基于TDMA模型的AdHoc网络路由算法的研究
摘要：移动AdHoc网络(MANET)是一种无中心节点且具有路由和转发功能的临时自组性网络。以具组网灵活、快捷、不需耍预设网络基础设施，完全分布式等特点，在军用和紧急救援等特殊环境的应用前景非常广阔。而移动自组网络路由技术面临着拓扑结构动态变化、存在单向信道、有限的无线传输带宽以及移动终端能力的局限性等一系列挑战，因此对移动自组网络路由协议的研究显得尤为重要。该文利用0PNET网络仿真平台,根据电台信道接入方式的原理，构建TDMA进程模型，从而建立了AdHoc网络节点的仿真模型。通过仿真实验，对DSR和A0DV两种典型的路由协议进行了横向比较分析，得出了两种协议的适用性定量结果和彼此间的差
别。
关键词：AdHoc网络；0PNET网络仿真；TDMA；动态源路由
中图分类号：TP393文献标识码:A文章编号:1009-3044(2013) 18-
4195-03
AdHoc网络是由一组带有无线收发装置的移动节点组成的一个多跳的临时性自治系统［1］。网络中的每个节点兼备路由器和用户终端两种功能。
一方面，节点作为主机运行面向用户的应用程序；另一方面，节点作为路由器需要运行相关的路由协议，根据路由策略和路由表参与分组转发和路由维护工作。其具有自组织、无中心、多跳路由的特点［2］,因此它可以
在没有基础设施支持的情况下提供灵活方便的通信，具有广泛的应用前景。
冃前对AdHoc技术的研究的重点集中在信道接入技术、路由协议、网络安全与服务质量等方面，尤其路由协议的选择对网络性能更起着至关重耍的作用。大部分的MANET路由协议按驱动形式可以分为两类：表驱动和按需驱动。其中比较典型的按需距离矢量路由协议A0DV、动态源路由协议DSR、目的序列距离矢量路由协议DSDV和无线路由协议WRP等。为了研究特定电台TDMA接入方式下，不同路由协议的性能，我们选择在0PNET仿真平台下对DSR和A0DV协议进行比较分析。
1基于0PNET的通信网络仿真
0PNET是一个模块化、分层次、面向对象、图形界面的通用型网络仿
真工具。基于0P7ET的网络仿真，是以有限状态机为理论基础，总和排队
理论、概率论和统计实验筹理论建立的数据业务和通信链路的数学模型，用C/C++语言仿真模型的一种仿真方法［3］。0PNET的仿真具有以下特点［4］：
1）提供三层建模机制：最底层为进程模型，以有限状态机来描述协议；中间层为节点模型，由相应的协议模型构成，反映设备特性；最上层为网络模型。三层模型和实际网络、设备、协议层次完全对应，全面反映了网络的相关特性；
2）采用离散事件驱动的模拟机理，使计算效率得到很人提高［5］； 3）采用混合建模机制，把基于包的分析方法和基于统计的数学建模
方法结合起来，既可得到非常细节的模拟结果，也提高了仿真效率。
4）有丰富的统计量收集和分析功能。
5）提供了和网管系统、流量监测系统的接口，能方便的利用现有拓扑和流量数据建立仿真模型，还可对仿真结果进行验证。
2无线通信网络的仿真建模
基于OPNET的仿真模型分为网络模型、节点模型和进程模型[6-7]o网络模型主要实现通信网路的拓扑结构和通信节点的配置，节点模型主要实现通信节点内部构造；进程模型主要实现各种通信机制和信息处理。该文将建立TDMA方式的进程模型，在此模型基础上仿真DSR和AODV协议的性能。
2. 1 TDMA接入方式的原理
网络中节点采用TDMA的接入方式，整个网络由一个主台节点发布主
台时隙，用于同步和发布网络中其他普通节点的工作时隙。普通节点在自己分配的时隙上接入信道，发送信息。普通节点的时隙分为数据时隙和话音时隙，话音时隙预留为网络屮节点进行语音通信使用。时隙分配方案如图1所示：
上图显示了网络中存在四个节点的时隙分配方案，话音时隙预留为传输话音信息使用。普通节点在各自分配的数据时隙上发送数据。每个时隙的持续时间为0.18s,在每32个时隙后，即每隔0.18*32=5. 76s有一个固定的主台时隙，这个时隙屮，只有主台（网内唯一）可以发送信息，用于同步。
2.2网络模型
本文所设计的网络模型中包含8个AdHoc节点，分布在50Km*50Km
的区域，source节点沿着如图2所示轨迹运彳亍，运动中向destination节点发送数据，其他节点在区域中随机移动，传输距离为25Km0
3仿真性能分析
本文在上一节建立的仿真模型基础上，分别对AODV和DSR协议工作在TDMA接入方式的性能进行了仿真分析。选取路由开销、MA7ET端到端的时延、TDMA层端到端时延、丢包率，四个参数对协议进行分析。
在仿真中节点数量为8个、数据传输速率为2.4Kbps、天线高度为5?0叭发射功率为50w、接收灵敏度为TlOdBm、频率为50MHz>TDMA层中时隙为0. 18s、主台时隙周期为5.94so
DSR动态路由关键参数配置如下：路由过期时间为55s、路由请求最
大重传次数为2、路由请求超时时间为12s、下一条节点收到ACK确认时间为10s、确认ACK重传次数为2o
AODV动态路由关键参数配置如下：路由请求最大重传次数为2、路由表活跃时间为55s、Hello包传输间隔时间为uniform（11.1, 11.2）、节
点传输一跳数据时延为1.44so
业务量：分两种情况，source节点每隔20s（路由未过期）和120s （路由过期）发送数据给destination节点，应用层发送报文长度8byteso 从图3可以看出20s间隔情况下，路由未过期，AODV的路由数据量要略高于DSR,这是因为hello定时发送包的原因。但是在120s间隔情况下,
由于路由过期，AODV协议利用失效但未被删除的路由，帮助快速发现了目的路由，减少了路由发现数据包的数量，因此在这种情况下，AODV的路由负荷又小于DSRo 比较图4中曲线，可以发现中20s延时曲线DSR和AODV基木是重合的，这是因为路由过期时间为55s,路由未过期源节点就已经再次发送了数据，路由表再次刷新。120s间隔下由于源路由表已经过期，因此，每一次的发送数据，都需要重新发送路由请求。
比较DSR和A0DV发现：
在路由表未过期的情况下，DSR的端到端延时和A0DV基木一致。
在路由表过期的情况下，A0DV的端到端延时总体上远优于DSR。这是因为A0DV在delete_period时间内部不会删除路由，只会将路由记录为无效的，仅仅需要重新发现并确认下路由是否还可用，这样节约路由发现
时间。
如图5所示20s这种情况下，A0DV在TDMA接入方式下的时延略优于DSR协议。但是在120s这种情况下，A0DV能够更好的运行在TDMA接入方式，拥有比DSR低很多的时延。
通过仿真发现120s间隔下A0DV协议产生了少量离散的丢包，20s间隔情况下的DSR和A0DV,以及120s间隔情况下的DSR均未发现丢包。
4总结
本文对运动状态下的网络性能做出了分析，比较了A0DV和DSR协议的性能，发现ADOV在端到端的时延优于DSR协议。路由未过期情况下的路由开销AODV与DSR相近的性能,过期情况下,AODV性能优于DSR。在
丢包方面，仅仅在路由过期情况下，A0DV协议产生了少量离散的丢包，在这一点上DSR协议乂优于AODVo
从各个方面综合考虑，A0DV协议更加适合于TDMA接入方式，能够发挥最优的性能。
参考文献:
[1]王金龙，王呈贵，吴启辉.AdHoc移动无线网络[M].北京：国防工业出版社，2004：1-8.
[2]陈林星，曾曦，曹毅?移动AdHoc网络[M]?北京：电子工业出版社，2006.
[3]The VINT Project, A Collaboration between researchers at
UC Berkeley, LBL?USC/ISI, The nsManual (formerly ns Notes and
Documentation http :
//www.isi?edu/nsnam/ns/tutorial/index?htm1.
[4]蔡鸿鹏?实时通信网络的研究与仿真实现[D]?重庆：重庆大学硕士论文，2006.
[5]马博?一种基于OPNET的辅助决策系统模型的研究与仿真[J]?西安邮电学院学报，2007,12 (3)：101-105.
[6]龙华.OPNETModeler与计算机网络仿真[M]?西安：西安电子科技大学出版社，2006.
[7]李馨，叶明.OPNETModeler网络建模与仿真[M]?西安:西安电
子科技大学出版社，2006.