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摘 要： 摘要：無線自組織網絡(mobile ad-hoc network)是一個由幾十到上百個節點組成的、采用無線通信方式的、動態組網的多跳的移動性對等網絡。其目的是通過動態路由和移動管理技術傳輸具有服務質量要求的多媒體信息流。通常節點具有持續的能量供給。 1 研究背景 無
摘要：無線自組織網絡(mobile ad-hoc network)是一個由幾十到上百個節點組成的、采用無線通信方式的、動態組網的多跳的移動性對等網絡。其目的是通過動態路由和移動管理技術傳輸具有服務質量要求的多媒體信息流。通常節點具有持續的能量供給。
1 研究背景
無線自組織網絡[1]不僅能利用移動終端之間的自組織功能，靈活自組織構建成網狀架構，消除網絡傳輸瓶頸，而且能使用路由協議根據網絡狀態靈活選擇單播、組播和廣播路由方式。然而，無線網絡固有的鏈路魯棒性差、報文傳輸可靠性低的難題制約了自組織網絡的組播應用。因此，研究無線自組織網絡中的組播路由協議具有非常重要的作用。
2 組播理論研究
本文首先對典型的組播路由協議包括基于洪泛FLOOD、基于樹型的MAODV及基于網狀結構的ODMRP和PUMA進行理論分析與比較。1) PUMA和FLOOD都使用洪泛技術。PUMA先單跳廣播，到達組播組后組內洪泛數據;FLOOD僅是簡單全網洪泛數據。因此，FLOOD雖不需要控制報文，但在稀疏網絡或者發送節點增多的情況下，網絡中數據報文成幾何倍數遞增，導致大量延遲和報文丟失。因此，理論認為PUMA性能優于FLOOD。2) PUMA和MAODV都是面向接收者的組播協議。PUMA是基于網狀結構的，接收節點存在冗余路徑。而MAODV是基于樹型的，接收節點和發送節點僅存在單條鏈路。當組播樹枝因故障而斷開時，會因鏈路斷開出現報文丟失，而后鏈路修復的控制報文可能與網絡中報文發生碰撞，使得網絡傳輸環境惡化。因此，理論認為PUMA性能優于MAODV。3) PUMA和ODMRP都是基于網狀的組播協議。ODMRP是面向發送節點的，發送節點增多的情況下，控制報文數量急劇增加。因此，理論認為PUMA性能優于ODMRP。
3 仿真性能分析
由于自組織網絡拓撲結構的動態性，理論上建立和維持一個有效的組播分布結構很可能是無效的。為此，該文為FLOOD、MAODV、ODMRP與PUMA搭建NS-2仿真環境進行性能對比。在1000*1000的無線環境中，1個組播組，起始時刻接收節點加入組播組中，30秒開始發送CBR，900秒結束，每秒發送2個CBR，CBR長度為256kbytes，仿真時長為910秒。節點移動速度為2米/秒。發送者數分別為1、2、5、10，組播成員數分別為5、10、20、30、40。
本文選擇比較四種協議在30個接收節點，不同數量發送節點的報文投遞率和端到端延遲的比較;5個發送節點，不同數量發送節點的報文投遞率和端到端延遲的比較。仿真結果顯示：
當接收節點固定，發送節點少于5個的情況下，FLOOD報文投遞率與PUMA幾乎持平，略優于ODMRP;但是發送節點數量超過5個后，FLOOD報文投遞率要比PUMA和ODMRP低10%左右。這是網絡中FLOOD廣播數據報文驟然增多，數據鏈路報文碰撞概率增大，必然影響到數據報文傳輸的投遞率。當發送節點固定5個，而接收節點增多的情況下，FLOOD性能低于PUMA，但略高于ODMRP。這是因為ODMRP接收節點增多而新增網狀結構，冗余鏈路增多，控制報文數量增多，導致數據報文投遞率下降。而PUMA使用核心節點管理組播組，接收節點增加僅擴充網狀結構，而網絡中控制報文數量增加有限，故報文傳遞率較高。因此，在發送節點數量適中且接收節點數量較多的場景中，PUMA協議報文投遞率高于其它三種路由協議。
在發送節點少的情況下，FLOOD網絡延遲略低于PUMA和ODMRP。但隨著發送節點的增多，網內洪泛報文數量猛增，網絡延遲增大，發送節點增至10個時其網絡延遲最大超過2秒。ODMRP和PUMA延遲均超過1s，且ODMRP略優于PUMA。這是因為發送節點的增多，它們維護網狀結構的控制報文增多，故此時端到端延遲都很高。而且PUMA采用周期性廣播方式維護組播結構，這導致網絡修復過程中將額外新增延遲。接收節點增加對PUMA、ODMRP和FLOOD延遲影響不大。接收節點少的情況下，ODMRP延遲少于0.01s，略優于PUMA。隨著接收節點增多，在40個接收節點的情況下，ODMRP延遲與PUMA之間差距很小。因此，在發送節點較少、節點移動速度較慢的場景中，ODMRP端到端延遲略優于PUMA，而PUMA端到端延遲則比MAODV和FLOOD要低很多。
4 結束語
本文從理論研究和實驗仿真兩層面研究了具有代表性的四種組播路由協議，仿真結果表明，在網絡規模適中、拓撲變化不頻繁的場景中PUMA性能優于其他協議，這為進一步研究可靠組播傳輸機制奠定基礎。
