依賴連通度的AdHoc自適應鏈路補償算法

劉磊　凌翔　張遠

摘要：利用AdHoc節點的連通度，設計基于位置補償模型，實現對邊緣覆蓋的AdHoc節點自適應鏈路補償，協助完成與其它節點的網絡通信。通過仿真實驗得出，依賴于連通度的補償算法比依賴于鏈路衰減的補償算法，在等半徑的覆蓋區域內，鏈路數據吞吐量增加16%，鏈路延時下降了14%。

關鍵詞：AdHoc；鏈路補償；連通度

中圖分類號：TP393.07 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）01-0132-02

1 概述

AdHoc是一種無中心的移動網絡，數據交換必然通過多個節點協作完成。網絡拓撲的快速變化、信號的遮擋和衰減、傳輸碰撞以及干擾等不可預知因素造成了AdHoc網絡難以維持穩定的鏈路。AdHoc的鏈路補償需要實時地加入其它節點協助通信，但是節點的數量是有限的，并考慮能耗、并發連接度，補償節點不可能無限制被某個鏈路持續占用，因此AdHoc的鏈路補償就轉化為全局優化問題。

AdHoc鏈路構建算法分為先應式鏈路和反應式鏈路[1]：文獻[2]根據節點的拓撲，預測自身的移動方向，實時更新加權路由表，屬于先應式算法，但路由表的刷新率均在秒級內，AdHoc網絡沒有充足的資源維持。文獻[3]則根據角度變化，針對移動造成的傳輸盲區，提出通過鄰近節點建立臨時子網，拓展信號的覆蓋范圍，實現局部最優，保證優先級較高的鏈路通信，屬于反應式算法，但容易發生網絡擁塞。

本文提出依賴于連通度的AdHoc自適應鏈路補償算法，設計基于位置的動態補償模型，對位于覆蓋邊緣的AdHoc節點實現自適應的鏈路補償，提高鏈路的數據吞吐量的同時，能夠降低傳輸延時。

2 問題描述

節點C向節點A發出鏈路請求，其中B為中間鏈路節點。此時，A、B、C之間的通信在信道存在如下沖突的可能：如果A向前移動，導致A、B之間鏈路中斷，由于當前鏈路還在維持中，A、B、C仍然占用該鏈路，無法加入其它P2P鏈路中。在此過程中，A、B會盡可能申請更多的信道資源，再將數據包轉儲至B節點，而后轉發。如果，A位于轉發節點A2的覆蓋范圍內，則利用A2轉發。

模型約定初始化時，AdHoc節點的覆蓋半徑為R，節點連通度。在第次鏈路請求中，如果A與B的距離滿足，則連通度和，反之和。A為數據發送的源節點S，C為數據接收的端節點D，表示鏈路矢量，如果A1和A2在A的覆蓋范圍，則A1和A2為A的下游節點，如果A1和A2在B的覆蓋范圍，則A1和A2為B的上游節點。

3 位置補償的自適應算法

位置補償是在估計某個時刻以及某個節點的鏈路發生中斷的情況下，同時未發現替代鏈路時進行的位置補償[5]。如圖1所示，在原始鏈路中，先由發送點S請求鏈路路由，而后S向B發送數據，此時產生的延時被歸納為等待延時和傳送延時，表示當前節點接收數據到開始轉發給下游節點所需等待的時間，表示一個數據幀由上游節點成功發送給下游節點所產生的時間。時間片分配時間由AdHoc的媒體接入層（MAC）決定，且節點等待時間均不同，對于節點i而言，假定存在個數據幀，且數據幀的大小相同，則存在：

4 仿真實驗及結果

本文采用OMNet++4.0構建了AdHoc節點通信和移動的仿真平臺，并驗證自適應鏈路補償算法的有效性。

為了表現節點的移動性，每個節點首先選擇上/下通道或者左/右通道，選擇的概率服從二項分布。在已選的通道上對前后方向的選擇則服從正態分布。而位置上的移動則服從泊松分布，目的是滿足排隊論模型。

如圖2所示，以節點的移動特征為主要參照可以得出：（1）隨著節點移動速度的增加，本文算法比鏈路衰減算法的平均斷開次數要小于1；（2）隨著節點移動距離的增加，本文算法比鏈路衰減算法的有效帶寬增加了16%；（3）隨著節點移動距離和速度的增加，平均鏈路延時均降低了14%左右。

5 結語

本文利用AdHoc節點的連通度，設計基于位置補償模型，實現對邊緣覆蓋的AdHoc節點自適應鏈路補償，通過協助下載完成與其它節點的鏈路通信。通過仿真實驗得出，依賴于連通度的補償算法比依賴于鏈路衰減的補償算法，在等半徑的覆蓋區域內，鏈路數據吞吐量增加16%，鏈路延時下降了14%。

參考文獻

[1]毛玉明，楊寧，段景山.移動AdHoc網絡的一種新的自組織組網和路由算法[J].電子學報，2004，32（12）：161-164.

[2]任智，郭偉.多跳無線網路由協議研究進展[J].電信科學，2003，19（8）：10-16.

[3]劉建航，畢經平，徐鵬.一種提高系統吞吐量的協助下載補償模型[J].計算機學報，2012（7）：1390-1398.

[4]馮永，妖海龍，張亮.基于M/M/1/K排隊模型的低功耗無線通信網絡TDMA協議延遲評估及仿真[J].計算機科學，2013（40）：262-264.