引言
自組網（Ad hoc network）是由一組帶有無線收發(fā)裝置的移動節(jié)點組成的自治系統(tǒng)。其特點是自組織、多跳、可以臨時性建立鏈路，在該網絡中，信道的環(huán)境、網絡的拓撲、業(yè)務的模式都是隨節(jié)點的移動而動態(tài)改變的。自組網為任意環(huán)境下的通信提供了較好的解決方案，在軍事領域和民用通信中有廣泛應用。目前自組網與2．5G和3G移動通信進行了有效的結合，大規(guī)模寬帶無線自組網將會成為寬帶無線通信或未來移動通信的重要形式。
在自組網環(huán)境中，由于節(jié)點的無線通信覆蓋范圍有限，兩個無法直接通信的移動節(jié)點可以通過中間節(jié)點進行報文轉發(fā)以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，因此該過程需要路由協(xié)議進行數(shù)據(jù)包轉發(fā)決策，節(jié)點采取什么樣的策略轉發(fā)報文能獲得良好的通信效果顯得很重要。路由協(xié)議是近年的研究熱點和難點，路由協(xié)議需要迅速適應拓撲變化，完成路由建立和維護工作，盡量減少控制開銷以提高網絡吞吐量。目前適用于自組網的新協(xié)議一般以廣播或組播方式建立網絡路由，普遍得到認可的代表性協(xié)議有DSDV（Destination sequenced distance vector）、DSR（Dynamic Sou rce Routing）和AODV（Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing）。
1 無線網絡路由協(xié)議
按路由發(fā)現(xiàn)策略，自組網路由協(xié)議可分為主動路由和按需路由兩類。主動路由協(xié)議是節(jié)點通過定期地廣播路由信息數(shù)據(jù)包，路由器間交換路由信息，計算出相關路由，節(jié)點維護去往全網所有節(jié)點的路由，發(fā)現(xiàn)策略與傳統(tǒng)路由協(xié)議類似。主動路由協(xié)議主要有DSDV、GSR、WRP等協(xié)議。按需路由協(xié)議是根據(jù)需要來發(fā)起路由查找，當節(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)，路由表中又沒有有效的路由信息時，源節(jié)點才會向整網洪泛，尋找到達目的節(jié)點的路由。拓撲結構和路由表信息都是按需建立，它可能僅僅是整個拓撲結構信息的一部分。按需路由協(xié)議在通信過程中需維護路由，通信完畢后便不再進行維護。按需路由協(xié)議主要有DSR、AODV、TORA等。
1．1 DSDV
DSDV協(xié)議是一種點到點距離向量路由協(xié)議，它需要每個節(jié)點向鄰節(jié)點定期廣播路由信息，每個節(jié)點都維護一個路由表。當網絡拓撲有變化以至于路由表變更時，結點也會主動發(fā)送更新的路由給相鄰的節(jié)點。DSDV協(xié)議和互聯(lián)網上的DV協(xié)議基本相同，只是路由信息中多了目的節(jié)點序列號的記錄，引入目的節(jié)點序列號后，既能區(qū)別路由信息的新舊，又能有效避免產生路由環(huán)路和無限計數(shù)的問題，適合無線自組網這種節(jié)點快速變動的網絡所需。當節(jié)點收到多個不同的矢量表數(shù)據(jù)包時，選用序列號較大的路由信息來計算，如果序列號相同則看誰的路徑短。
1．2 DSR
DSR協(xié)議是一種基于源路由方式的按需路由協(xié)議。在DSR協(xié)議中，當源節(jié)點發(fā)送報文時，在數(shù)據(jù)報頭部攜帶到達目的節(jié)點的路由信息，該路由信息由網絡中的若干節(jié)點地址組成，源節(jié)點的數(shù)據(jù)報文就通過這些節(jié)點的中繼轉發(fā)到目的節(jié)點。DSR路由協(xié)議主要包括路由發(fā)現(xiàn)和路由維護過程。路由發(fā)現(xiàn)過程主要用于幫助源節(jié)點獲得到達目的節(jié)點的路由。節(jié)點通過路由發(fā)現(xiàn)過程獲得到達網絡中其他節(jié)點的路由。在路由發(fā)現(xiàn)過程中源節(jié)點首先向鄰節(jié)點廣播“路由請求”數(shù)據(jù)報文。該數(shù)據(jù)報文中包括“請求ID”、“目的節(jié)點地址”和“路由記錄”等字段。其中“路由記錄”字段用于記錄從源節(jié)點到目的節(jié)點路由中的中間節(jié)點地址，當路由請求報文到達目的節(jié)點時，該字段中的所有節(jié)點地址即構成了從源節(jié)點到目的節(jié)點的路由。當路由中的節(jié)點由于關機、移動等原因無法保證到達目的節(jié)點時，當前的路由就不再有效了。路由維護過程監(jiān)測當前路由的可用情況，當監(jiān)測到路由出現(xiàn)故障時，將調用新一輪路由發(fā)現(xiàn)過程。
1．3 AODV
AODV協(xié)議借鑒了DSR協(xié)議的按需路由機制和DSDV協(xié)議的點到點路由機制。AODV協(xié)議采用逐跳的方式轉發(fā)數(shù)據(jù)包，不需要在報文中攜帶完整的路由消息。AODV協(xié)議路由發(fā)現(xiàn)過程由源節(jié)點發(fā)起，當某節(jié)點需要發(fā)送一個數(shù)據(jù)包時，先檢查本節(jié)點的路由表是否存在一條到目的節(jié)點的有效路由。如果沒有，則需要向鄰節(jié)點廣播路由請求數(shù)據(jù)報文，其中記錄著發(fā)出的源節(jié)點和目的節(jié)點的地址，鄰近節(jié)點收到路由請求數(shù)據(jù)報文，先判斷其中的目的節(jié)點是否就是本節(jié)點，如果不是，再在路由表中查找是否有到目的節(jié)點的路由。每一條路由都對應著一個序列號，路由更新時序列號也隨著更新。AODV協(xié)議的路由維護是通過定期的廣播hello報文來實現(xiàn)的，發(fā)現(xiàn)某條鏈路斷開時，節(jié)點就發(fā)送路由錯誤消息報文通知那些因鏈路斷開而不可達的節(jié)點刪除相應的路由記錄。
2 仿真實驗及分析
NS2是由伯克利大學開發(fā)的一個離散的事件驅動的仿真軟件，支持鏈路層及其以上的以數(shù)據(jù)包為單位的仿真，支持無線網絡和有線網絡。本實驗采用NS2作為仿真平臺，仿真實驗的目的是研究不同場景的情況下DSDV、DSR和AODV協(xié)議的網絡性能。
2．1 性能參數(shù)
（1）第一個包收到時間。第一個包收到時間可以用來反映路由表的收斂時間，越早收到，則表示收斂速度比較快，較早將第一個包從源節(jié)點送達目的節(jié)點。
（2）平均延時。平均延時統(tǒng)計的是一個數(shù)據(jù)包從源節(jié)點成功到達目的節(jié)點經過的平均時間。它是反映數(shù)據(jù)包到達目的地時間長短的性能指標。延時包含鏈路上數(shù)據(jù)傳播延時、MAC層的重傳延時、數(shù)據(jù)排隊等候延時、發(fā)現(xiàn)路徑緩沖延時、網絡中處理數(shù)據(jù)延時等。為了準確地反映網絡的實際情況，常常用平均延時來度量網絡中的延時，延時越小則說明網絡越通暢。
（3）數(shù)據(jù)包投遞率。數(shù)據(jù)包投遞率由成功到達目的節(jié)點的數(shù)據(jù)包數(shù)目與源節(jié)點產生的數(shù)據(jù)包傳送數(shù)目的比值，反映了網絡傳輸?shù)目煽啃裕哆f率越高網絡可靠性越大。
2．2 實驗場景
由于需要對仿真環(huán)境進行設置，可用cbrgen與setdest兩個NS2提供的工具進行參數(shù)設置。本文所設計的仿真場景是一個300m×300m的矩形區(qū)域，在區(qū)域內隨機分布了100個節(jié)點，這也與現(xiàn)實中隨機布點是類似的。仿真時間持續(xù)100s，節(jié)點發(fā)送功率為0．00 5 W，信道帶寬為2 MHz，MAC層使用IEEE802．11b協(xié)議，路由協(xié)議分別采用DSDV、DSR和AODV協(xié)議。CBR業(yè)務連接數(shù)為10，數(shù)據(jù)包大小為512Byte，發(fā)送速率為每秒發(fā)送10數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)類型選擇的是CBR流。在給定的仿真場景中每個節(jié)點隨機選擇運動方向和運動速度，最大運動速度為10m／s。具體的場景設置參數(shù)如表1所示。
2．3 仿真分析
當節(jié)點靜止時統(tǒng)計到的數(shù)據(jù)如表2所示，當節(jié)點移動時統(tǒng)計到的數(shù)據(jù)如表3所示。從表2和表3可以看出，若節(jié)點靜止時，使用DSDV路由協(xié)議可以較早收到第一個數(shù)據(jù)包，這是因為在數(shù)據(jù)發(fā)送前，DSDV已經有已知路徑，不需要重新尋找新的路徑，因此會較早收到第一個數(shù)據(jù)包。若節(jié)點移動時，AODV年ODSR路由協(xié)議收到第一個包時間比DSDV路由協(xié)議短得多，這是因為DSDV的路由中可能會沒有可用的路徑，等到更新路由表后，花費一段時間再找到有效的路徑，所以收到第一個數(shù)據(jù)包時間值會比較大。所以DSDV路由協(xié)議適合用于節(jié)點靜止的網絡場景，AODV和DSR路由協(xié)議適合用于節(jié)點快速移動的網絡場景。
3 結束語
自組網作為無線通信技術的一個重要發(fā)展方向，在未來的通信技術中占據(jù)著重要的地位，已成為眾多學者研究的對象。在實際應用中，考慮使用某個路由協(xié)議時首先需要了解該協(xié)議的性能是否符合需要，因此需在不同的參數(shù)下對協(xié)議進行仿真和性能分析。我們通過對第一個包收到時間、平均延時和包投遞率這些性能指標的統(tǒng)計與比較，發(fā)現(xiàn)在移動環(huán)境下使用AODV租DSR路由協(xié)議比使用DSDV協(xié)議有更好的吞吐率和穩(wěn)定性。
