·782· 工程科学学报，第39卷，第5期 路径请求和路径回复数据包不仅要携带目的节点的地 节点传输数据，因此没必要立即发送路径错误包.并 理位置信息，而且要捎带上一跳节点的速度、方向和时 且，文献[18]指出当失效路径的前端节点与目的节点 标信息.在路由维护阶段，节点通过周期性广播Hllo 之间的跳数较少时，使用GGF将数据成功传输到目的 包将自身位置、速度、方向和时标信息告知其邻居节 节点的概率很高 点，同时这些信息也将被中间转发节点所记录 在新的被动路径建立之前，中间转发节点将继续 路径发现过程结束后，源节点就将缓存中的数据 向最靠近目的节点的邻居发送数据包.在此规定，失 发送给目的节点.与RGR协议不同，这是传输数据的 效路径前端节点产生的路径错误包将会在经过一段时 当前节点首次估算其与下一跳节点间的距离.假定预 延之后（一般为发送1个Hllo数据包的时间间隔）， 测前time_s时刻，下一跳节点处于位置n处，坐标记为 向相反路径上的节点发送.当路径错误包到达源节点 (X.,Y.):而在c_ime时刻，预测该下一跳节点将移动 时，新的路径修复过程将会被启动.在高动态拓扑环 到位置p处，坐标记为(X。,Y):V和0分别表示下一 境中，该机制将会减少源节点发送的路径请求包的 跳节点的速度和方向信息（参数V和日可以从当前节 总数. 点的路由表中提取出来) 即利用下式，当前节点实时估算其下一跳节点的 3仿真分析 位置 3.1仿真配置 X。=X。+V×cosf×(c_time-time_s), 本文在NS2平台上对改进RGR协议(Improved- Y。=Y.+V×sin6×(c_time-time_s). (1) RGR)的性能进行仿真分析.仿真时，各节点随机分布 利用下式，可以判断出下一跳节点是否在当前节 在300km×300km的网络范围内，且按照random way- 点的通信范围内. point模型移动[]；节点的传播范围均为15km:速度均 D.=√(X。-X)2+(Y。-Y) (2) 匀分布在300~1100ms1之间：仿真时间为30min. 式中，D。是当前节点和下一跳节点之间的实际距离. 仿真中，各节点的仿真模型均相同.在物理层采 X。和Y。是当前节点的位置信息 用自由空间模型，扩频方式为直接序列扩频，并考虑实 如果D小于当前节点的传输范围，则当前节点继 际信道的物理参数；媒体接入控制(media access 续利用被动机制向下一跳节点传输数据.如果D,大 control,MAC)层采用时分多址(time division multiple 于当前节点的传输范围（即在被动模式下，下一跳节 access,TDMA)协议；网络层采用Improved--RGR协议； 点超出节点的通信范围)，当前节点将立即停止利用 应用层采用恒定比特率业务(constant bit rate,CBR)模 该条路径发送数据，转而使用GGF模式转发数据.在 型.所有的网络成员均以相同概率产生新业务，且持 GGF模式下，当前节点通过相同的预测机制获得网络 续时间服从负指数分布，数据包长度满足泊松分布. 的实时拓扑信息.然后，节点将数据传递给距离目的 仿真时的参数设置如表2所示 节点最近的节点 表2仿真参数配置 时间预测机制需要时间同步保障.如果网络中的 Table 2 Simulation parameter settings 节点能够通过GPS或北斗获得准确的导航信息，则不 需要额外的同步机制. 参数名 配置 2.3路径请求延迟机制 信道速率/(Mbits'1) 5 RGR协议中，如果在数据传输时被动路径失效， 数据包大小/kbyte 1024 网络将启动GGF模式继续进行数据转发.并且可以 发射功率/W 125 确保在GGF模式下，将数据传递给距离目的节点最近 接收机灵敏度/dBm -24.67 的节点.而且，失效路径的前端节点将会立即沿着发 物理层特征 直接序列扩频(DSSS) 送数据包的相反路径发送路径错误包直到其到达源节 点，以告知沿途节点该被动路径已经失效.此时，如果 3.2仿真结果及分析 源节点还要继续向同一目的节点（路径失效前与源节 为评估改进RGR协议(Improved-RGR)路由协议 点对应的目的节点)发送数据，则必须启动路径修复 的性能，本文将其与RGR、AODV、改良RGR协议 过程. (Modified-RGR)和优化RGR协议(Optimized--RGR) 采用路径请求延迟机制的RGR协议，主要依赖 从数据包接收成功率、平均路由开销和平均端到端时 GGF模式提升网络的整体性能.在此模式下，当某条 延三个方面进行仿真对比. 路径失效时，即使不存在一条通往目的节点的可用路 图2是五种协议的数据包接收成功率对比图.从 径，每个中间节点均有能力继续使用GGF模式向目的 图中可以看出，Improved-RGR协议的数据包接收成功工程科学学报,第 39 卷,第 5 期 路径请求和路径回复数据包不仅要携带目的节点的地 理位置信息,而且要捎带上一跳节点的速度、方向和时 标信息. 在路由维护阶段,节点通过周期性广播 Hello 包将自身位置、速度、方向和时标信息告知其邻居节 点,同时这些信息也将被中间转发节点所记录. 路径发现过程结束后,源节点就将缓存中的数据 发送给目的节点. 与 RGR 协议不同,这是传输数据的 当前节点首次估算其与下一跳节点间的距离. 假定预 测前 time_s 时刻,下一跳节点处于位置 n 处,坐标记为 (Xn ,Yn );而在 c_time 时刻,预测该下一跳节点将移动 到位置 p 处,坐标记为(Xp,Yp );V 和 兹 分别表示下一 跳节点的速度和方向信息(参数 V 和 兹 可以从当前节 点的路由表中提取出来). 即利用下式,当前节点实时估算其下一跳节点的 位置. Xp = Xn + V 伊 cos 兹 伊 (c_time - time_s), Yp = Yn + V 伊 sin 兹 伊 (c_time - time_s). (1) 利用下式,可以判断出下一跳节点是否在当前节 点的通信范围内. Dn = (Xo - Xp) 2 + (Yo - Yp) 2 . (2) 式中,Dn 是当前节点和下一跳节点之间的实际距离. Xo 和 Yo 是当前节点的位置信息. 如果 Dn 小于当前节点的传输范围,则当前节点继 续利用被动机制向下一跳节点传输数据. 如果 Dn 大 于当前节点的传输范围(即在被动模式下,下一跳节 点超出节点的通信范围),当前节点将立即停止利用 该条路径发送数据,转而使用 GGF 模式转发数据. 在 GGF 模式下,当前节点通过相同的预测机制获得网络 的实时拓扑信息. 然后,节点将数据传递给距离目的 节点最近的节点. 时间预测机制需要时间同步保障. 如果网络中的 节点能够通过 GPS 或北斗获得准确的导航信息,则不 需要额外的同步机制. 2郾 3 路径请求延迟机制 RGR 协议中,如果在数据传输时被动路径失效, 网络将启动 GGF 模式继续进行数据转发. 并且可以 确保在 GGF 模式下,将数据传递给距离目的节点最近 的节点. 而且,失效路径的前端节点将会立即沿着发 送数据包的相反路径发送路径错误包直到其到达源节 点,以告知沿途节点该被动路径已经失效. 此时,如果 源节点还要继续向同一目的节点(路径失效前与源节 点对应的目的节点) 发送数据,则必须启动路径修复 过程. 采用路径请求延迟机制的 RGR 协议,主要依赖 GGF 模式提升网络的整体性能. 在此模式下,当某条 路径失效时,即使不存在一条通往目的节点的可用路 径,每个中间节点均有能力继续使用 GGF 模式向目的 节点传输数据,因此没必要立即发送路径错误包. 并 且,文献[18]指出当失效路径的前端节点与目的节点 之间的跳数较少时,使用 GGF 将数据成功传输到目的 节点的概率很高. 在新的被动路径建立之前,中间转发节点将继续 向最靠近目的节点的邻居发送数据包. 在此规定,失 效路径前端节点产生的路径错误包将会在经过一段时 延之后(一般为发送 1 个 Hello 数据包的时间间隔), 向相反路径上的节点发送. 当路径错误包到达源节点 时,新的路径修复过程将会被启动. 在高动态拓扑环 境中,该机制将会减少源节点发送的路径请求包的 总数. 3 仿真分析 3郾 1 仿真配置 本文在 NS2 平台上对改进 RGR 协议( Improved鄄鄄 RGR)的性能进行仿真分析. 仿真时,各节点随机分布 在 300 km 伊 300 km 的网络范围内,且按照 random way鄄 point 模型移动[19] ;节点的传播范围均为 15 km;速度均 匀分布在 300 ~ 1100 m·s - 1之间;仿真时间为 30 min. 仿真中,各节点的仿真模型均相同. 在物理层采 用自由空间模型,扩频方式为直接序列扩频,并考虑实 际信 道 的 物 理 参 数; 媒 体 接 入 控 制 ( media access control,MAC) 层采用时分多址( time division multiple access,TDMA)协议;网络层采用 Improved鄄鄄RGR 协议; 应用层采用恒定比特率业务(constant bit rate,CBR)模 型. 所有的网络成员均以相同概率产生新业务,且持 续时间服从负指数分布,数据包长度满足泊松分布. 仿真时的参数设置如表 2 所示. 表 2 仿真参数配置 Table 2 Simulation parameter settings 参数名 配置 信道速率/ (Mbit·s - 1 ) 5 数据包大小/ kbyte 1024 发射功率/ W 125 接收机灵敏度/ dBm - 24郾 67 物理层特征 直接序列扩频(DSSS) 3郾 2 仿真结果及分析 为评估改进 RGR 协议(Improved鄄鄄RGR)路由协议 的性 能, 本 文 将 其 与 RGR、 AODV、 改 良 RGR 协 议 (Modified鄄鄄 RGR) 和优化 RGR 协议(Optimized鄄鄄 RGR) 从数据包接收成功率、平均路由开销和平均端到端时 延三个方面进行仿真对比. 图 2 是五种协议的数据包接收成功率对比图. 从 图中可以看出,Improved鄄鄄RGR 协议的数据包接收成功 ·782·