陳 曄，楊 華

（常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 常州 213164）

1 移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)的模擬環(huán)境

移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般分為兩種：平面式體系和分級(jí)式體系。平面式體系可擴(kuò)展性較差，適合中小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)；分級(jí)式體系結(jié)構(gòu)可以減小那些由于拓?fù)渥兓瘜?duì)路由產(chǎn)生的影響，具有很好的可擴(kuò)充性。

移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)有單點(diǎn)跳躍路由與多點(diǎn)跳躍路由兩種路由方式。單點(diǎn)跳躍路由是指來(lái)源端到目的端只需要跳躍1次就可將封包送至目的端。多點(diǎn)跳躍路由是封包從來(lái)源端到目的端，需要經(jīng)過(guò)多個(gè)節(jié)點(diǎn)路由［1］。一般而言，多點(diǎn)跳躍路由比較常用，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)的傳輸范圍有限，若來(lái)源端與目的端距離過(guò)遠(yuǎn)，彼此不在對(duì)方的傳輸范圍內(nèi)，那么勢(shì)必要經(jīng)由其他的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)送。

目前，在移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)中，大部分分層路由以距離當(dāng)作選擇路徑的依據(jù)。雖然距離也是能量消耗的一個(gè)參考依據(jù)，但是對(duì)于在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的傳輸媒介下，能量的耗損受到氣候、地形、距離等的影響，所以只是將距離當(dāng)作選擇路徑的依據(jù)，不足以反映一個(gè)最佳路徑［2］。以能量的消耗總和作為一個(gè)路徑選擇時(shí)的參考依據(jù)，可以準(zhǔn)確地評(píng)估路徑所需要花費(fèi)的功率。同時(shí)，將功率作為選擇路徑的基準(zhǔn)，建立一個(gè)以功率為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)模型。

模擬環(huán)境可分為網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的建立、移動(dòng)式主機(jī)特性的定義以及路由算法3個(gè)部分。

1.1 網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

本文設(shè)計(jì)1個(gè)50×50矩陣來(lái)作為網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。該平臺(tái)一共有2 500個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)均可有1個(gè)移動(dòng)終端。另外，本文假設(shè)泛洪時(shí)所需要的功率遠(yuǎn)比傳送數(shù)據(jù)所需要的功率小得多，主要是因?yàn)榉汉闀r(shí)的數(shù)據(jù)包大小很小，而且量也不多，在此可以忽略。

1.2 主機(jī)特性

在本文模擬環(huán)境里，每一個(gè)移動(dòng)式主機(jī)的坐標(biāo)(x，y）為隨機(jī)，每個(gè)移動(dòng)式主機(jī)具有移動(dòng)特性，如圖1所示，每次移動(dòng)后的新位置為(x＋△x，y＋△y），-2≤△x≤2，-2≤△y≤2。另外，本文假設(shè)主機(jī)每5秒移動(dòng)1次，也就是說(shuō)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涿?秒會(huì)改變1次。另外，每個(gè)主機(jī)分為5個(gè)功率位階。假設(shè)傳輸?shù)哪芰颗c傳輸?shù)木嚯x平方成正比，功率位階1到位階5所需消耗的功率分別為1，4，9，16，25單位，每個(gè)主機(jī)電池的功率為隨機(jī)。另外，本文假設(shè)主機(jī)能量單位小于1 000時(shí)，則主機(jī)功率位階5將會(huì)被關(guān)閉；能量單位小于800時(shí)，主機(jī)功率位階4將會(huì)被關(guān)閉，以此類推。當(dāng)主機(jī)功率單位小于200時(shí)，本文則定義該主機(jī)不可再使用。假設(shè)主機(jī)擁有2個(gè)數(shù)據(jù)封包需要傳送，1個(gè)使用功率位階2，1個(gè)使用功率位階3，則在1秒后，主機(jī)一共消耗4＋9＝13個(gè)功率單位。

圖1 主機(jī)移動(dòng)特性及功率位階示意

1.3 路由算法

本文模擬6種不同的路由算法，分別為不包含Power Control機(jī)制的Shortest Path(SP）路由算法，以及包含Power Control機(jī)制的Shortest Path(SPPC），Energy Based(EB），Energy Based with Route-Based Reroute(EBRB），Energy Based with Local-Based Reroute(EBLR）以及Energy Based with Route-Based and Local-Based Reroute(EBRBLR）等6種路由算法。

2 不同路由算法的模擬結(jié)果

本文模擬以上6種路由算法在不同的主機(jī)密度環(huán)境下所表現(xiàn)的效率并進(jìn)行分析。

在100，200，300，400，500等不同個(gè)數(shù)的主機(jī)環(huán)境下來(lái)模擬6種路由算法的效率［12］。不同主機(jī)密度的模擬環(huán)境，會(huì)有50%的主機(jī)需要傳送數(shù)據(jù)給其他主機(jī)，而數(shù)據(jù)傳送的起始時(shí)間為1到30秒內(nèi)，數(shù)據(jù)傳送的時(shí)間會(huì)大于180秒，并且在模擬過(guò)程中，不會(huì)有新的數(shù)據(jù)被傳送。本文分別就路徑功率總消耗、重新尋找路徑次數(shù)及所有傳送路徑的長(zhǎng)度來(lái)做本文比較的依據(jù)。

2.1 路徑功率總消耗

路徑功率總和代表的是在t秒時(shí)，所有路徑所花費(fèi)的功率總和。在模擬結(jié)果圖中的X軸均以秒為單位，而0～30秒為一個(gè)Cold Start，可省略；Y軸則代表主機(jī)電池消耗的功率。另外，EBRB、EBRBLR兩個(gè)路由算法的β值為0.8。圖2至圖4為非功率和功率為基礎(chǔ)的路由算法分別在100，300，500個(gè)主機(jī)環(huán)境下執(zhí)行路徑的功率［3］。就算法而言，沒(méi)有Power Control機(jī)制的Shortest Path路由算法所需要花費(fèi)的功率為最大，其次為有Power Control機(jī)制的Shortest Path路由算法，而以功率為基礎(chǔ)的路由算法EB有最佳的效率。

圖2 有100Mobile Hosts時(shí)，功率和非功率算法路徑所消耗的功率

圖4 有500Mobile Hosts時(shí)，功率和非功率算法路徑所消耗的功率

圖5至圖7為以能量為基礎(chǔ)的路由算法EB，EBRB，EBLR以及EBRBLR路徑所消耗的功率比較圖。由這3個(gè)圖，本文可以看出以EBRBLR算法所節(jié)省的功率量多。

圖3 有300Mobile Hosts時(shí)，功率和非功率算法路徑所消耗的功率

圖5 有100個(gè)主機(jī)時(shí)，以功率為基礎(chǔ)路由算法路徑所消耗的功率

圖6 有300個(gè)主機(jī)時(shí)，以功率為基礎(chǔ)路由算法路徑所消耗的功率

圖7 有500個(gè)主機(jī)時(shí)，以功率為基礎(chǔ)路由算法路徑所消耗的功率

另外，當(dāng)有100個(gè)主機(jī)時(shí)，以功率為基礎(chǔ)的路由算法所消耗的路徑功率總和差不多，主要是因?yàn)橹鳈C(jī)數(shù)目少的時(shí)候，主機(jī)可以尋找的路徑就會(huì)減少，即使重新繞送的路徑，其路徑所需能量也只能節(jié)省少量的能量。因此，以功率為基礎(chǔ)的路由算法所能節(jié)省的功率有限。反之，當(dāng)有500個(gè)主機(jī)時(shí)，節(jié)點(diǎn)密度大，節(jié)點(diǎn)間的連接功率位階也變小，使路徑消耗的功率也變小。

2.2 重新尋找路徑次數(shù)

重新尋找替代路徑對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)有著很大的影響。重新尋找路徑機(jī)制啟動(dòng)過(guò)渡頻繁將會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)過(guò)重［4］。當(dāng)主機(jī)數(shù)少時(shí)，每一種路由算法路徑重新尋找的平均次數(shù)較為接近，依次數(shù)多到少依序?yàn)镾P，SPPC，EBRBLR，EBRB，EB，EBLR。在主機(jī)數(shù)目變多時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)非功率和功率為基礎(chǔ)的路由算法路徑重新尋找的次數(shù)差距較大，由多到少的順序和主機(jī)數(shù)目小時(shí)相同。這個(gè)模擬結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)以功率為基礎(chǔ)的路由算法有較高的路徑穩(wěn)定性，可以降低路徑重新尋找的次數(shù)，間接降低網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)。另外，EBRBLR以及EBRB兩種算法的路徑重新尋找的次數(shù)之所以會(huì)較EB，EBLR多，是因?yàn)镋BRBLR，EBRB的一個(gè)路徑變動(dòng)率過(guò)高時(shí)，會(huì)啟動(dòng)路徑重新尋找機(jī)制。雖然路徑重新尋找的次數(shù)較高，EBRBLR，EBRB可找到較節(jié)省功率的路徑。EBLR路由算法路徑重新尋找的次數(shù)為6種算法中最少，是因?yàn)镋BLR包含一個(gè)Local Based Reroute機(jī)制，可以延長(zhǎng)一條路徑傳送的時(shí)間。因此，路徑重新尋找機(jī)制較少被啟動(dòng)，但相對(duì)的其路徑所消耗的功率較EB，EBRB，EBRBLR高［5-6］。

3 結(jié)語(yǔ)

影響一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性有許多的因素，其中包含網(wǎng)絡(luò)是否分裂、路徑中斷的頻率過(guò)高等，都會(huì)影響到網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。造成路徑中斷的原因有2個(gè)：一個(gè)是因終端跨網(wǎng)移動(dòng)所造成的路徑中斷，這種中斷是無(wú)可避免的；另一個(gè)原因是因?yàn)槟承┲鳈C(jī)因功率消耗過(guò)快而無(wú)法再傳送數(shù)據(jù)，導(dǎo)致路徑中斷。本研究認(rèn)為，模擬環(huán)境可以由節(jié)省主機(jī)功率的消耗來(lái)適當(dāng)減少路徑中斷。因?yàn)橛邢鄳?yīng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支撐，移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室理論逐步走向現(xiàn)實(shí)環(huán)境。在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，路徑因?yàn)橹鳈C(jī)移動(dòng)而中斷的故障會(huì)時(shí)有發(fā)生。因此，路徑維護(hù)機(jī)制將成為后期研究的難點(diǎn)。