朱智胜

摘要：AdHoc网络目前的发展速度很快，应用前景广泛，该文从组网模式、拓扑结构、网络管理策略等方面对该网络展开研究，定性分析了AdHoc网络的全向和定向路由性能，并在此基础上利用Matlab仿真路由发现机制，对这两种不同的路由机制进行仿真实验，通过对结果的对比分析，讨论了这两种路由的性能差异，以期对Ad Hoc网络路由技术的发展起到一定的参考作用。

关键词：AdHoc网络；路由性能；AODV

1概述

随着无线通信技术、传感器技术和互联网技术的快速发展与不断融合，诞生了许多新型的网络传输技术，其中Ad Hoe网络就是具有代表性的一款灵活性高、组网快捷、可维护性好的移动网络。其具有以下特点：

（1）快捷的接人方式。Ad Hoe网络中的节点可实现非常灵活快捷的接入操作，甚至不需要考虑任何的先验信息；即使为了兼顾网络的整体安全性，对节点的审核工作也仅仅局限在少量的规划信息方面，并不会对网络接人造成明显的影响。

（2）网络拓扑结构动态性强。由于Ad Hoe内的节点可以在网络覆盖区域内任意移动，并可随时接人褪出网络，因此造成了该类型网络拓扑变化频率高、变化幅度大的额特点。对于这种动态性强的网络，一般可采取适当的网络管理策略来对其进行自适应的维护与调整。

（3）动态多跳路由。在移动Ad Hoe网络中并不存在具有主导地位的核心节点，而是将所有节点平等对待，各个节点既作为通信的发送或接收方，也作为中转站点，起到路由器的功能。且由于信号功率相对较低，覆盖范围有限，因此数据的传输可能穿越多个节点方能完成，由此而导致了多跳路由这一特点。

由以上特点可以看出，移动Ad Hoe网络是一个灵活、多跳、自治的网络系统。但也正是由于这种特点，导致了网络的稳定性能易受到威胁这一弱点，必须通过节点动态交互网络拓扑信息才能保障拓扑结构的稳定。而若采用传统网络中路由信息的交换方式则会导致大规模的数据通信量，无论从节约能耗的角度，还是保障有效吞吐量的角度来看都是不可行的，因此必须根据Ad Hoe的通信特征，以及该网络的具体应用场合来制定合身的路由协议，提高网络效能。

2Ad Hoe网络路由协议分类研究

截至目前，针对移动Ad Hoe网络的分类方法已有多种，分类依据也各不相同，本文按照使用天线为准则，将其划分为全向路由和定向路由两大类病分别进行性能分析。

2.1全向路由协议

全向路由采用全向天线，其信号增益不会因为方位角的不同而存在差异，因此在复杂环境中，该种通信方式可以获得较好的通信效果，同时显著地简化了路由检测和维护工作。全向路由协议通常有以下两种模式：

（1）主动式路由协议（表驱动路由协议），该协议要求网络内部的各个节点必须在当前网络是否发生了拓扑变化时向全网广播具体变化的信息，而若超过其更新时间，也必须定期广播其掌握的网络拓扑信息及相关的链路度量。这种主动更新的方式可以较好的保持网内所有节点的同步性，并且收敛性能好，对网络的结构变化可以做出较快的反应。该模式的代表性协议是目的节点序列距离矢量协议。

（2）被动式路由协议（按需路由协议）。与上一种协议相比，主动式路由协议最大的不同之处就在于不会对网络发生的变化进行随时更新，各个节点也不必要定期的交换大量的网络拓扑信息，而是仅在通信发生时，由源节点触发路由创建事件，从而查寻可到达目的节点的有效路由，在此過程中，源节点采用洪泛方式将路由请求包发送到其邻居节点，再由邻居节点转发路由请求包，直到获得可达目的节点的路由。在该条路由被确立之后，所包含的各个节点就需要对此路由进行维护，以保障其在通信过程中的可靠性。在通信完成后，源节点释放该调路由，各个节点就可将相关信息从缓存中清除。该模式在通信频率较小，但单次通信量较大的应用场合表现良好，有效提高了信道的有效利用率，大幅度减少了网络维护的工作量。其代表性的协议有动态源路由协议和按需距离矢量路由协议。

2.2定向路由协议

全向路由虽然在路由发现与维护方面具有优势，但同样也存在传输容量较小、网络安全性较低、抗干扰性较差的特点，因此近年来逐渐被定向路由所取代。定向路由采用定向天线，在大幅度提高了传输的指向性的同时，也有效控制了通信信号被检测和干扰的概率，提高了网络通信的安全性和隐蔽性，另一方面，通过定向天线主辦变窄所带来的信号增益，也有效提高了网络的传输容量。定向路由模式需要解决的首要问题就是定向天线的控制与瞄准，从而提高节点发现路由的可能性，避免出现“隐藏”终端和“暴露”终端的现象。定向路由协议包括多种具体的应用协议，其中较为常用的有以下两种：

（1）动态源路由协议（DDSR）.该路由协议结合了源路由协议的一些优点，当源节点需要与目标节点进行通信时，并不会直接搜索可达目的地的路由，而是在自身维持的一张缓存表中查看以往的记录信息，若发现保存有到达目标节点的路由信息，则按照该路由的指引发起定向路由请求分组，后续的各个节点均执行类似的操作，最终到达目的地；若在缓存中无法找到相关信息，则启用DMAC中的全网扫描搜索机制，去查找并确立到达目标节点的路由，并将其记录在缓存中，以备下次通信时使用。

（2）位置信息辅助按需距离矢量路由协议（DLAODV）。该路由协议利用定向天线的高传输能力以及位置信息所提供的稳健信息建立定向路由。在建立通信的阶段，若需要对目标节点的位置信息进行搜索时，则采用AODV的按需路由发现方式来进行全局扫描，并找到一条可用的路由，完成路由发现工作。而在经过每一个中间节点时，都充分利用定向天线高传输能力，重新进行路由发现操作，以保障下一跳节点的最优性，最大程度的缩短路由跳数，从而提高单位时间内的通信效率。

3定向与全向路由协议性能比较

对工作于复杂多变环境下的移动自组织网络，虽然定向路由与全向路由所采用的原理与手段不尽相同，但均是为确保源节点与目的节点的互通、互联，保障端到端消息可靠传输。对路由优劣的评价标准有多种，且根据应用场合的不同而有所差异，但一般情况下最常用的指标有路由获取时延、路由开销、功耗、平均跳数、吞吐量这五种。本文采用这五种指标对全向路由与定向路由两种协议进行陸能方面的对比分析，结果如表1所示。

观察表1可以发现，在路由获取时延方面，表驱动路由DSDV性能最佳，耗时最短，但这种路由方式的开销较大，占用网络资源较多，其余的全向路由与定向路由性能相当；在路由开销方面，除DSDV外，定向路由的开销稍高于全向路由，但在平均条数方面，由于定向路由启用了路由压缩策略，因此其路由跳数普遍低于全向路由；在功耗方面，定向路由较为稳定，而全向路由则随着路由开销的变化呈现出较大的波动；最后在吞吐量方面，定向路由由于得到了主辦变窄带来的增益效果，因此网络容量得到明显提升，在单位时间内传输完成的数据规模显著高于全向路由，优势明显。因此可以得出结论，当全向天线与定向天线结合使用时，网络借助全向天线良好的拓扑发现优势，将更加适用于复杂多变的应用环境，具有较强的抗干扰能力。

4定向与全向路由仿真分析

选用全向AODV路由协议以及结合贪婪转发策略的AODV定向路由协议，借助于仿真工具分析定向路由与全向路由的不同，进一步直观印证定向路由的优势。

4.1仿真环境

本文在Intel Celeron CPU G540双核（2.5GHz和2.49GHZ）、内存2 GB的计算机硬件环境下，以MatlabR2009a为软件环境，模拟网络拓扑动态变换下全向与定向的路由发现机制，形成全向和定向路由，进行定性分析和比较。仿真实验参数配置如表2所示。

4.2仿真结果与分析

选择节点在初始状态时呈正态分布，区域面积为600kmx600km，分别以16、32、50节点进行仿真，路由发现结果如图1中的（a）、（b）、（c）所示，圖中灰节点为源节点，黑节点为目的节点，虚线为全向路由，黑粗线为定向路由。

对以上三图进行对比可以发现，由于借助了全向天线的路由发现优势，以及定向天线的功效增幅优势，使得该协议下的路由跳数得到了有效的缩减。由此可以得出结论，在复杂的网络环境下，定向路由的平均跳数不超过全向路由的平均跳数，而结合全向淀向天线的Ad Hoc网络在路由选择方面具有很大的灵活性。

5结束语

本文对全向路由和定向路由的通信机制、协议特点进行了详细的对比分析，并通过仿真实验证实了这两种协议各自的优势。并提出在实际组网工作中，可以尝试将两种模式进行有机结合，实现取长补短的效果，充分发挥出Ad Hoc网络的卓越性能，更好地为我国的工业生产、环境监测以及国防事业服务。