng)范圍(CS)和干擾區(qū)(INr)干擾結(jié)點(diǎn)次數(shù)。從文獻(xiàn)[10]獲知：

(3)

至于移動(dòng)性影響，使用一個(gè)簡(jiǎn)單而有效的方案估計(jì)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)移出彼此通信范圍的概率，文獻(xiàn)[11]假設(shè)D0、D1和D2是節(jié)點(diǎn)s和節(jié)點(diǎn)r在T0、T1和T2時(shí)刻之間的距離。在t時(shí)刻的距離可以表示為D(t)2=At2+Bt+C，能夠得出：

(4)

其中，t1=T1-T0，t2=T2-T0。

RLL(t)=Tb-t=tb+T0-t

(5)

則節(jié)點(diǎn)s和節(jié)點(diǎn)r之間的鏈路穩(wěn)定性可以表示為：

(6)

由公式(1)和(6)，可以得出節(jié)點(diǎn)之間的鏈路質(zhì)量為：

Pq=Psucc*Ps,

(7)

本文使用Pq來(lái)選擇候選集。當(dāng)節(jié)點(diǎn)i和發(fā)送節(jié)點(diǎn)s之間的鏈路質(zhì)量Pq滿足Pq>ε時(shí)，節(jié)點(diǎn)i可以被選作為候選節(jié)點(diǎn)集中的候選，ε是一個(gè)域值。

在候選集中要選擇一個(gè)最佳的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，需要把兩跳相關(guān)的位置信息、局部拓?fù)浜鸵苿?dòng)適應(yīng)都考慮在內(nèi)。離目的地較近的位置，可以減少傳輸期間的跳數(shù)，從而降低路由協(xié)議的成本。然而，一味的求近也會(huì)讓路由空洞產(chǎn)生更多無(wú)用的邊界轉(zhuǎn)發(fā)。移動(dòng)適應(yīng)性矯正優(yōu)化傳輸方向。在網(wǎng)絡(luò)中這點(diǎn)很重要，因?yàn)橐粋€(gè)朝目的節(jié)點(diǎn)相反方向移動(dòng)的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)有負(fù)面的影響，應(yīng)該消除這種節(jié)點(diǎn)。此外，這樣的節(jié)點(diǎn)可能會(huì)導(dǎo)致路由空洞，也應(yīng)該被淘汰。

綜上所述，當(dāng)節(jié)點(diǎn)s轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時(shí)，下一個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)該位于節(jié)點(diǎn)s和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)組成的矩形區(qū)域內(nèi)。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包給鄰居時(shí)，會(huì)插入自己當(dāng)前位置的信息。鄰居接收到數(shù)據(jù)后，會(huì)重新計(jì)算發(fā)送節(jié)點(diǎn)的位置，更新自己的鄰居集。節(jié)點(diǎn)i的優(yōu)先級(jí)定義為：

(8)

圖1 節(jié)點(diǎn)i的優(yōu)先級(jí)的示例

本文修改了ACKs、hello和數(shù)據(jù)包的格式。在ACK包中插入移動(dòng)自適應(yīng)信息、“更好的鄰居”集和位置，使發(fā)送節(jié)點(diǎn)能夠作優(yōu)先級(jí)的評(píng)估。在hello包和數(shù)據(jù)包中插入發(fā)送節(jié)點(diǎn)的位置和鄰居信息，使接收者能夠更新其“更好的鄰居”集。

圖1闡述了節(jié)點(diǎn)i的優(yōu)化，算法1描述了OR-LqT協(xié)議。

算法1基于鏈路質(zhì)量與局部拓?fù)湫畔⒌臋C(jī)會(huì)路由協(xié)議定義：Ns()：節(jié)點(diǎn)s的鄰居集.Nbs()：離節(jié)點(diǎn)s到目的地更近的一組鄰居集.Lqs，a()：節(jié)點(diǎn)s與節(jié)點(diǎn)a之間的鏈路質(zhì)量.Cs()：節(jié)點(diǎn)s的候選集.ds，D：節(jié)點(diǎn)S與節(jié)點(diǎn)D之間的距離.ifnodesreceivesadatapacketfromnodeathen{replyanACKwithNbs()Ns()andmovingdirectionmd}endififnodeshasadatapackettoforward：then{determinethecandidatesetCs()basedonlinkqualityLqs，a()}{broadcastthepackettoallthenodesinCs()；}endififnodesreceivesanACKfromnodekthen{computethepriority；}foreverynodeiinCs()doifmd>0&&Nbi()！=0thenPr=1-di，Dds，D?è???÷×Nbi()Ni()endifendforendif

3 協(xié)議實(shí)現(xiàn)和性能評(píng)價(jià)

本文利用NS-2，將PRR*d[8]、貪婪地理路由協(xié)議GPSR[4]、反應(yīng)式路由協(xié)議AODV協(xié)議[12]和OR-LqT進(jìn)行對(duì)比仿真。設(shè)置網(wǎng)絡(luò)45,80,125,180個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸范圍250米和每12500平方一個(gè)節(jié)點(diǎn)的密度。移動(dòng)模型采用隨機(jī)移動(dòng)模型(RWP)[13]暫停時(shí)間為0秒。仿真參數(shù)如表1所示。

表1 仿真參數(shù)

對(duì)比不同的移動(dòng)速度與鏈路質(zhì)量參數(shù)，使用空洞數(shù)、丟包率、時(shí)延和路由負(fù)載度量反映這些協(xié)議性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

空洞數(shù)：空洞節(jié)點(diǎn)意味著除了自己不能找到一個(gè)更接近目的地的節(jié)點(diǎn)。圖2顯示了傳統(tǒng)的GPSP、PRR*d和OR_LqT空洞的數(shù)量。在GPSR和PRR*d中貪婪轉(zhuǎn)發(fā)可能產(chǎn)生一個(gè)局部最大值，這意味著一個(gè)節(jié)點(diǎn)不能找到比它自己更好的下一跳。在本文的OR_LqT協(xié)議里，拓?fù)浜偷乩硇畔⒍急豢紤]，其中包含移動(dòng)自適應(yīng)性和位置。移動(dòng)自適應(yīng)性，指示移動(dòng)方向和一個(gè)更好下一次選擇，矯正轉(zhuǎn)發(fā)到最佳區(qū)域并減少空洞數(shù)。與GPSR協(xié)議相比，減少了41.5%的空洞數(shù)目，而與PRR*d相比，OR_LqT減少了大約33.5%。

圖2 空洞數(shù)與節(jié)點(diǎn)數(shù)的關(guān)系圖

圖3 丟包率與節(jié)點(diǎn)數(shù)的關(guān)系圖

丟包率：比較OR_LqT與其他協(xié)議的丟包率。圖3顯示，在GPSR中采用貪婪轉(zhuǎn)發(fā)，而在PRR*d候選集選擇地理距離和鏈路成功接收率乘積的最大值。在AODV中，節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性導(dǎo)致拓?fù)漕l繁變化和鏈路故障的發(fā)生。因此，它增加了丟包率。在OR_LqT協(xié)議中可以獲得更精確的鏈路質(zhì)量測(cè)量，這種測(cè)量考慮了干擾和移動(dòng)性，使用了MAC層成功傳輸概率的信息和路由層的移動(dòng)模型。因此,避免了不穩(wěn)定的傳輸。平均而言，OR_LqT與AODV相比丟包率減少大約62%，與PRR*d相比，丟包率減少大約21%。

圖4 平均端到端時(shí)延與節(jié)點(diǎn)數(shù)的關(guān)系圖

圖5 標(biāo)準(zhǔn)化路由負(fù)載與節(jié)點(diǎn)數(shù)的關(guān)系圖

平均端到端時(shí)延：圖4顯示所提出的OR_LqT，PRR*d，GPSR和AODV的平均時(shí)延。在AODV協(xié)議中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)保持一個(gè)確定的路由。頻繁的鏈路故障引起了很多的改變，從而增加路由發(fā)現(xiàn)的次數(shù)。也增加了平均時(shí)延。因?yàn)镚PSR僅考慮地理轉(zhuǎn)發(fā)，所以可能會(huì)導(dǎo)致路由空洞。邊界轉(zhuǎn)發(fā)為了擺脫空洞需要采取額外的跳數(shù)和時(shí)延，而提出的OR_LqT考慮了位置和移動(dòng)適應(yīng)性。如圖2所示?？斩吹臄?shù)目隨著周邊轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)的減少而減少。此外，精確的鏈路質(zhì)量測(cè)量帶來(lái)一個(gè)更穩(wěn)定的傳輸環(huán)境，減少數(shù)據(jù)包的沖突概率和重傳次數(shù)。由于上述原因，平均時(shí)延降低。相比AODV協(xié)議，提出的OR_LqT降低了約61%的平均時(shí)延，而與PRR*d相比，平均時(shí)延降低約22%。

圖6 標(biāo)準(zhǔn)化路由負(fù)載與速度的關(guān)系圖

標(biāo)準(zhǔn)化路由負(fù)載：圖5顯示了OR_LqT、PRR*d、GPSR和AODV的負(fù)載。機(jī)會(huì)路由負(fù)載計(jì)數(shù)了hello包和ACK的數(shù)量，而路由控制分組的數(shù)量，像RREQ、RREP和hello包都算在AODV路由協(xié)議中。當(dāng)路由失敗時(shí)，一個(gè)新的路由發(fā)現(xiàn)開(kāi)啟。因此，在AODV中增加了路由控制包的數(shù)量和路由負(fù)載。然而，機(jī)會(huì)路由數(shù)據(jù)包被廣播轉(zhuǎn)發(fā)，在AODV協(xié)議中較少的路由控制包產(chǎn)生，包的大小如ACK也比RREQ、RREP、RRER包小。如上圖所示。OR_lqT降低了丟包率和空洞數(shù)，以至于重傳和去除空洞的額外轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)也減少，因此，降低了負(fù)載。平均而言，與PRR * D相比，負(fù)載減少了約21%，與GPSR相比，負(fù)載減少約32%。

OR_lqT針對(duì)高速動(dòng)態(tài)環(huán)境，本文也驗(yàn)證了其在不同場(chǎng)景下的性能。仿真了四個(gè)不同的協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)大小為1250*1250平方米和125個(gè)節(jié)點(diǎn)，速度從0m/s到20m/s。圖6顯示變化速度的標(biāo)準(zhǔn)化路由負(fù)載。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)是靜態(tài)或者接近靜態(tài)時(shí)，通過(guò)路由發(fā)現(xiàn)獲得的路由信息可以維持很長(zhǎng)一段時(shí)間。因此，AODV比機(jī)會(huì)路由性能更好，但在AODV中，隨著節(jié)點(diǎn)速度的增加，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化更頻繁，路由發(fā)現(xiàn)次數(shù)增多，導(dǎo)致更多的負(fù)載。

5 結(jié)語(yǔ)

本文為移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)提出了一種基于鏈路質(zhì)量和局部拓?fù)涞臋C(jī)會(huì)路由協(xié)議。該協(xié)議通過(guò)鏈路質(zhì)量選擇候選集，并通過(guò)優(yōu)先級(jí)選擇下一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，增加直接轉(zhuǎn)發(fā)概率，減少路由空洞數(shù)。其中鏈路質(zhì)量同時(shí)考慮了干擾和節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性，而候選集的優(yōu)先級(jí)則根據(jù)它們的位置、局部拓?fù)浜鸵苿?dòng)適應(yīng)性來(lái)決定。仿真結(jié)果表明，同樣的移動(dòng)環(huán)境下，本文提出的OR_LqT在空洞數(shù)量、平均時(shí)延、丟包率和負(fù)載方面比其它路由協(xié)議具有更好的性能。

參考文獻(xiàn)：

[1] Q Wang, X Wang, X Lin. Mobility Increases the Connectivity of K-hop Clustered Wireless Networks[J]. Proc.ACM MobiCom，2009(9)：121-132.

[2] S Biswas， R Morris. ExOR:Opportunistic Multi-Hop Routing for Wireless NetWorks[J]. Proc.ACM SIGCOM，2005，35(4)：133-144.

[3] Z Zhang， R KrishnanAn. An Overview of Opportunistic Routing in Mobile Ad Hoc Networks[C]// Proc.IEEE MILCOM, San Diego:2013：119-121.

[4] B Karp Harvard, H T Kung. GPSR:greedy perimeter stateless routing for wireless networks[C]// Proc.ACM MobiCom，Boston:Harvard University,2000：243-254.

[5] M K Song, S Guo, T He， et al. Link Correlation Aware Opportunistic Routing[J]. Proc.IEEE INFOCOM.2012,14(1)：3036-3040.

[6] Z Wang, C Li, Y Z Chen. Local cooperative relay for opportunistic data forwarding in mobile ad-hoc networks[J]. Proc.IEEE ICC，2012,1(8)：5381-5386.

[7] S Yang, F Zhong, C K Yeo, et al. Position based Opportunistic Routing for Robust Data Delivery in MANETs[J]. Proc.IEEE GLOBECOM，2009(1)：1-6.

[8] K Seada, M Zuniqa, A Helmy， et al. Energy-efficient forwarding strategies for geographic routing in lossy wireless sensor networks[J]. Proc.ACM SenSys， 2008(4):108-121.

[9] Z Zhao, T Braun, D Rosario， et al. CAOR:Context-aware Adaptive Opportunistic Routing in Mobile Ad-hoc Networks[J]. Proc.IFIP WMNC，2014(10)：1-8.

[10] Y Yang, H J C, L Kung. Modeling the Effect of Transmit Power and Physical Carrier Sense in Multi-hop Wireless Networks[C]. Proc.IEEE INFOCOM，2007：2331-2335.

[11] X M Zhang, K Chen, Y Zhang， et al. A Probabilistic Broadcast Algorithm Based on the Connectivity Information of Predictable Rendezvous Nodes in Mobile Ad hoc Networks[C]. Proc.IEEE ICCN workshop of BDeHS,2014.

[12] C Perkins, E Belding-Royer, S Das. Ad Hoc On-Demand Distance Vector (AODV) Routing[C]. IETF RFC Santa Barbara:University of California,2003:3561.

[13] D B Johnson, D A Maltz. Dynamic Source Routing in Ad Hoc Wireless Networks[J]. Mobile Computing,Kluwer Academic Publishers,1996(353)：153-181.