引 言

移動自組網(wǎng)是由一系列移動節(jié)點組成的自組織網(wǎng)絡，它不依賴任何已有的網(wǎng)絡基礎設施或集中的管理控制中心，網(wǎng)絡中節(jié)點動態(tài)變化且任意分布，節(jié)點間通過無線方式互連，節(jié)點既充當通信的主體又充當路由器的角色，因此，其在軍事通信、野外通信、應急通信等領域有著廣闊的應用前景 [1]。在移動自組網(wǎng)的研究和開發(fā)過程中，涉及路由協(xié)議、MAC 層、QoS、功率控制、數(shù)據(jù)安全等關鍵技術，其中路由協(xié)議是人們研究的重點，由此提出了一系列路由協(xié)議，如 DSR、DSDV、AODV 等。

按照路由發(fā)現(xiàn)策略的不同，自組網(wǎng)的路由協(xié)議可以分為主動路由協(xié)議和被動路由協(xié)議 [2]。由于移動自組網(wǎng)存在著動態(tài)多變的特性，主動路由協(xié)議對于Ad Hoc 網(wǎng)絡來說有著明顯的缺陷，因此實際中經(jīng)常使用被動路由協(xié)議。在被動路由協(xié)議中應用最廣泛的是AODV 路由協(xié)議。AODV 路由協(xié)議是在主動路由協(xié)議DSDV 的基礎上，結合了早期按需路由協(xié)議DSR 中的按需路由機制提出的，比較適合網(wǎng)絡呈拓撲結構變化的Ad Hoc 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸要求，不必維護到達所有節(jié)點的路由，僅在沒有到達目的節(jié)點路由時才按需進行路由獲取，從而有效地節(jié)省了網(wǎng)絡資源[3]。

從網(wǎng)絡的組成形式上來分，移動自組網(wǎng)可分為開放式和封閉式兩種，開放式自組網(wǎng)是一種異構網(wǎng)絡，而封閉式的則是同構網(wǎng)絡[4]。相對來講，開放式移動自組網(wǎng)在滿足用戶需求方面比封閉式更有優(yōu)勢，因為在很多場合，用戶很難找到一個封閉的移動自組網(wǎng)，如網(wǎng)絡銀行、在線訂票、電子購物等互聯(lián)網(wǎng)應用并非在自組網(wǎng)中運行，而開放式的自組網(wǎng)可以借助已有網(wǎng)絡環(huán)境組建異構網(wǎng)絡。因此開放式自組網(wǎng)能夠為解決現(xiàn)實問題提供更多的幫助。

移動自組網(wǎng)中節(jié)點的移動速度、網(wǎng)絡流量和節(jié)點的分布密度是影響路由協(xié)議性能的主要因素 [5]。在一個具體的自組網(wǎng)場景中，若節(jié)點的移動速度不同，那么網(wǎng)絡性能的結果也將不同。本文將通過仿真的方法分別分析同構及異構自組網(wǎng)中移動速度對AODV路由協(xié)議性能產(chǎn)生的影響。

1 仿真設計

為了能夠獲取分析AODV性能所需數(shù)據(jù)，本文設計了三個移動自組網(wǎng)場景，場景 1的節(jié)點均在同一個自組網(wǎng)中通信； 場景 2的節(jié)點可以在一個自組網(wǎng)和一個無線網(wǎng)之間通信；場景3的節(jié)點可以在自組網(wǎng)、無線網(wǎng)和有線網(wǎng)之間互相通信。場景一代表了同構網(wǎng)絡，場景 2 和場景 3代表了異構網(wǎng)絡。場景 1中設置了5個自組網(wǎng)節(jié)點，場景 2中設置了5個自組網(wǎng)節(jié)點和2 個無線局域網(wǎng)節(jié)點，場景 3 中設置了 5 個自組網(wǎng)節(jié)點、2 個無線局域網(wǎng)節(jié)點和一個有線局域網(wǎng)節(jié)點。利用OPNET 軟件建立了這三個仿真場景，分別如圖 1、圖 2、圖 3 所示。節(jié)點的發(fā)射功率、傳輸速率等相應的仿真參數(shù)見表 1 所列，每個場景中均以不同的節(jié)點移動速度進行多次仿真，移動速度等相關參數(shù)見表 2 所列。

圖 27個節(jié)點的異構網(wǎng)絡仿真場景

圖 38個節(jié)點的異構網(wǎng)絡仿真場景

2 仿真結果與分析

仿真實驗的主要目的是分析討論移動自組網(wǎng)中節(jié)點移動速度在同構和異構網(wǎng)絡中對AODV 路由協(xié)議的影響問題。按照上述設計進行仿真，獲取所需的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并在此基礎上依據(jù)合適的性能指標對仿真結果進行分析討論。

2.1 性能指標

性能指標是指用來評估一個網(wǎng)絡整體性能的重要參數(shù)， 在具體背景下選擇一個恰當?shù)闹笜擞兄谔岣呔W(wǎng)絡的有效性、效率以及性能。通常衡量一個網(wǎng)絡的主要性能指標包括吞吐量（throughput）、端到端時延、時延抖動、分組投遞率（PDR）等。基于本文的研究目的，在此選擇吞吐量和包投遞率作為衡量性能的主要指標。

吞吐量是反應網(wǎng)絡性能的一個重要參數(shù)，反映了網(wǎng)絡中一條信道在數(shù)據(jù)傳輸時所使用部分占總容量的比率，包含了數(shù)據(jù)分組是否被成功傳輸?shù)男畔6]。對于移動自組網(wǎng)來講，吞吐量越大對自組網(wǎng)上的應用運行越有利[7]。吞吐量被定義為在單位時間內通過某個網(wǎng)絡（或信道，接口）的成功傳輸?shù)钠骄鶖?shù)據(jù)量，比如通過物理鏈路、邏輯鏈路甚至某個網(wǎng)絡節(jié)點的數(shù)據(jù)量[8]。吞吐量可以通過測量在某條信道目的節(jié)點接收到的數(shù)據(jù)總量來獲得，單位為bit/s。吞吐量受網(wǎng)絡帶寬或網(wǎng)絡額定速率的限制[9]。例如，對于一個 100 Mb/s 的以太網(wǎng)， 其額定速率為 100 Mb/s，那么該數(shù)值也是該以太網(wǎng)吞吐量的絕對上限值。因此，對 100 Mb/s 的以太網(wǎng)，其典型的吞吐量可能只有 70 Mb/s。

分組投遞率（Packet Delivery Ratio，PDR）是評估一個路由協(xié)議是否可靠的重要指標，指目的節(jié)點成功接收的數(shù)據(jù)包的數(shù)量與源節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包的總數(shù)之比，計算公式如式（1）：

PDR=（r/n）100%（1） 其中，r為目的節(jié)點成功收到的數(shù)據(jù)包個數(shù)，n為源節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)包總數(shù)。

2.2 仿真結果

吞吐量是仿真實驗獲得的一個重要性能參數(shù)，可以用它來衡量路由協(xié)議的有效性。圖 4顯示的是在三個仿真場景中節(jié)點移動速度對于網(wǎng)絡吞吐量的影響情況。由圖 4可知，綜合不同移動速度的情況，場景 1 的吞吐量比場景 2 大約高 21%， 比場景 3 大約高 38%，說明同構自組網(wǎng)比異構自組網(wǎng)的吞吐量更大。從仿真結果還可以發(fā)現(xiàn)，場景 1、場景 2 和場景 3 的吞吐量隨著節(jié)點移動速度的增加均呈現(xiàn)下降趨勢，是因為在移動速度較高的情況下，會產(chǎn)生較高的丟包率。丟包的原因在于節(jié)點移動速度和方向的變化而造成的高路由開銷，而移動速度的增加會導致路由開銷隨之增大。

圖 5顯示了在三個仿真場景中節(jié)點移動速度對分組投遞率 PDR的影響。綜合 5種不同移動速度（1m/s、5m/s、10 m/s、15m/s、20m/s）下的表現(xiàn)，場景 1的分組投遞率分別比場景 2和場景 3高出 5% 和 46%。說明了同構移動自組網(wǎng)比異構自組網(wǎng)有更高的分組投遞率。由圖 5 可知，場景 1和場景 2的分組投遞率明顯比場景 3高，場景 2和場景 3雖然均為異構網(wǎng)絡，但場景 2在拓撲結構上比場景 3簡單，相比場景 1來說，場景 2 不包含有線局域網(wǎng)，這使得其分組投遞更容易成功。同時，還可由圖 5 發(fā)現(xiàn)，對于任何一個單獨的場景來說，隨著節(jié)點移動速度的增加，分組投遞率均呈現(xiàn)下降趨勢。因為節(jié)點的高速移動會影響節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸。不僅僅是移動速度，節(jié)點數(shù)量也會影響數(shù)據(jù)的有效傳輸，都會使得數(shù)據(jù)分組在傳輸時更容易發(fā)生碰撞。比如場景 3 的節(jié)點數(shù)量更多，其投遞率就更低，而這也是從圖 5 中看，場景 3 比場景 1 和場景 2 的投遞率更低的原因。

圖 4 節(jié)點移動速度與吞吐量的關系

圖 5 節(jié)點移動速度與分組投遞率的關系

3 結 語

AODV 是一種適用于移動自組網(wǎng)的典型按需路由協(xié)議，

本文通過仿真方法研究了AODV 協(xié)議在同構和異構自組網(wǎng)的性能表現(xiàn)。研究結果表明，自組網(wǎng)中節(jié)點的移動速度對于無線網(wǎng)絡環(huán)境中的吞吐量和分組投遞率有很大影響，移動速度的增加會導致吞吐量及分組投遞率的下降。此外，研究還表明， AODV協(xié)議在同構網(wǎng)絡中表現(xiàn)出來的性能要優(yōu)于在異構網(wǎng)絡中的性能，意味著當前的AODV 協(xié)議在異構網(wǎng)絡中的自適應性還有所欠缺。本文的研究結果將有助于尋找提高AODV 協(xié)議在自組網(wǎng)中性能、突破現(xiàn)存局限性的途徑。