基于DTN與MANET的自適應(yīng)融合網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)*

黃星河 ，李艾靜 , ，王 海

（1.中國(guó)人民解放軍陸軍工程大學(xué) 通信工程學(xué)院，江蘇 南京 210007；2.上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院，上海 200240）

0 引 言

隨著社會(huì)的發(fā)展，有限的基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)無(wú)法滿足人們對(duì)于信息獲取日益增長(zhǎng)的需求。特別是在一些人口稀疏、環(huán)境惡劣、基礎(chǔ)設(shè)施受到嚴(yán)重破壞的地區(qū)，如我國(guó)西北部地區(qū)、汶川災(zāi)區(qū)以及戰(zhàn)場(chǎng)中。在這類地區(qū)中，部署基礎(chǔ)設(shè)施成本高、效率低，人們希望能夠出現(xiàn)一種方便部署且成本較低的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。隨著智能手機(jī)、便攜計(jì)算機(jī)、無(wú)人機(jī)等無(wú)線設(shè)備的普及，移動(dòng)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的研究越來(lái)越受到廣泛關(guān)注。移動(dòng)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)由移動(dòng)無(wú)線節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，用戶可以在沒有基站等基礎(chǔ)設(shè)施的情況下傳輸數(shù)據(jù)，因此移動(dòng)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)有希望成為缺乏基礎(chǔ)設(shè)施地區(qū)的新型網(wǎng)絡(luò)。

移動(dòng)Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)（Mobile Ad-hoc NETworks,MANET）和延遲/中斷容忍網(wǎng)絡(luò)（Delay/Disruption-Tolerant Network，DTN）是目前發(fā)展較成熟的移動(dòng)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型。但是，由于MANET和DTN有著完全不同的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型與傳輸模式，導(dǎo)致MANET與DTN在性能特點(diǎn)上各有不同。在節(jié)點(diǎn)覆蓋率高、節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度慢的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間可以形成較穩(wěn)定的鏈路。在這種網(wǎng)絡(luò)中，MANET網(wǎng)絡(luò)能提供較可靠的通信保證，而DTN由于特殊的傳輸模式，在鏈路穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)中相比于MANET效率較低。但是，在用戶密度較低、節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)能力較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)很難形成穩(wěn)定可靠的鏈路。在這種網(wǎng)絡(luò)中，MANET的性能急劇下降，但是此時(shí)DTN卻能提供較為可靠的通信保障[1]。

DTN與MANET各有優(yōu)勢(shì)與不足，兩者在性能上可以形成有效的互補(bǔ)。為了能夠提高移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)通信性能，本文提出了一種有效利用MANET和DTN的融合網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議。該協(xié)議以移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的密度和需要發(fā)送的數(shù)據(jù)大小為參考變量，通過(guò)制定合適的策略在DTN與MANET中進(jìn)行切換。通過(guò)使用仿真平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明提出的自適應(yīng)融合網(wǎng)絡(luò)協(xié)議能夠有效提升無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的性能。

本文安排如下：第1節(jié)介紹了融合網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)背景以及需要解決的問(wèn)題；第2節(jié)通過(guò)仿真平臺(tái)分析DTN與MANET的網(wǎng)絡(luò)性能；第3節(jié)介紹了自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議設(shè)計(jì)；第4節(jié)介紹了仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果；第5節(jié)中總結(jié)了未來(lái)的研究方向。

1 系統(tǒng)背景及問(wèn)題描述

1.1 MANET概述

在MANET中，所有節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)交換路由控制消息，并根據(jù)從其他節(jié)點(diǎn)接收到的消息構(gòu)建路由表。所有數(shù)據(jù)都基于建立的路由表選擇路徑，源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)經(jīng)中間節(jié)點(diǎn)傳遞至目的節(jié)點(diǎn)。如果一條鏈路斷開，則網(wǎng)絡(luò)根據(jù)路由協(xié)議重新確定路徑至目的節(jié)點(diǎn)。源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間采用雙向鏈接，是端到端數(shù)據(jù)交互的可靠保證。數(shù)據(jù)利用協(xié)議層在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中傳遞，協(xié)議層為數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳遞提供服務(wù)，服務(wù)是在服務(wù)接入點(diǎn)提供給上層使用的。另外，MANET網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中存在許多路由協(xié)議與之配套相關(guān)。節(jié)點(diǎn)通過(guò)選擇合適的路由方案建立鏈路，然后將數(shù)據(jù)傳輸至目的節(jié)點(diǎn)[2]。例如，優(yōu)化鏈路狀態(tài)路由（OLSR）和按需距離矢量（AODV）都是經(jīng)典路由協(xié)議的代表。但是，在不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)鏈接中，基于TCP/IP協(xié)議的MANET網(wǎng)絡(luò)無(wú)法獲得理想的性能。這是因?yàn)椴豢煽康木W(wǎng)絡(luò)連接環(huán)境導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)之間頻繁的中斷，使得依靠快速返回確認(rèn)的TCP/IP協(xié)議失效，且在這種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，路由表的準(zhǔn)確性在很短時(shí)間內(nèi)會(huì)迅速降低，大大降低了網(wǎng)絡(luò)連接性和可靠性。

1.2 DTN概述

DTN延遲/中斷容忍網(wǎng)絡(luò)又被稱為機(jī)會(huì)連接網(wǎng)絡(luò)，可以工作在缺乏可靠鏈路的網(wǎng)絡(luò)中。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時(shí)，數(shù)據(jù)會(huì)被首先存放至節(jié)點(diǎn)的Bundle層中。該層位于應(yīng)用層之下傳輸層之上，具有緩存數(shù)據(jù)等功能[3]。Bundle層中的協(xié)議代理會(huì)查詢其自身的路由表，尋找該數(shù)據(jù)需要轉(zhuǎn)發(fā)的下一跳地址。當(dāng)下一跳節(jié)點(diǎn)在通信范圍以內(nèi)時(shí)，Bundle層中的協(xié)議代理將該數(shù)據(jù)發(fā)送至下一跳節(jié)點(diǎn)的Bundle層中。當(dāng)下一跳節(jié)點(diǎn)不在通信范圍內(nèi)時(shí)，Bundle層中的協(xié)議代理會(huì)啟動(dòng)TTL生存時(shí)間計(jì)時(shí)器。如果該數(shù)據(jù)包在生存時(shí)間到期前未能被傳遞至下一跳節(jié)點(diǎn)，那么該數(shù)據(jù)包會(huì)被丟棄。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)（如衛(wèi)星、無(wú)人機(jī)、汽車、卡車）被用作數(shù)據(jù)輪渡，以從多個(gè)數(shù)據(jù)源收集、存儲(chǔ)和攜帶數(shù)據(jù)到目的節(jié)點(diǎn)。DTN使用逐跳確認(rèn)機(jī)制與“存儲(chǔ)-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)”的傳輸方式，來(lái)對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)延遲和中斷帶來(lái)的影響。但是，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)使用這種特殊的方式傳遞數(shù)據(jù)，所以不能保證端到端的通信。多個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)通過(guò)復(fù)制數(shù)據(jù)達(dá)到傳遞的目的，因此在鏈路可靠的網(wǎng)絡(luò)中，DTN消耗的網(wǎng)絡(luò)資源比MANET多。此外，由于所有需要發(fā)送或者轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)都需要在Bundle層中進(jìn)行緩存，所以會(huì)帶來(lái)額外的延遲。

1.3 傳統(tǒng)的混合網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

DTN與MANET各有優(yōu)勢(shì)與不足，因此已經(jīng)有研究者嘗試設(shè)計(jì)了一系列的協(xié)議流程，使用DTN與MANET網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合優(yōu)化全網(wǎng)整體性能。例如，文獻(xiàn)[4]采用一種分布式混合方法，將網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的選擇權(quán)分配到所有節(jié)點(diǎn)上，每個(gè)節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)后會(huì)根據(jù)自身的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)做出決策，選擇使用哪種網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)出去；文獻(xiàn)[5]對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分組，在組內(nèi)使用MANET通信，在組與組之間使用DTN通信；文獻(xiàn)[6]提出了基于信任度的路由參數(shù)計(jì)算的混合MANET-DTN候選節(jié)點(diǎn)選擇機(jī)制；文獻(xiàn)[7-8]中，節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身狀態(tài)如緩存區(qū)大小、運(yùn)動(dòng)速度等和周圍的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，選擇合適的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)傳輸數(shù)據(jù)。文獻(xiàn)[9-10]使用DTN的主動(dòng)路由協(xié)議配合MANET提高在應(yīng)急環(huán)境下的通信性能。這些方法的基本原理都為當(dāng)源節(jié)點(diǎn)無(wú)法找到通往目的節(jié)點(diǎn)的可用鏈路時(shí)采用DTN作為備選方案用于數(shù)據(jù)傳輸，但是忽略了DTN在傳輸大數(shù)據(jù)時(shí)的優(yōu)勢(shì)和MANET在傳輸過(guò)程中鏈路中斷的風(fēng)險(xiǎn)。因此，設(shè)計(jì)的融合網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仍需要進(jìn)一步完善。

2 MANET與DTN的性能分析

2.1 MANET網(wǎng)絡(luò)性能分析

在MANET網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率與節(jié)點(diǎn)的密度、通信半徑、信道狀態(tài)等因素有關(guān)。為了探究各種影響因素對(duì)MANET網(wǎng)絡(luò)造成的影響，本文進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)。

MANET鏈路上的比特錯(cuò)誤需要修正（需要更多比特和更多處理）或重傳整個(gè)數(shù)據(jù)包（這會(huì)導(dǎo)致更多的網(wǎng)絡(luò)流量）。當(dāng)鏈路錯(cuò)誤率一定時(shí)，MANET模式下的端到端重傳數(shù)據(jù)量會(huì)隨著跳數(shù)的增加而呈指數(shù)型增加。因此，鏈路的傳輸性能隨著跳數(shù)的增加呈指數(shù)型下降。為了獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，本文在現(xiàn)實(shí)中搭建了MANET的實(shí)驗(yàn)床測(cè)試MANET的網(wǎng)絡(luò)性能。實(shí)驗(yàn)床硬件采用樹莓派3B，路由協(xié)議使用OLSR路由協(xié)議，無(wú)線信道使用樹莓派自帶的WiFi信道。本文使用Iptables通過(guò)屏蔽部分節(jié)點(diǎn)的MAC地址控制節(jié)點(diǎn)形成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通過(guò)收集大量的數(shù)據(jù)計(jì)算均值，得到了鏈路跳數(shù)與帶寬的關(guān)系，如圖1所示。

圖1 MANET中鏈路跳數(shù)與帶寬的關(guān)系

通過(guò)收集的數(shù)據(jù)可以看出，鏈路跳數(shù)是影響DTN與MANET網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵因素。跳數(shù)的增加不僅影響鏈路的帶寬，隨著跳數(shù)的增加和節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)，在數(shù)據(jù)傳輸完成前，鏈路改變的可能性也隨之增加，且由于帶寬隨著鏈路跳數(shù)的增加而降低，導(dǎo)致傳輸完成時(shí)間加長(zhǎng)，增加了鏈路改變的概率。

本文假設(shè)節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)模型，如圖2所示。節(jié)點(diǎn)相對(duì)移動(dòng)速度為v m/s，數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳桓淖兊那疤嵯聜鬏斖瓿尚枰臅r(shí)間為t s，節(jié)點(diǎn)的通信半徑為R m，節(jié)點(diǎn)從任意方向角度進(jìn)入到對(duì)方的通信范圍。本文首先計(jì)算當(dāng)節(jié)點(diǎn)相互位于一跳范圍內(nèi)時(shí)數(shù)據(jù)在傳輸完成前斷開的概率。

圖2 節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)模型

為了簡(jiǎn)化計(jì)算復(fù)雜度，本文假設(shè)在傳輸過(guò)程中網(wǎng)絡(luò)的帶寬不會(huì)隨著信道的狀態(tài)改變而發(fā)生改變，且節(jié)點(diǎn)只作勻速直線運(yùn)動(dòng)。在圖1傳輸模型中，假設(shè)一跳的平均帶寬為G Mb/s，需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包大小為M Mb。因此，預(yù)計(jì)傳輸時(shí)間t=M/G，源節(jié)點(diǎn)會(huì)在任意時(shí)刻任意位置發(fā)送數(shù)據(jù)。如果在傳輸數(shù)據(jù)這段時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)移出了對(duì)方的通信范圍，則傳輸失敗。因此，數(shù)據(jù)傳輸成功的概率如下：

（1）當(dāng)vt＜2R時(shí)，傳輸成功的概率為0；

（2）當(dāng)vt＞2R時(shí)，傳輸成功的概率為：

MANET端到端的帶寬影響因素很多，其中傳輸經(jīng)過(guò)的鏈路跳數(shù)是一個(gè)重要方面。傳輸過(guò)程中，鏈路的帶寬會(huì)隨著跳數(shù)的增加而減小，且其傳輸鏈中斷的可能性也會(huì)大大增加。本文設(shè)使用MANET在跳數(shù)為n的鏈路中的傳輸帶寬為Gn，所有節(jié)點(diǎn)均相互獨(dú)立、隨機(jī)移動(dòng)，因此得到在傳輸完成前通往目的節(jié)點(diǎn)的鏈路改變的概率Pn為：

傳統(tǒng)的DTN與MANET混合協(xié)議，在使用MANET轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中，由于節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)很有可能造成通往目的節(jié)點(diǎn)的可用鏈路中斷或者鏈路狀態(tài)變差，造成傳輸失敗。一般情況下，數(shù)據(jù)包越大，傳輸?shù)臅r(shí)間越長(zhǎng)，鏈路變化的可能性越大。為了探索使用MANET時(shí)數(shù)據(jù)包大小、節(jié)點(diǎn)密度與帶寬的關(guān)系，本文進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，并且收集了相關(guān)數(shù)據(jù)。如果數(shù)據(jù)傳輸前鏈路存在，在傳輸過(guò)程中鏈路斷開，且無(wú)其他可用鏈路通往目的節(jié)點(diǎn)，則傳輸失敗，帶寬記為0；如果在傳輸過(guò)程中鏈路改變?yōu)槠渌鴶?shù)的鏈路，則按照共同傳遞完成該數(shù)據(jù)包的平均帶寬計(jì)算，結(jié)果如圖3所示。

從圖3可以看出，發(fā)送數(shù)據(jù)包大小一定時(shí)，全網(wǎng)的平均帶寬隨著節(jié)點(diǎn)密度增加而降低。當(dāng)節(jié)點(diǎn)密度一定時(shí)，全網(wǎng)的平均帶寬隨著數(shù)據(jù)包的增大而降低。這是由于隨著數(shù)據(jù)包的增大，數(shù)據(jù)被完全傳輸完成前鏈路變化的可能性隨之增加，而網(wǎng)絡(luò)由連接變?yōu)橹袛啵蛘呔W(wǎng)絡(luò)性能變差的可能性也隨之增加。隨著節(jié)點(diǎn)密度的增加，這種變化趨于平緩。因?yàn)楫?dāng)節(jié)點(diǎn)密度增大時(shí)，網(wǎng)絡(luò)變化的波動(dòng)幅度會(huì)隨之變小，鏈路斷開或者更差鏈路的可能性也隨之降低。

2.2 DTN網(wǎng)絡(luò)性能分析

與MANET網(wǎng)絡(luò)不同，DTN是一種機(jī)會(huì)型網(wǎng)絡(luò)，其使用“存儲(chǔ)-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)”的模式傳遞數(shù)據(jù)。因此，DTN的性能與MANET的網(wǎng)絡(luò)性能會(huì)有很大不同。為了探索DTN與MANET性能上的差別，本文在與MANET相同的仿真環(huán)境下對(duì)DTN進(jìn)行了測(cè)試。DTN使用直接路由算法。這種路由算法只有當(dāng)源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)相遇時(shí)才會(huì)傳遞數(shù)據(jù)。首先，本文將數(shù)據(jù)包大小固定為100 Mb，尋找節(jié)點(diǎn)密度與DTN全網(wǎng)平均帶寬之間的關(guān)系。本文通過(guò)收集在單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)量計(jì)算均值獲得全網(wǎng)平均帶寬，仿真結(jié)果如圖4所示。

圖4 DTN全網(wǎng)平均帶寬與節(jié)點(diǎn)密度的關(guān)系

從仿真結(jié)果可以看出，使用直接路由方案時(shí)，DTN全網(wǎng)的平均帶寬與節(jié)點(diǎn)密度相關(guān)性不強(qiáng)，這主要是因?yàn)楣?jié)點(diǎn)之間獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，且選擇的目的節(jié)點(diǎn)是隨機(jī)的，所以節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)相遇的概率是均等的。因此，得到的DTN全網(wǎng)平均帶寬與節(jié)點(diǎn)密度沒有必然關(guān)系。

在理論中猜測(cè)DTN的帶寬與數(shù)據(jù)包的大小有關(guān)，因此本文更改數(shù)據(jù)包大小，探索數(shù)據(jù)包大小與全網(wǎng)平均帶寬的關(guān)系。仿真環(huán)境與上述實(shí)驗(yàn)相同，節(jié)點(diǎn)數(shù)量選擇100個(gè)，結(jié)果如圖5所示，并不和預(yù)期的一樣，DTN的帶寬并不會(huì)隨著數(shù)據(jù)包大小的增加而一直增加。究其原因，主要是本文使用的是直接路由算法傳遞數(shù)據(jù)，只有當(dāng)源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)相遇時(shí)才會(huì)傳遞數(shù)據(jù)，但是當(dāng)數(shù)據(jù)包過(guò)大時(shí)，節(jié)點(diǎn)在一跳范圍內(nèi)傳輸速度有限，且節(jié)點(diǎn)相遇時(shí)間有限，隨著數(shù)據(jù)包的增大，數(shù)據(jù)不能在一次相遇的時(shí)間內(nèi)完成傳輸，當(dāng)數(shù)據(jù)包大小超過(guò)兩節(jié)點(diǎn)一次相遇所能傳輸?shù)臉O限值后，其平均帶寬反而減小。

圖5 DTN網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包大小和全網(wǎng)平均帶寬的關(guān)系

3 自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)

該自適應(yīng)融合網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要由節(jié)點(diǎn)密度、節(jié)點(diǎn)速度、節(jié)點(diǎn)通信半徑、當(dāng)前通往目的節(jié)點(diǎn)可用鏈路的跳數(shù)、當(dāng)前通往目的節(jié)點(diǎn)鏈路的最大帶寬和需要發(fā)送的數(shù)據(jù)包的大小等參數(shù)組成。其中，當(dāng)前通往目的節(jié)點(diǎn)鏈路的最大帶寬會(huì)隨著無(wú)人機(jī)所處環(huán)境的改變出現(xiàn)較大波動(dòng)，因此該參數(shù)具有很強(qiáng)的不確定性。雖然有些研究者提出了一些關(guān)于帶寬與節(jié)點(diǎn)所處網(wǎng)絡(luò)環(huán)境之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，但是使用這些數(shù)學(xué)模型會(huì)帶來(lái)兩個(gè)問(wèn)題。第一，這些數(shù)學(xué)模型在估計(jì)當(dāng)前鏈路帶寬時(shí)需要大量的周圍環(huán)境參數(shù)，增加了協(xié)議設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。第二，這些數(shù)學(xué)模型只是對(duì)當(dāng)前鏈路帶寬的估計(jì)，并不能真實(shí)反映當(dāng)前的鏈路帶寬。本文假定節(jié)點(diǎn)能通過(guò)使用一些輔助軟件如iptable等直接測(cè)量當(dāng)前鏈路的實(shí)時(shí)帶寬，以降低協(xié)議設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。

當(dāng)數(shù)據(jù)需要發(fā)送時(shí)，源節(jié)點(diǎn)首先檢查是否有通往目的節(jié)點(diǎn)的可用鏈路。如果沒有可用鏈路通往目的節(jié)點(diǎn)，則將該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在Bundle層中使用DTN進(jìn)行傳輸；如果有通往目的節(jié)點(diǎn)的可用鏈路，則分別計(jì)算使用DTN和MANET的期望帶寬，通過(guò)選擇能夠獲得更大期望帶寬的傳輸方式將該數(shù)據(jù)傳輸至目的節(jié)點(diǎn)。

期望帶寬的計(jì)算由兩部分組成。

第一部分，字典建立過(guò)程。在先前的研究中發(fā)現(xiàn)，MANET網(wǎng)絡(luò)中影響其全網(wǎng)平均帶寬的主要因素為節(jié)點(diǎn)密度和發(fā)送數(shù)據(jù)包的大小，如圖3所示。而在DTN網(wǎng)絡(luò)中，影響全網(wǎng)平均帶寬的主要因素為需要發(fā)送的數(shù)據(jù)包大小和節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)速度，如圖5所示。因此，當(dāng)需要發(fā)送的數(shù)據(jù)包大小、節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)速度以及全網(wǎng)無(wú)人機(jī)密度三個(gè)參數(shù)確認(rèn)后，使用MANET和DTN網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包的全網(wǎng)平均帶寬，便可以通過(guò)仿真得到。因此，該自適應(yīng)融合網(wǎng)絡(luò)協(xié)議假設(shè)在無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)中所有源節(jié)點(diǎn)均預(yù)先保留一本字典，該字典記錄的內(nèi)容為在節(jié)點(diǎn)密度為m、需要發(fā)送數(shù)據(jù)包大小為d、節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度為s的網(wǎng)絡(luò)中，使用MANET與DTN網(wǎng)絡(luò)所能獲得的全網(wǎng)平均帶寬分為Hm,s,d和Ds,d。

第二部分，根據(jù)第一部分建立的字典，將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)大小、節(jié)點(diǎn)密度以及節(jié)點(diǎn)速度映射為全網(wǎng)平均帶寬，并根據(jù)全網(wǎng)平均帶寬計(jì)算當(dāng)前鏈路的期望帶寬。在DTN中，當(dāng)前鏈路的期望帶寬與全網(wǎng)平均帶寬一致，為Ds,d。在MANET中，使用式（2）計(jì)算得到使用當(dāng)前鏈路傳輸完成前鏈路改變的概率P。由于改變的趨勢(shì)是不確定的，當(dāng)前鏈路經(jīng)過(guò)改變后可能變好也可能變差，但是其改變后的帶寬期望和全網(wǎng)的期望帶寬相同。因此，得到了當(dāng)前鏈路下使用MANET發(fā)送該數(shù)據(jù)包的期望帶寬為：

其中Hn為當(dāng)前鏈路通過(guò)iptable等工具測(cè)量的實(shí)測(cè)帶寬。

4 仿真結(jié)果及分析

本文利用該協(xié)議進(jìn)行仿真收集的數(shù)據(jù)，得到使用該協(xié)議的全網(wǎng)理論平均帶寬，并對(duì)傳統(tǒng)的未改進(jìn)的DTN與MANET的混合算法進(jìn)行了仿真。在上述環(huán)境中，假設(shè)當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)為100時(shí)收集到了全網(wǎng)平均帶寬與數(shù)據(jù)包大小的相關(guān)數(shù)據(jù)如圖6所示。

圖6 各網(wǎng)絡(luò)協(xié)議間的對(duì)比

從圖6可以看出，相比于傳統(tǒng)的DTN與MANET混合協(xié)議，改進(jìn)的DTN與MANET的混合算法有效增加了全網(wǎng)的平均帶寬，且與傳統(tǒng)的DTN與MANET相比，提出的方法在保證數(shù)據(jù)能夠有效到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的前提下，有效提升了網(wǎng)絡(luò)性能。

5 結(jié) 語(yǔ)

DTN與MANET有著兩種完全不同的體系架構(gòu)和傳輸模式，各有優(yōu)勢(shì)。在可靠網(wǎng)絡(luò)中，MANET表現(xiàn)優(yōu)異；在不可靠網(wǎng)絡(luò)中，DTN能夠提供較可靠的通信保證。本文在傳統(tǒng)DTN與MANET網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的架構(gòu)基礎(chǔ)上，提出了融合網(wǎng)絡(luò)協(xié)議新方法，并且通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該理論的有效性。但是，從仿真結(jié)果看，相對(duì)于其他網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提出的改進(jìn)的自適應(yīng)混合網(wǎng)絡(luò)模型性能提升不明顯，這主要是由于本文選擇的DTN路由算法效率較低。后續(xù)研究中將嘗試對(duì)不同的路由算法進(jìn)行分析，得到能獲得更大效益的路由算法組合。此外，隨著社會(huì)的發(fā)展，人類對(duì)信息的依賴程度越來(lái)越高，如何有效提高網(wǎng)絡(luò)性能是未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間需要研究解決的問(wèn)題。