任 智,朱其政,付澤亮,周 舟,周 楊

(重慶郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院,重慶 400065)

0 引 言

自組織網(wǎng)絡(luò)是一種新興的無線網(wǎng)絡(luò)類型[1],網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點既是一臺移動主機,也是一個路由器[2],不依賴于任何固定的基礎(chǔ)設(shè)施就可以相互通信[3],具有無中心、靈活性強[4]等特性。這種特殊的網(wǎng)絡(luò)模式使得自組網(wǎng)不僅適用于軍事通信,也適用于環(huán)境監(jiān)測、救災(zāi)現(xiàn)場臨時通信等民用通信。短波通信(3～30 MHz)是指一種主要利用電離層反射進行通信的通信方式,因此其具有通信距離遠的優(yōu)勢。短波自組網(wǎng)是指一種利用短波信道作為物理介質(zhì)的自組織網(wǎng)絡(luò)[5],具備傳統(tǒng)無線自組織網(wǎng)絡(luò)的快速組網(wǎng)、多跳傳輸?shù)忍攸c[6],以其通信距離遠、抗毀性強等優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用。

短波自組網(wǎng)中的業(yè)務(wù)發(fā)起較為頻繁,因此網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點需要時刻掌握全網(wǎng)拓撲信息,而先驗式路由協(xié)議中節(jié)點間建立通信鏈路時延小,優(yōu)化鏈路狀態(tài)路由(Optimized Link State Routing,OLSR)[7]協(xié)議中立即可用的路由信息可以滿足軍事的協(xié)同作戰(zhàn)以及信息傳播等緊急需求。然而,建立和維護路由時主動地發(fā)送控制消息占據(jù)了大量的信道資源,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)吞吐量顯著降低。其次,短波自組網(wǎng)中節(jié)點發(fā)射功率不同,導(dǎo)致信號覆蓋范圍也不同;同時地形地貌、天線方向和接收性能的個體差異等影響,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中存在非對稱鏈路,造成了通信端到端時延的顯著增加。文獻[8]提出的D-OLSR協(xié)議根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓撲的變化情況動態(tài)的改變HELLO消息和拓撲控制(Topology Control,TC)消息的發(fā)送間隔,并限制TC消息的洪泛距離,分別在時間和空間上優(yōu)化控制消息,減小了控制開銷,提高了數(shù)據(jù)包投遞率,但在端到端時延方面沒有較明顯的優(yōu)化。文獻[9]在路由選擇時通過考慮節(jié)點的密度和附近節(jié)點的干擾來選擇最優(yōu)的一條路徑,仿真結(jié)果表明該方法在路由安全性,網(wǎng)絡(luò)控制開銷,端到端時延性能方面相比原協(xié)議都有明顯改善。文獻[10]針對無人機拓撲變化快的特點,使用移動相似性和傳輸穩(wěn)定性作為多點中繼(Multipoint Relay,MPR)選擇標(biāo)準(zhǔn),增加了MPR節(jié)點的穩(wěn)定性,降低了網(wǎng)絡(luò)中MPR節(jié)點的更新頻率,減小了網(wǎng)絡(luò)的控制開銷。文獻[11]提出了一種基于增量信息最小化控制開銷OLSR協(xié)議(II-OLSR協(xié)議),通過去除控制信息中的冗余信息,用發(fā)送增量信息代替發(fā)送完整信息。仿真結(jié)果表明,II-OLSR協(xié)議能夠減小控制開銷,提高數(shù)據(jù)包投遞成功率和網(wǎng)絡(luò)吞吐量,并且減小了端到端時延,提高了OLSR協(xié)議的性能。

經(jīng)過對現(xiàn)有文獻[8-11]進行深入研究后發(fā)現(xiàn),將原始OLSR協(xié)議應(yīng)用在短波自組網(wǎng)中時會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點之間大量非對稱鏈路的存在,而OLSR協(xié)議不支持非對稱鏈路,在和目的節(jié)點通信時會增加中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點的數(shù)量。此外,網(wǎng)絡(luò)帶寬被大量消耗在控制消息的發(fā)布上,造成通信時延的顯著增加。為此,本文提出了一種低時延的短波自組網(wǎng)OLSR協(xié)議(Low latency OLSR Protocol in HF Ad Hoc Network,LL-OLSR),通過共同鄰居檢測機制檢測出網(wǎng)絡(luò)中的非對稱鏈路,將其納入到路由選擇標(biāo)準(zhǔn)中,減小通信時延;同時,通過基于鏈路可靠性的MPR選擇算法去除冗余MPR節(jié)點,降低網(wǎng)絡(luò)控制開銷。

1 短波自組網(wǎng)OLSR協(xié)議存在的問題

1.1 網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點間通信端到端時延過高

短波自組網(wǎng)在組網(wǎng)時采用車載、手持、背負等多種型號的無線電臺,每種型號的無線電臺的信號發(fā)射功率各不相同,導(dǎo)致各個電臺的信號覆蓋范圍也不同,同時受到地形和地貌、天線的方向和接收性能的個體差異等影響,網(wǎng)絡(luò)中存在非對稱鏈路。而OLSR協(xié)議只使用對稱鏈路,若路由表中生成了到達目的節(jié)點的路由表項,會經(jīng)過中繼節(jié)點的冗余轉(zhuǎn)發(fā),增加通信端到端時延,同時會導(dǎo)致傳輸路徑中某中繼節(jié)點的負載過重,引起網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點負載失衡。如圖1所示,由于節(jié)點E和節(jié)點F之間存在一條非對稱鏈路,因此節(jié)點E和節(jié)點F進行數(shù)據(jù)分組傳輸時,按照OLSR路由協(xié)議的路由算法,數(shù)據(jù)分組會經(jīng)過中間節(jié)點D的轉(zhuǎn)發(fā)到達節(jié)點F,增加了傳輸時延。同時,節(jié)點A、節(jié)點B和節(jié)點C在和節(jié)點E、節(jié)點G、節(jié)點H和節(jié)點I通信時,數(shù)據(jù)分組必將經(jīng)過節(jié)點D的轉(zhuǎn)發(fā),由于短波帶寬資源有限,因此會導(dǎo)致節(jié)點D的負載過重,網(wǎng)絡(luò)負載失衡,使得經(jīng)過節(jié)點D的數(shù)據(jù)分組排隊時延增加,造成網(wǎng)絡(luò)擁塞,從而引起了丟包率的升高,嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)性能。

圖1 數(shù)據(jù)傳輸示意圖

1.2 傳統(tǒng)MPR選擇算法存在冗余且沒有考慮鏈路可靠性指標(biāo)

MPR機制是OLSR路由協(xié)議的核心,其目的是保證網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點快速及時的獲取全網(wǎng)拓撲的情況下盡可能地減少TC消息的洪泛數(shù)量,以減少網(wǎng)絡(luò)的控制開銷。但傳統(tǒng)MPR選擇算法利用貪心算法的思想,對一跳鄰居節(jié)點連接的兩跳節(jié)點的數(shù)量進行排序,每次選擇連接兩跳節(jié)點數(shù)量最多的一跳節(jié)點為MPR節(jié)點,而最后選擇出來的MPR節(jié)點集并不是最優(yōu)的,可能會存在冗余。冗余MPR節(jié)點也會向全網(wǎng)洪泛TC消息,TC消息的全網(wǎng)洪泛使得網(wǎng)絡(luò)控制開銷呈指數(shù)級增長,由于短波信道帶寬有限且具有時變的特性,使得通信時可用的瞬時頻帶寬度變的更窄,增大了出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞的概率,造成消息分組在底層堆積,控制消息過期,路由信息失效,嚴(yán)重情況下會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。其次,傳統(tǒng)MPR選擇算法中,在多個一跳鄰居節(jié)點的連接度和覆蓋度相同的情況下會隨機選擇一個節(jié)點作為本地節(jié)點的MPR節(jié)點,沒有考慮該節(jié)點和本地節(jié)點之間鏈路的可靠性,因此會導(dǎo)致消息分組丟包率的上升。

2 LL-OLSR算法

為了解決上述短波自組網(wǎng)OLSR路由協(xié)議所面臨的問題,本文提出了一種低時延的短波自組網(wǎng)OLSR協(xié)議,對原有OLSR協(xié)議的路由發(fā)現(xiàn)和選擇機制以及MPR選擇算法進行了相關(guān)改進。

2.1 共同鄰居檢測機制

針對短波自組網(wǎng)中存在非對稱鏈路導(dǎo)致通信時延過高的問題,本文提出了一種共同鄰居檢測機制來檢測網(wǎng)絡(luò)中大量存在的非對稱鏈路,路由計算時利用非對稱鏈路,以減小通信時延,改善網(wǎng)絡(luò)性能。

非對稱鏈路檢測方法如下:

如圖2所示,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點A、節(jié)點B和節(jié)點C周期性地交互HELLO控制消息時,在非對稱鏈路的節(jié)點A和節(jié)點B共同的一跳鄰居節(jié)點C在與節(jié)點A和節(jié)點B建立對稱鏈路后,立即解析在本地緩存的節(jié)點A和節(jié)點B的HELLO消息。節(jié)點C在解析節(jié)點A的HELLO消息時如果發(fā)現(xiàn)節(jié)點A的HELLO消息中有節(jié)點B的鄰居表項且鄰居類型被標(biāo)記為非對稱鄰居,而節(jié)點B的HELLO消息中沒有節(jié)點A的任何信息,說明節(jié)點A和節(jié)點B之間存在一條由節(jié)點B指向節(jié)點A的非對稱鏈路。此時節(jié)點C就向該非對稱鏈路的上游節(jié)點B單播轉(zhuǎn)發(fā)這條非對稱鏈路下游節(jié)點A的HELLO消息,告知節(jié)點B存在這一條到達節(jié)點A的前向非對稱鏈路。此條HELLO消息不包含節(jié)點A和節(jié)點B的共同鄰居表項。該消息的源地址設(shè)置為該非對稱鏈路下游節(jié)點A的地址,在HELLO消息包的保留字段Reserved標(biāo)記為“1”,表示此種消息為非對稱鏈路通告消息。節(jié)點B收到該HELLO消息時,解析Reserved字段的值,得知這是一條非對稱鏈路通告消息,立即解析該消息內(nèi)容,然后更新自己的鄰居信息表。

圖2 鏈路類型

鄰居表的更新過程如下:

1)將節(jié)點A加入到一跳鄰居表中,鏈路狀態(tài)標(biāo)記為F_ASYM,即前向非對稱鏈路。

2)將此條HELLO消息的具有前向非對稱鏈路和對稱鏈路的鄰居表項逐一加入到兩跳鄰居表中,這些兩跳鄰居連接的一跳鄰居為節(jié)點A。

在此后的鄰居偵聽過程中,節(jié)點B會將節(jié)點A的信息通過HELLO消息的形式廣播出去,本地節(jié)點利用多重D算法計算出能夠到達目的節(jié)點的所有路徑并保存在路由表中。

路由選擇主要遵循以下兩個標(biāo)準(zhǔn):一是當(dāng)本地節(jié)點的路由表中存在含有前向非對稱鏈路的路徑且路徑最短時,選擇這條路徑;二是當(dāng)本地節(jié)點的路由表中存在到達目的節(jié)點的多條相同長度的路徑,則優(yōu)先選擇含有非對稱鏈路數(shù)量最多的路徑。

通過共同鄰居檢測機制有效地檢測出了網(wǎng)絡(luò)中的非對稱鏈路,因此,非對稱鏈路的上游節(jié)點在路由選擇時可以利用這條非對稱鏈路,減少分組傳輸路徑長度,降低通信端到端時延。當(dāng)計算出多條到達目的節(jié)點的長度相同的路徑時,選擇含有非對稱鏈路數(shù)量最多的路徑進行傳輸,平衡了網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點及其周圍通信鏈路的負載,減小了丟包率,降低了分組在本地緩存隊列中的排隊時延。同時,當(dāng)路由失敗時,從路由表中選擇其他路徑較短且含有對稱鏈路數(shù)量最多的一條路徑作為備份路由,既保證了路由的魯棒性,又節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)資源。

2.2 BLR-MPR選擇算法

傳統(tǒng)MPR選擇算法利用貪心算法選擇出來的MPR節(jié)點集可能會存在冗余,冗余MPR節(jié)點也會向全網(wǎng)洪泛TC消息,增大了控制開銷,加劇了信道負載,且在兩個一跳鄰居節(jié)點的連接度和覆蓋度相同的情況下會隨機地選擇一個節(jié)點作為本地節(jié)點的MPR節(jié)點,而這個節(jié)點很有可能是鏈路可靠性較差的節(jié)點,因此會造成路由失效,消息包丟失,造成通信時延增加。為此,本文提出一種基于鏈路可靠性的MPR選擇算法(MPR Selection Algorithm Based on Link Reliability,BLR-MPR),對傳統(tǒng)MPR選擇算法進行優(yōu)化。

本文以從一跳節(jié)點接收HELLO消息的成功率來定義一跳節(jié)點到本節(jié)點這條鏈路的可靠性,具體操作步驟如下:

Step1 節(jié)點在本地統(tǒng)計從所有一跳節(jié)點收到的HELLO消息包的數(shù)量。

Step2 從各一跳節(jié)點收到的最后一個HELLO消息的包頭中提取“序號”字段,獲取一跳鄰居節(jié)點發(fā)送HELLO消息的數(shù)量。

Step3 計算從一跳鄰居中接收的HELLO消息的成功率,即從一跳鄰居接收的HELLO消息的數(shù)量占其發(fā)送的HELLO消息數(shù)量的比例。

具體的BLR-MPR選擇算法如下:

Step1 初始化MPR集S為空集。

Step2 檢查兩跳鄰居節(jié)點和一跳鄰居節(jié)點建立對稱鏈路的數(shù)量,如果本地節(jié)點的兩跳鄰居節(jié)點只和一個一跳鄰居節(jié)點之間建立了雙向鏈路,則將該一跳鄰居節(jié)點加入到集合S中。

Step3 計算一跳鄰居中所有節(jié)點的連接度,選擇連接度最大的節(jié)點加入到集合S中。如果連接度相同,則選擇覆蓋度最大的節(jié)點加入到集合S中;如果連接度和覆蓋度均相同,則選擇多個連接度和覆蓋度均相同的一跳鄰居節(jié)點中鏈路可靠性最大的一跳節(jié)點加入到集合S中。

Step4 重復(fù)Step 3,直到集合S中的節(jié)點能夠覆蓋本地節(jié)點的所有兩跳鄰居節(jié)點。

Step5 將集合S中的元素按照連接度從大到小進行排序,依次檢查集合S中在不包含連接度最大的節(jié)點的情況下,其他節(jié)點是否能夠到達本地節(jié)點的所有兩跳節(jié)點,如果能到達所有兩跳節(jié)點,說明該連接度最大的節(jié)點是目前選擇的MPR集中的冗余節(jié)MPR點,直接將該節(jié)點從S中移除;如果剩余的節(jié)點不能到達所有兩跳節(jié)點,說明該節(jié)點必須要作為MPR節(jié)點,不作處理。遍歷檢查完集合S中的所有一跳節(jié)點后,算法結(jié)束。

BLR-MPR選擇算法操作流程如圖3所示。原協(xié)議中的MPR選擇算法僅根據(jù)一跳鄰居和其具有連接關(guān)系的兩跳鄰居的數(shù)量大小選擇MPR集,而連接度大的節(jié)點往往是冗余節(jié)點,因此會造成MPR集合的冗余。BLR-MPR選擇算法先通過貪心的思想進行第一輪MPR節(jié)點集的選擇,然后對第一輪選擇的MPR節(jié)點集進行反向優(yōu)化,從連接度最大的節(jié)點入手,剔除了第一輪選擇出的冗余MPR節(jié)點,減小了網(wǎng)絡(luò)的控制開銷。其次,在一跳鄰居節(jié)點的覆蓋度和連接度相同的情況下會選擇鏈路可靠性最大的節(jié)點作為MPR節(jié)點,降低了丟包率。

圖3 BLR-MPR選擇算法操作流程

3 LL-OLSR協(xié)議性能分析

3.1 控制開銷分析

在OLSR路由協(xié)議中,節(jié)點通過發(fā)送HELLO、TC和非對稱鏈路通告消息進行路由表的計算,因此可以通過以下公式計算網(wǎng)絡(luò)控制開銷。

在運行OLSR協(xié)議時,網(wǎng)絡(luò)中的每一個節(jié)點單位時間內(nèi)發(fā)送的HELLO消息長度可以用公式(1)表示:

(1)

式中:SLHELLO表示一條HELLO消息的平均長度;THELLO表示HELLO消息的廣播周期。因此,MPR節(jié)點單位時間內(nèi)發(fā)送的TC消息長度可以用公式(2)表示:

(2)

式中:SLTC表示一條TC消息的長度;TTC表示TC消息的廣播周期。由于TC消息需要向整個網(wǎng)絡(luò)廣播,每一條TC消息需要向其NM個MPR鄰居節(jié)點進行轉(zhuǎn)發(fā),所以單位時間內(nèi)一個MPR節(jié)點需要轉(zhuǎn)發(fā)的TC消息長度可以用公式(3)表示:

(3)

式中:NEM表示全網(wǎng)中MPR節(jié)點的數(shù)量;NM表示網(wǎng)絡(luò)中任意一個節(jié)點選取的MPR節(jié)點的平均數(shù)量。所以整個網(wǎng)絡(luò)單位時間內(nèi)所產(chǎn)生的總控制開銷可以用公式(4)表示:

(4)

式中:Lenasy_link_notice表示網(wǎng)絡(luò)中的每一個節(jié)點單位時間內(nèi)發(fā)送的非對稱鏈路通告消息長度。減少全網(wǎng)的MPR節(jié)點的數(shù)量或者控制消息的長度都可以降低網(wǎng)絡(luò)控制開銷。改進協(xié)議在選擇MPR節(jié)點時采用BLR-MPR選擇算法,有效地減少了網(wǎng)絡(luò)中MPR節(jié)點的數(shù)量;由于TC消息是定期發(fā)送的且全網(wǎng)洪泛,因此可以顯著減少網(wǎng)絡(luò)中TC消息的數(shù)量。而非對稱鏈路通告消息不是定期發(fā)送的,發(fā)送時機由實際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境決定,因而LL-OLSR協(xié)議可以有效減少網(wǎng)絡(luò)的控制開銷。

3.2 數(shù)據(jù)包投遞成功率分析

由于LL-OLSR協(xié)議的路由算法支持非對稱鏈路,在分組傳輸時選擇含有非對稱鏈路的路徑進行傳輸,平衡了網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點及其周圍通信鏈路的負載,減小了丟包率。其次,在BLR-MPR選擇算法中,在一跳鄰居節(jié)點的覆蓋度和連接度相同的情況下會選擇鏈路可靠性最大的節(jié)點作為MPR節(jié)點,提高了數(shù)據(jù)分組傳輸?shù)目煽啃?。除此之?LL-OLSR協(xié)議還支持備份路由,增強了路由的健壯性,因此在數(shù)據(jù)包投遞成功率性能方面相較OLSR協(xié)議會有相應(yīng)的提升。

3.3 端到端時延分析

定義總端到端時延為Latency,則N跳鏈路總時延為

(5)

式中:di表示點到點總時延。LL-OLSR協(xié)議通過BLR-MPR選擇算法優(yōu)化了MPR節(jié)點集,減少了網(wǎng)絡(luò)控制開銷,減輕了信道負載,降低了數(shù)據(jù)分組的排隊處理時延,從而減小了單跳總時延d。其次,改進協(xié)議的路由算法利用了短波自組網(wǎng)中大量存在的非對稱鏈路,在進行路由選擇時,當(dāng)源節(jié)點到目的節(jié)點的路徑中存在非對稱鏈路且路徑較短時,就會選擇這條路徑,減小了分組傳輸?shù)穆窂介L度,平衡了網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點及其周圍鏈路的負載。若路由失敗了,則啟用備份路由。綜合以上分析,LL-OLSR協(xié)議相比OLSR協(xié)議降低了總端到端時延。

3.4 吞吐量分析

由于LL-OLSR協(xié)議采用BLR-MPR選擇算法進行MPR節(jié)點的選擇,在一跳鄰居節(jié)點的連接度和覆蓋度相同的情況下,選擇鏈路可靠性最大的節(jié)點作為MPR節(jié)點,提高了數(shù)據(jù)分組傳輸成功率。同時,該算法減小了網(wǎng)絡(luò)中MPR節(jié)點的數(shù)量,減少了網(wǎng)絡(luò)中TC消息的發(fā)送數(shù)量,降低了數(shù)據(jù)分組的排隊處理時延。其次,LL-OLSR協(xié)議的路由算法利用了網(wǎng)絡(luò)中的非對稱鏈路,減小了分組傳輸?shù)穆窂介L度,平衡了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點周圍的負載,降低了總端到端時延。因此,LL-OLSR協(xié)議在吞吐量性能方面優(yōu)于原協(xié)議。

4 仿真驗證

選擇OLSR協(xié)議[7]、II-OLSR協(xié)議[11]與本文提出的LL-OLSR協(xié)議進行分析比較。

4.1 仿真參數(shù)設(shè)置

本文使用Windows 10平臺上的OPNET Modeler 14.5仿真軟件對OLSR協(xié)議、II-OLSR協(xié)議以及LL-OLSR協(xié)議進行仿真實驗,設(shè)置了節(jié)點數(shù)分別為10,20,30,40,50的仿真場景。仿真參數(shù)如表1所示,每個仿真場景做5次仿真實驗,仿真結(jié)果取5次實驗結(jié)果的平均值。

表1 仿真參數(shù)設(shè)置

4.2 仿真結(jié)果分析

4.2.1 控制開銷

控制開銷指網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點發(fā)送的控制消息的總長度。圖4表明,LL-OLSR協(xié)議在控制開銷性能方面優(yōu)于II-OLSR協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)OLSR協(xié)議。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)場景的節(jié)點數(shù)為10時,LL-OLSR協(xié)議和OLSR協(xié)議的控制開銷基本持平,原因是LL-OLSR協(xié)議中的非對稱鏈路通告消息也占據(jù)了一部分網(wǎng)絡(luò)控制開銷。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點數(shù)量逐漸增大時,LL-OLSR協(xié)議的BLR-MPR選擇算法對傳統(tǒng)MPR選擇算法進行了優(yōu)化,減小了全網(wǎng)MPR節(jié)點的數(shù)量,由于TC控制消息只由MPR節(jié)點發(fā)送并且全網(wǎng)洪泛,因而顯著減少了網(wǎng)絡(luò)中TC消息的洪泛數(shù)量,其降低的控制開銷遠遠大于非對稱鏈路通告消息產(chǎn)生的控制開銷,因此整體減小了網(wǎng)絡(luò)控制開銷。而II-OLSR協(xié)議未對MPR集進行優(yōu)化,沒有在全局的范圍優(yōu)化控制消息的發(fā)送數(shù)量,只是用發(fā)送增量信息代替發(fā)送完整信息,減小了消息長度,因此其產(chǎn)生的控制開銷大于LL-OLSR協(xié)議。

圖4 控制開銷比較

4.2.2 數(shù)據(jù)包投遞成功率

圖5表明,LL-OLSR協(xié)議在數(shù)據(jù)包投遞成功率性能方面整體上優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)OLSR協(xié)議和II-OLSR協(xié)議。當(dāng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量保持不變時,由于II-OLSR 協(xié)議減少了控制開銷,因而減小了網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)總量,降低了出現(xiàn)信道擁塞的概率,因此提高了數(shù)據(jù)包投遞成功率。而LL-OLSR協(xié)議采用BLR-MPR選擇算法,提高了分組傳輸?shù)目煽啃?并對傳統(tǒng)MPR選擇算法進行了優(yōu)化,有效地減小了網(wǎng)絡(luò)的控制開銷,減輕了信道負載。其次,LL-OLSR協(xié)議的路由選擇方案利用了非對稱鏈路,平衡了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的負載,還具有備份路由機制,增強了路由的魯棒性。

圖5 數(shù)據(jù)包投遞成功率比較

4.2.3 端到端時延

圖6表明,LL-OLSR協(xié)議在端到端時延性能方面優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)OLSR協(xié)議和II-OLSR協(xié)議。由于II-OLSR協(xié)議用發(fā)送增量信息代替發(fā)送完整信息,降低了控制開銷,使得信道負載得到減輕,因而端到端時延性能優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)OLSR協(xié)議。而LL-OLSR協(xié)議提出的共同鄰居檢測機制使得節(jié)點可以大幅減少路由發(fā)現(xiàn)時延,并且在路由時可以利用非對稱鏈路,減少了分組傳輸?shù)穆窂介L度,平衡了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點及其周圍鏈路的負載。其次,LL-OLSR協(xié)議提出了基于鏈路可靠性的MPR選擇算法,選擇了更加可靠的鏈路進行數(shù)據(jù)傳輸,降低了重傳的概率;同時BLR-MPR選擇算法還降低了系統(tǒng)控制開銷,減輕了信道負載,降低了數(shù)據(jù)分組的排隊處理時延。因此,LL-OLSR協(xié)議相較OLSR協(xié)議和LD-OLSR協(xié)議在端到端時延性能方面有了明顯的改善。

圖6 端到端時延比較

4.2.4 吞吐量

圖7表明,LL-OLSR協(xié)議在吞吐量性能方面優(yōu)于OLSR協(xié)議和II-OLSR協(xié)議。由于II-OLSR協(xié)議減少了網(wǎng)絡(luò)控制開銷,減輕了信道負載,在相同時間內(nèi)成功傳輸了更多的數(shù)據(jù)包,增加了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。由上文分析可知,LL-OLSR協(xié)議的BLR-MPR算法將鏈路可靠性納入MPR節(jié)點選擇指標(biāo),同時進一步減少了網(wǎng)絡(luò)中MPR節(jié)點的數(shù)量,減小了網(wǎng)絡(luò)中的控制開銷,降低了信道負載,可以提高數(shù)據(jù)包的傳輸成功率。其次,LL-OLSR協(xié)議在節(jié)點路由選擇時利用了非對稱鏈路,降低了傳輸總時延,同時平衡了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點及其周圍鏈路的負載。因此,LL-OLSR協(xié)議在吞吐量性能方面優(yōu)于OLSR協(xié)議和II-OLSR協(xié)議。

圖7 吞吐量比較

5 結(jié)束語

針對OLSR協(xié)議應(yīng)用在短波自組網(wǎng)時信道占用率和通信時延過高對網(wǎng)絡(luò)通信造成的影響,本文提出了一種低時延的短波自組網(wǎng)OLSR協(xié)議。通過共同鄰居檢測機制來檢測網(wǎng)絡(luò)中存在的非對稱鏈路,節(jié)點在路由選擇時利用這些非對稱鏈路,減少了分組傳輸?shù)穆窂介L度,平衡了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點及其周圍鏈路的負載。通過BLR-MPR選擇算法,綜合節(jié)點連接度和鏈路可靠性為MPR節(jié)點集選擇指標(biāo),提高了分組傳輸?shù)目煽啃?。仿真結(jié)果表明,LL-OLSR協(xié)議能在業(yè)務(wù)不需要雙向傳輸確認的場景中改善控制開銷、吞吐量、端到端時延和數(shù)據(jù)包投遞成功率等網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)。在未來的工作中,將繼續(xù)研究在業(yè)務(wù)需要雙向傳輸確認的場景中改善OLSR協(xié)議應(yīng)用在短波自組網(wǎng)中的性能。