郭少雄 李正偉 宋志群

摘 要：為了增強(qiáng)自組網(wǎng)AOMDV路由協(xié)議的負(fù)載均衡能力，根據(jù)隊(duì)列緩存比將網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)分為2個(gè)等級(jí)Normal和Danger，針對(duì)不同等級(jí)進(jìn)行不同的處理。對(duì)Danger級(jí)節(jié)點(diǎn)直接棄用，對(duì)Normal級(jí)節(jié)點(diǎn)通過閾值比較賦予相應(yīng)的虛擬跳數(shù)，隊(duì)列緩存比越高則相應(yīng)的虛擬跳數(shù)越高。對(duì)RREP和Hello報(bào)文進(jìn)行了拓展，均加入了節(jié)點(diǎn)隊(duì)列緩存比項(xiàng)，來更新和收集最新路徑節(jié)點(diǎn)狀態(tài)信息。改進(jìn)后的協(xié)議通過包含節(jié)點(diǎn)負(fù)載信息的最小虛擬跳數(shù)作為最優(yōu)路徑選擇依據(jù)，使用OPNET在不同網(wǎng)絡(luò)負(fù)載下以固定的節(jié)點(diǎn)速率進(jìn)行仿真。結(jié)果表明，改進(jìn)路由協(xié)議在犧牲有限的路由開銷前提下，起到了對(duì)節(jié)點(diǎn)的負(fù)載均衡作用，緩解了網(wǎng)絡(luò)擁塞，提高了數(shù)據(jù)包投遞率，有效降低了端到端的傳輸時(shí)延，為提升自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能提供了一種較為簡單的方法。

關(guān)鍵詞：無線通信技術(shù);移動(dòng)自組網(wǎng);AOMDV;節(jié)點(diǎn)擁塞;負(fù)載均衡

中圖分類號(hào)：TN924?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI： 10.7535/hbgykj.2021yx02007

Improved method of AOMDV routing protocol in Ad Hoc network based on node load level

GUO Shaoxiong，LI Zhengwei， SONG Zhiqun

（The 54th Research Institute of CETC， Shijiazhuang， Hebei 050081，China）

Abstract：

In order to enhance the load balancing capability of the AOMDV routing protocol in Ad Hoc network，according to the queue buffer ratio，the nodes in the network were divided into two levels，Normal and Danger，and the corresponding processing was performed for different levels.Danger-level nodes were directly abandoned，and Normal nodes were assigned corresponding virtual hops through the threshold comparison.The higher the queue cache ratio was，the higher the corresponding virtual hops were.The RREP and Hello messages were expanded，and the node queue cache ratio was added to update and collect the latest path node status information.The minimum number of virtual hops containing node load information was used as the basis for optimal path selection in the improved protocol.At different network loads and a fixed node rate， the OPNET was adopted to simulate.The results show that the improved routing protocol has a load balancing effect on nodes at the expense of limited routing overhead，which alleviates network congestion，increases the data packet delivery rate，and effectively reduces the end-to-end transmission delay.It provides a relatively simple method for improving the performance of the Ad Hoc network.

Keywords：

wireless communication technology; mobile Ad Hoc network; AOMDV; node congestion; load balancing

自組網(wǎng)又可稱為Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，具有無中心、組網(wǎng)迅速、多跳路由、不依賴固定基站等特點(diǎn)，近年來其在軍事指揮、搶險(xiǎn)救災(zāi)、臨時(shí)會(huì)議等場合發(fā)揮著越來越重要的作用。但是由于移動(dòng)自組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓^快且節(jié)點(diǎn)能量和網(wǎng)絡(luò)帶寬受限，如何發(fā)現(xiàn)并維護(hù)可靠的傳輸路徑成為了研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)[1-4]。

按需多路徑距離矢量協(xié)議（ad hoc on-demand distance multipath vector routing，AOMDV）是基于按需單路徑距離矢量協(xié)議（ad hoc on-demand distance vector routing，AODV）改進(jìn)的一種平面多徑路由協(xié)議[5]，能夠找到多條開環(huán)的鏈路不相交路徑，采用備份路由機(jī)制，當(dāng)檢測到當(dāng)前路徑中斷時(shí)能夠快速切換到備用路徑，相比于單路徑路由協(xié)議具有較好的容錯(cuò)能力和通信恢復(fù)能力，可以快速并且有效地恢復(fù)因Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中拓?fù)洳粩嘧兓鸬穆窂街袛?。但是由于其序列?hào)機(jī)制，只把跳數(shù)最小作為路徑判別標(biāo)準(zhǔn)，使得最先發(fā)現(xiàn)的路徑往往不是最優(yōu)路徑，某些節(jié)點(diǎn)由于位置等原因頻繁使用，過多的數(shù)據(jù)在節(jié)點(diǎn)緩沖區(qū)排隊(duì)等待復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)，溢出丟失的概率較大，嚴(yán)重影響著網(wǎng)絡(luò)的性能，有必要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡處理[6-9]。

基于AOMDV路由協(xié)議的移動(dòng)自組網(wǎng)負(fù)載均衡研究已經(jīng)有了一定的研究成果。文獻(xiàn)[10]引入節(jié)點(diǎn)擁塞度概念，對(duì)中間繁忙節(jié)點(diǎn)采用旁路路由算法，提出了一種基于AOMDV路由協(xié)議的AQMP路由協(xié)議;文獻(xiàn)[11]通過對(duì)AOMDV路由協(xié)議中Drop-Tail隊(duì)列模型采取預(yù)判機(jī)制，及時(shí)感知節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的負(fù)載狀態(tài)，有效緩解了擁塞問題和節(jié)點(diǎn)的不均衡負(fù)載;文獻(xiàn)[12]在AOMDV路由協(xié)議基礎(chǔ)上提出了一種基于分流傳輸和擁塞預(yù)警的BAOMDV協(xié)議，采用多徑并行分流傳輸方法控制網(wǎng)絡(luò)負(fù)載等。

為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的均衡優(yōu)化，上述文獻(xiàn)中網(wǎng)絡(luò)的均衡算法都較為復(fù)雜，算法本身對(duì)節(jié)點(diǎn)的能量消耗過多同時(shí)路由開銷較大。考慮到節(jié)點(diǎn)的功率計(jì)算能力有限，依托原AOMDV協(xié)議控制報(bào)文，提出一種采用新的跳數(shù)計(jì)數(shù)方式（以下統(tǒng)一稱為虛擬跳數(shù)）的路由協(xié)議（line based AOMDV，LB-AOMDV）。

1 節(jié)點(diǎn)等級(jí)劃分

1.1 AOMDV路由策略

與AODV路由協(xié)議相同，AOMDV多徑路由協(xié)議中也存在3種消息報(bào)文，分別是路由請(qǐng)求消息報(bào)文（route request，RREQ），路由應(yīng)答消息報(bào)文（route response， RREP），路由錯(cuò)誤消息報(bào)文（route error， RERR）。通過這3種消息報(bào)文的發(fā)送和接收實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲袀鬏斅窂降倪x擇和維護(hù)。

AOMDV協(xié)議的路由發(fā)現(xiàn)過程分為兩部分：前向路由路徑的建立和反向路由路徑的建立。反向路由是通過RREQ消息建立的，當(dāng)中間節(jié)點(diǎn)收到源節(jié)點(diǎn)或者上一節(jié)點(diǎn)廣播的RREQ消息時(shí)，由該節(jié)點(diǎn)指向源節(jié)點(diǎn)或者上一節(jié)點(diǎn)的反向路由相應(yīng)建立;前向路由是通過RREP消息建立的，目的節(jié)點(diǎn)對(duì)收到的RREQ消息作出回復(fù)處理，即向前一節(jié)點(diǎn)發(fā)送RREP消息，同時(shí)由前一節(jié)點(diǎn)指向目的節(jié)點(diǎn)的前向路由建立。源節(jié)點(diǎn)能否找到一條最新路由是通過到達(dá)源節(jié)點(diǎn)的RREP消息來確定的。S是源節(jié)點(diǎn)，D是目的節(jié)點(diǎn)，路由的發(fā)現(xiàn)過程如圖1所示。

路由表建立之后，路徑中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要進(jìn)行路由維護(hù)和管理等任務(wù)來實(shí)現(xiàn)逐跳轉(zhuǎn)發(fā)和多跳通信。在路由表的維護(hù)過程中，除了要?jiǎng)h除失效、不需要的節(jié)點(diǎn)路由外，當(dāng)檢測到出現(xiàn)鏈路中斷，即有節(jié)點(diǎn)在相應(yīng)周期內(nèi)接收不到Hello包，上游節(jié)點(diǎn)會(huì)向更上游的節(jié)點(diǎn)發(fā)送RERR包。在每一個(gè)RERR包的路由表中，存儲(chǔ)了由于鏈路中斷而導(dǎo)致無法到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的IP地址，同時(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都保留了一個(gè)前驅(qū)列表來幫助完成RERR包順利到達(dá)源節(jié)點(diǎn)的過程。

移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)在進(jìn)行信息傳輸時(shí)，部分節(jié)點(diǎn)由于位置等原因被頻繁地選為中間節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)致這些節(jié)點(diǎn)處有更多的信息在排隊(duì)等待復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)，從而長期處于一種高負(fù)載情況[13-17]。當(dāng)節(jié)點(diǎn)的擁塞情況十分嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)造成信息的溢出丟失，嚴(yán)重影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能。

1.2 節(jié)點(diǎn)等級(jí)

定義節(jié)點(diǎn)的信息排隊(duì)等級(jí)（隊(duì)列緩存占用比）：M=q/Q，其中：q表示節(jié)點(diǎn)處當(dāng)前數(shù)據(jù)包隊(duì)列長度;Q表示節(jié)點(diǎn)處能夠處理和容納的數(shù)據(jù)包最大隊(duì)列長度。

在LB-AOMDV協(xié)議中，將網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)處的負(fù)載排隊(duì)情況按照百分比分為2個(gè)等級(jí)，分別是Normal和Danger，這2個(gè)等級(jí)的界限標(biāo)準(zhǔn)由閾值Level決定，節(jié)點(diǎn)的等級(jí)設(shè)置如表1所示。

當(dāng)節(jié)點(diǎn)的排隊(duì)等級(jí)達(dá)到Danger時(shí)，此時(shí)節(jié)點(diǎn)處的信息排隊(duì)隊(duì)列過長，繼續(xù)傳輸將導(dǎo)致鏈路中斷或者非常大的時(shí)延，此時(shí)判定此節(jié)點(diǎn)不可用，路由包直接返回上一節(jié)點(diǎn)選擇其他的中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸。

通過查閱文獻(xiàn)[15-16]和實(shí)際應(yīng)用中的仿真分析，在此LB-AOMDV路由協(xié)議中設(shè)定Level為0.8，即當(dāng)節(jié)點(diǎn)處的數(shù)據(jù)包隊(duì)列緩存比超過0.8時(shí)，判定此節(jié)點(diǎn)失效。當(dāng)節(jié)點(diǎn)的排隊(duì)等級(jí)介于0和0.8之間時(shí)，設(shè)定：

CountM=1，????? 0≤M≤0.3，

2，????? 0.3

當(dāng)節(jié)點(diǎn)處于Normal級(jí)別時(shí)，LB-AOMDV路由協(xié)議的路由發(fā)現(xiàn)過程和原AOMDV協(xié)議是相同的。而當(dāng)節(jié)點(diǎn)處的信息排隊(duì)等級(jí)處于Danger級(jí)別時(shí)，此時(shí)的節(jié)點(diǎn)已經(jīng)處于高負(fù)載情況，原AOMDV路由協(xié)議是節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)一次RREP包的跳數(shù)計(jì)數(shù)方式Hop_Count+1，LB-AOMDV路由協(xié)議在原來基礎(chǔ)上綜合考慮了節(jié)點(diǎn)處的信息排隊(duì)情況，節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)一次RREP的虛擬跳數(shù)為

Hop_Count+Count_M。（2）

綜上所述，LB-AOMDV路由協(xié)議以虛擬跳數(shù)作為路徑判別依據(jù)，虛擬跳數(shù)中包含節(jié)點(diǎn)的負(fù)載信息，節(jié)點(diǎn)處的信息排隊(duì)越長，負(fù)載越大，虛擬跳數(shù)越大，這樣在進(jìn)行路由選擇時(shí)能夠有效避開高負(fù)載節(jié)點(diǎn)，起到了負(fù)載均衡的作用。

2 節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的更新與上報(bào)

一般情況下移動(dòng)自組網(wǎng)都是多跳傳輸，即從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)經(jīng)過中間節(jié)點(diǎn)的中繼，每個(gè)中間節(jié)點(diǎn)或者一條活動(dòng)路由的狀態(tài)是不斷變化的。怎樣把這種狀態(tài)變化收集，使得當(dāng)源節(jié)點(diǎn)或者目的節(jié)點(diǎn)能及時(shí)掌握所在鏈路的狀態(tài)信息時(shí)，才能及時(shí)做出相應(yīng)的改變[18-21]，如避開高負(fù)載的節(jié)點(diǎn)、及時(shí)切換衰落鏈路等。通過報(bào)文RREQ和RREP能夠分別產(chǎn)生反向路由和正向路由，每次經(jīng)過一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這2種報(bào)文都會(huì)及時(shí)做出更新，而源節(jié)點(diǎn)能否找到一條最新路由是通過RREP來反饋確定的，RREP報(bào)文可以存儲(chǔ)經(jīng)過節(jié)點(diǎn)的最新狀態(tài)信息，當(dāng)RREP報(bào)文到達(dá)源節(jié)點(diǎn)時(shí)，確定前向路由，所在路徑的最新信息也隨之全部更新到源節(jié)點(diǎn)?；赗REP的這種機(jī)制，本文選擇改進(jìn)的Hello消息包和RREP消息包來進(jìn)行節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的收集、更新與上報(bào)。

2.1 通過改進(jìn)Hello消息來更新路徑狀況

Hello消息是TTL=1的RREP包，用來監(jiān)測一條活動(dòng)路由的連接狀態(tài)。生存周期只有一跳，是自組網(wǎng)在路由維護(hù)過程中十分重要的消息包，能夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供關(guān)于鏈路狀態(tài)的信息。一條活動(dòng)路由通過使用Hello消息包來確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)鏈路的連接狀態(tài)。每個(gè)Hello消息發(fā)送的間隔周期時(shí)間設(shè)置為Hello_interval，若節(jié)點(diǎn)在檢查中發(fā)現(xiàn)在上一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)沒有發(fā)送廣播消息，那么該節(jié)點(diǎn)就會(huì)廣播一個(gè)Hello消息包。Hello消息報(bào)文的格式如圖2所示。

Hello消息報(bào)文中的目的節(jié)點(diǎn)IP地址為本節(jié)點(diǎn)的IP地址，目的節(jié)點(diǎn)序列號(hào)就是本節(jié)點(diǎn)的最新目的節(jié)點(diǎn)序列號(hào)，Hop_Count值設(shè)置為0，周期時(shí)間（Lifetime）值設(shè)置為

Allow_Hello_Loss×Hello_interval。（3）

用Hello消息來動(dòng)態(tài)監(jiān)測路徑連接狀態(tài)，既能比較簡單地獲取動(dòng)態(tài)的路徑連接狀態(tài)信息，又可以避免控制項(xiàng)增加導(dǎo)致開銷的額外增加。在AOMDV路由協(xié)議中，Hello包是路由維護(hù)的重要控制包，它通過周期性的廣播檢測與其他節(jié)點(diǎn)的連通，雖然不能像RREP消息報(bào)文一樣將路徑的狀態(tài)信息更新至源節(jié)點(diǎn)，但這種路由維護(hù)機(jī)制為路徑的狀態(tài)監(jiān)測提供了可能，Hello包的生存周期只有一跳，為了使其能夠在一跳的范圍內(nèi)起到傳遞路徑狀態(tài)信息的作用，對(duì)Hello報(bào)文的格式進(jìn)行了相應(yīng)擴(kuò)展，添加了節(jié)點(diǎn)隊(duì)列緩存比，改進(jìn)后的Hello包格式如圖3所示。

改進(jìn)后的Hello消息處理步驟如下。

1）節(jié)點(diǎn)在規(guī)定周期時(shí)間（Lifetime）收到鄰居節(jié)點(diǎn)的Hello消息。

2）對(duì)Hello消息格式中的節(jié)點(diǎn)隊(duì)列緩存比項(xiàng)進(jìn)行判別：

①緩存比大于緩存閾值，判定節(jié)點(diǎn)失效;

②緩存比小于閾值，根據(jù)式（1）計(jì)算新的跳數(shù)。

3）節(jié)點(diǎn)有效，增加該路由生存時(shí)間，增加生存時(shí)間至少為

Allow_Hello_Loss×Hello_interval。

4）更新序列號(hào)。

每個(gè)節(jié)點(diǎn)收到Hello消息都進(jìn)行如上的處理，從而維護(hù)并確認(rèn)出一條基于節(jié)點(diǎn)緩存信息最小的跳數(shù)最短路徑。

2.2 通過改進(jìn)RREP消息來收集路徑狀況

在AOMDV協(xié)議中，RREP消息報(bào)文是由一條路徑的目的節(jié)點(diǎn)或者含有到目的節(jié)點(diǎn)路由的中間節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生和發(fā)送的控制報(bào)文，同時(shí)也能夠建立正向的路由路徑。RREP消息報(bào)文的這種特點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)路徑狀態(tài)的收集和上報(bào)，在LB-AOMDV路由協(xié)議中對(duì)RREP消息報(bào)文進(jìn)行了拓展，加入了節(jié)點(diǎn)處信息隊(duì)列緩存比項(xiàng)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收到RREP消息報(bào)文時(shí)，除了更新跳數(shù)等信息外，還需要將節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的鏈路狀態(tài)與RREP消息報(bào)文中的狀態(tài)項(xiàng)作對(duì)比，將在節(jié)點(diǎn)前等待發(fā)送數(shù)據(jù)包的隊(duì)列長度添加到RREP消息報(bào)文中，當(dāng)RREP消息報(bào)文沿著一條活動(dòng)路由傳送到源節(jié)點(diǎn)吋，源節(jié)點(diǎn)會(huì)獲取其路由表中存儲(chǔ)收集到的路徑狀態(tài)信息，有利于進(jìn)行路徑在本協(xié)議選定策略下的最優(yōu)選擇，拓展后的RREP消息格式如圖4所示。

假設(shè)目的節(jié)點(diǎn)接收到了由源節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的經(jīng)過中間節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的RREQ包。目的節(jié)點(diǎn)接收到針對(duì)自己的RREQ包之后，進(jìn)行以下操作。

1）比較RREQ包中的目的節(jié)點(diǎn)序列號(hào)和自己的序列號(hào)。

2）如果自己的序列號(hào)比目的序列號(hào)小，則會(huì)將自己的序列號(hào)加1。

3）目的節(jié)點(diǎn)將其序列號(hào)或者加1更新后的序列號(hào)插入RREP包的目的節(jié)點(diǎn)序列號(hào)域中，同時(shí)將Hop Count域清零。

4）RREP按照路由表規(guī)則向源節(jié)點(diǎn)傳送，每經(jīng)過一個(gè)節(jié)點(diǎn)更新隊(duì)列緩存比項(xiàng)，根據(jù)式（1）更新跳數(shù)。

當(dāng)源節(jié)點(diǎn)接收到路徑消息時(shí)，已經(jīng)對(duì)每條路徑的Level等級(jí)和作比較，選擇Level等級(jí)小、跳數(shù)小、節(jié)點(diǎn)處排隊(duì)信息相對(duì)較少的路徑進(jìn)行傳輸。改進(jìn)后的RREP消息處理如圖5所示。

3 仿真結(jié)果和討論

3.1 仿真環(huán)境和仿真參數(shù)介紹

1986年麻省理工學(xué)院幾位教授聯(lián)合開發(fā)了OPNET（optimized network engineer tool），這是一種進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的工程工具，本文使用的是其仿真產(chǎn)品OPNET Modeler，與Windows系統(tǒng)兼容，使用起來比較方便，有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

1）仿真器符合經(jīng)典的OSI七層模型機(jī)制，層與層之間是以相對(duì)獨(dú)立的方式存在的，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)分層協(xié)議的單獨(dú)仿真。

2）采用三層建模機(jī)制，最上層與實(shí)際網(wǎng)絡(luò)相對(duì)應(yīng)，中間為節(jié)點(diǎn)層，最底層為進(jìn)程層，是最重要的層，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)上層各種模塊的功能描述。

3）具有十分強(qiáng)大的數(shù)據(jù)運(yùn)算和統(tǒng)計(jì)能力。

使用OPNET Modeler仿真平臺(tái)，信道采用Mobile-to-Mobile模型，節(jié)點(diǎn)采用隨機(jī)路徑移動(dòng)模型，MAC層采用IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)。使用恒定比特率（CBR）進(jìn)行仿真，節(jié)點(diǎn)數(shù)為18個(gè)，仿真時(shí)間為300 s，試驗(yàn)次數(shù)為10次，具體參數(shù)設(shè)置如表2所示。

為了衡量自組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)性能，采取了以下3個(gè)仿真參量。

1）分組投遞率

目的節(jié)點(diǎn)接收到的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)與源發(fā)送的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)之比反映了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃?，網(wǎng)絡(luò)的投遞率越高，傳輸可靠性越大。

分組投遞率=接收數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)。 （4）

2）端到端的平均時(shí)延

一個(gè)數(shù)據(jù)包從源節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)耗費(fèi)的總時(shí)間稱為端到端傳輸時(shí)延，是Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)非常重要的性能，反映出了路由的有效性。

平均時(shí)延=∑接收時(shí)間-發(fā)送時(shí)間發(fā)送數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)。（5）

3）路由開銷

網(wǎng)絡(luò)中用于路由發(fā)現(xiàn)和維護(hù)的有效控制數(shù)據(jù)包的數(shù)量與節(jié)點(diǎn)接收到的總的數(shù)據(jù)包數(shù)量的比值稱為路由開銷。

路由開銷=控制包個(gè)數(shù)接收到數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)。（6）

3.2 仿真結(jié)果分析

為測試LB-AOMDV路由協(xié)議的負(fù)載均衡性能，在設(shè)置固定最大移動(dòng)速率4 m/s情況下，使數(shù)據(jù)包發(fā)包速率在1～10 packets/s變化來改變網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載狀況，其他參數(shù)如3.1節(jié)所述，圖6顯示了當(dāng)數(shù)據(jù)包發(fā)包速率變化時(shí)數(shù)據(jù)包傳輸時(shí)延的變化情況;圖7顯示了數(shù)據(jù)包發(fā)包速率變化時(shí)數(shù)據(jù)包投遞成功率的變化情況;圖8顯示了LB-AOMDV路由協(xié)議和原協(xié)議工作時(shí)的路由開銷情況。

由圖6可知，在發(fā)包速率在1～5 packets/s時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的負(fù)載較小，網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象不明顯，LB-AOMDV協(xié)議與原AOMDV協(xié)議的傳輸時(shí)延基本相同，在發(fā)包速率大于6 packets/s時(shí)，LB-AOMDV路由協(xié)議的時(shí)延增速較緩，狀況明顯好于AOMDV協(xié)議，這是因?yàn)樵谥虚g節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生了網(wǎng)絡(luò)擁塞，LB-AOMDV路由協(xié)議能夠通過虛擬跳數(shù)盡量避開高負(fù)載節(jié)點(diǎn)，提高了網(wǎng)絡(luò)的性能。

由圖7可知，隨著發(fā)包速率的增加，2種協(xié)議的投遞率都在減小，總體上LB-AOMDV協(xié)議的投遞率情況要優(yōu)于原AOMDV路由協(xié)議，LB-AOMDV路由協(xié)議的變化速度也較慢，尤其是在發(fā)包速率大于6 packets/s時(shí)，原AOMDV協(xié)議的投遞率急劇減小，這是由于中間節(jié)點(diǎn)在高負(fù)載下產(chǎn)生了數(shù)據(jù)包的丟失，LB-AOMDV路由協(xié)議通過對(duì)節(jié)點(diǎn)資源更合理的應(yīng)用，對(duì)提高數(shù)據(jù)包的投遞率取得了一定的效果。

由圖8可知，LB-AOMDV協(xié)議的路由開銷有所增加，這是因?yàn)殡m然使用改進(jìn)的RREP和Hello消息來檢測和更新鏈路狀態(tài)信息，沒有增加額外的控制項(xiàng)，但是由于增加了控制報(bào)文的長度和判別次數(shù)，使得路由開銷有所增加。

4 結(jié) 語

通過仿真分析得出相比于傳統(tǒng)AOMDV路由協(xié)議，為了解決中間節(jié)點(diǎn)的頻繁使用造成的節(jié)點(diǎn)擁塞，LB-AOMDV協(xié)議定義了節(jié)點(diǎn)處的隊(duì)列緩存比，將節(jié)點(diǎn)狀態(tài)分級(jí)處理，然后結(jié)合原AOMDV的最小跳數(shù)的路徑選擇依據(jù)，采用新的包含節(jié)點(diǎn)負(fù)載信息的虛擬跳數(shù)，并且通過對(duì)RREP，Hello包的拓展實(shí)現(xiàn)了對(duì)路徑信息的更新和收集，方法較為簡便且沒有增加額外的控制項(xiàng)，能夠有效提高網(wǎng)絡(luò)的端到端時(shí)延，降低丟包率。特別是數(shù)據(jù)包發(fā)送速率較高時(shí)，LB-AOMDV算法的優(yōu)勢(shì)更為明顯。但是改進(jìn)算法和AOMDV協(xié)議一樣，都屬于備份多徑路由協(xié)議，即當(dāng)前路徑中斷時(shí)才啟用備用路徑，實(shí)際上是對(duì)有限資源的一定浪費(fèi)，采用多條路徑并行傳輸能有效提高鏈路的利用率，同時(shí)能提高無線網(wǎng)絡(luò)的抗干擾性，AOMDV路由協(xié)議的改進(jìn)優(yōu)化還值得進(jìn)一步深入研究。

參考文獻(xiàn)/References：

[1] 肖宇，陳樂，肖楠.無線移動(dòng)自組網(wǎng)及其關(guān)鍵技術(shù)[J].通訊世界，2020，27（7）：81-82.

[2] 舒?zhèn)ケ?Ad hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議及度量準(zhǔn)則的探究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（24）：122.

[3] 楊君芳.Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的研究與仿真[D].天津：天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)，2018.

YANG Junfang.Research and Simulation of Ad Hoc Network Routing Protocols[D].Tianjin：Tianjin University of Techno-logy and Education，2018.

[4] 杜青松.戰(zhàn)術(shù)MANET中的路由協(xié)議及QoS路由算法研究[D].長沙：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2015.

DU Qingsong. Research on Routing Protocols and QoS Routing Algorithms for Tactical MANETs[D].Changsha：National University? of Defense Technology， 2015.

[5] 任春利.移動(dòng)自組網(wǎng)AOMDV協(xié)議改進(jìn)研究[D].南昌：南昌航空大學(xué)，2014.

REN Chunli. Study on the Improvement of AOMDV Protocol in Mobile Ad Hoc Networks[D].Nanchang：Nanchang Hang-kong University，2014.

[6] 陳雪瑩.Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)基于AODV路由協(xié)議的擁塞控制研究[D].長春：吉林大學(xué)，2019.

CHEN Xueying.Research on Congestion Control Based on AODV Routing Protocol in Ad Hoc Network[D].Changchun：Jilin University， 2019.

[7] 楊海博.無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中AOMDV路由協(xié)議的研究[J].電子世界，2020（21）：61-62.

[8] MAKHLOUF A M，GUIZANI M. SE-AOMDV secure and efficient AOMDV routing protocol for vehicular communications[J].International Journal of Information Security，2019，18（5）：665-676.

[9] BADDARI I，RIAHLA M A，MEZGHICHE M.A new AOMDV lifetime prolonging routing algorithm for Ad-Hoc networks[J].International Journal of Interdisciplinary Telecommunications and Networking，2019，11（4）：48-62.

[10]韓智洋.Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中基于負(fù)載均衡的節(jié)能路由協(xié)議[D]. 合肥：安徽大學(xué)，2013.

HAN Zhiyang. Research of Load Balancing and? Energy Saving Routing Protocol in Ad Hoc Networks[D].Hefei：Anhui University，2013.

[11]周甜甜.多路徑無線Mesh網(wǎng)絡(luò)AOMDV協(xié)議分析與研究[D].沈陽：沈陽建筑大學(xué)，2019.

ZHOU Tiantian.The Analysis and Research on AOMDV Protocol of Multipath Wireless Mesh Networks[D].Shenyang：Shenyang Jianzhu University，2019.

[12]周毅.Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中多徑負(fù)載均衡協(xié)議研究[D].長沙：長沙理工大學(xué)，2014.

ZHOU Yi.The Research on Multipath Load Balancing Protocol in Ad Hoc Network[D].Changsha：Changsha University of Science and Technology， 2014.

[13]張敏.負(fù)載能量均衡的移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)多路徑路由協(xié)議[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2017.

ZHANG Min.Load and Energy Balanced Multipath Routing Protocol for Mobile Ad Hoc Network[D].Xi′an：Xi dian University，2017.

[14]李莉莉，張曉勇，岳偉.移動(dòng)自組織網(wǎng)中基于貪婪蟻群算法的廣播策略[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2020，42（4）：926-932.

LI Lili， ZHANG Xiaoyong， YUE Wei. Broadcasting strategy based on greedy and ant colony algorithm in mobile ad hoc networks[J].Systems Engineering and Electronics， 2020， 42（4）：926-932.

[15]KAUR M，GANGAL A.Comparative analysis of various routing protocol in MANET[J].International Journal of Computer Applications，2015，118（8）：26-29.

[16]PARK? J. Congestion aware geographic routing protocol for wireless Ad Hoc and sensor networks[J].Wireless Personal Communications，2014，78（4）：1905-1916.

[17]趙新偉，劉偉.一種基于節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的MANET路由發(fā)現(xiàn)和建立策略[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2019，46（6）：112-117.

ZHAO Xinwei，LIU Wei. MANET routing discovery and establishment strategy based on node state[J].Computer Science，2019，46（6）：112-117.

[18]孟艷群.MANET中帶寬時(shí)延約束路由算法研究[D].重慶：重慶郵電大學(xué)，2018.

MENG Yanqun.Research on Bandwidth Delay Constrained Routing Algorithm in MANET[D].Chongqing：Chongqing University of Posts and Telecommunications，2018.

[19]彭幟.應(yīng)急通信中基站自組織網(wǎng)絡(luò)路由算法研究[D].重慶：重慶郵電大學(xué)，2017.

PENG Zhi. Research on Routing Algorithm of Self-organizing Network for Base Stationin Emergency Communication[D].Chongqing：Chongqing University of Posts and Telecommunications，2017.

[20]黃豪磊.基于鏈路感知的MANET和DTN混合路由協(xié)議的研究[D].北京：北京郵電大學(xué)，2017.

HUANG Haolei. Research on MANET and DTN Hybrid Routing Protocol Based on Link Sensing[D].Beijing：Beijing University of Posts and Telecommunications， 2017.

[21]RAJANA? U，RAJA K S V，JEYASEKAR A，et al. Energy-efficient predictive congestion control for wireless sensor networks[J].IET Wireless Sensor Systems，2015，5（3）：115-123.

收稿日期：2021-01-28;修回日期：2021-03-04;責(zé)任編輯：陳書欣

第一作者簡介：郭少雄（1994—），男，河北石家莊人，碩士研究生，主要從事信號(hào)與信息處理方面的研究。

通訊作者：宋志群研究員。E-mail：zhiqunsy@163.com

郭少雄，李正偉，宋志群.

基于節(jié)點(diǎn)負(fù)載等級(jí)的自組網(wǎng)AOMDV路由協(xié)議改進(jìn)方法[J].河北工業(yè)科技，2021，38（2）：109-115.

GUO Shaoxiong，LI Zhengwei， SONG Zhiqun.

Improved method of AOMDV routing protocol in Ad Hoc network based on node load level[J].Hebei Journal of Industrial Science and Technology，2021，38（2）：109-115.