（信号与信息处理专业论文）ad+hoc+网络中的拥塞控制技术研究.pdf

分类号 密级 udc 学 位 论 文 ad hoc 网络中的拥塞控制技术研究 （题名和副题名） 杨素军 （作者姓名） 指导教师姓名 吴援明 教 授 电子科技大学 成 都 （职务、职称、学位、单位名称及地址） 申请专业学位级别 硕士 专业名称 信号与信息处理 论文提交日期 2008.4 论文答辩日期 2008.5 学位授予单位和日期 电子科技大学 答辩委员会主席 评阅人 2008 年 月 日 注 1：注明国际十进分类法 udc的类号。 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。 据我所知， 除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电 子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表 示谢意。 签名： 日期： 年 月 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后应遵守此规定） 签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 摘 要 移动自组织网络（ad hoc 网络）具有无中心、自组织、可快速展开等特点，这 使得它广泛应用于战争，抢险救灾等特殊场合。然而由于移动自组织网络具有动态 拓扑结构，带宽有限，节点能量有限等特点，使得在移动自组织网络中为数据传输 提供高的 qos 非常困难。 为了能提高 ad hoc 网络的数据传输性能， 研究者将数据流特性引入 ad hoc 网 络路由协议设计中。随着多媒体应用日益普及，需要在 ad hoc 网络中传送具有自 相似特性的音频和视频数据流。自相似数据流使 ad hoc 网络出现拥塞现象，导致 节点 mac 层接口队列溢出，加剧 mac 层的碰撞，甚至会出现因路由控制分组丢 失而引起的路径断开现象。本文采用多个 pareto on/off 数据源模型叠加来产生自 相似数据流，仿真数据流自相似特性对自组织网络 aodv 路由协议性能的影响。仿 真结果表明，自相似程度越高，自组织网络路由协议在端到端平均时延，分组交付 率和路由开销方面的性能越差。 针对数据流自相似特性对 ad hoc 网络路由协议性能的影响，本文在 aomdv 路由协议的基础上，提出了一种新的负载均衡的多径路由协议 aomdv-lb。 aomdv 路由协议建立多条从源节点到目的节点的路径，当数据传输路径断开时， 源节点可以迅速地切换到其他备选路径，减少了数据分组传输时延和路由开销，能 够在一定程度上改善因拓扑结构变化而导致的路径断开的问题。 但是 aomdv 路由 协议仅使用路径建立时间作为选路策略，并没有考虑到路径负载情况。同时，通过 对现有的基于负载感知的路由协议的路径负载感知策略的总结，发现现有的路径负 载感知策略不能够完全反映出路径拥塞程度或者是过于复杂，增加了节点处理时间 和数据传输时延， 从而降低了网络的吞吐率。 aomdv-lb 路由协议借鉴了 aomdv 路由协议的建立多条路径的思想，同时引入了一种新的负载感知策略来计算各条路 径的优先级。aomdv-lb 路由协议通过跨层设计的思想，建立路径中间节点 mac 层接口队列平均长度和路由控制分组往返时间(round-trip time, rtt)的联合模型来 计算各条路径优先级。 aomdv-lb 路由协议引入因子来平衡路径中间节点 mac 层 接口队列平均分组个数和路由控制分组往返时间对路径优先级计算的影响。越大， 路由控制分组往返时间对路径优先级计算的影响越大。 本文采用 ns2 仿真工具对 aomdv-lb 路由协议的性能进行了仿真。仿真结果 如下： 1改变移动速度的情况下，aomdv-lb 较 aomdv 分组交付率提高了 1.7%, 分组传输时延减小了 15.5，归一化路由开销减小了 7.3%；aomdv-lb 较 aodv 分组交付率提高了 4.7%,分组传输时延减小了 23.2，归一化路由开销减小了 20.3%。 2改变网络负载的情况下，aomdv-lb 较 aomdv 分组交付率提高了 0.9%, 分组传输时延减小了 14.7，归一化路由开销减小了 1.9%；aomdv-lb 较 aodv 分组交付率提高了 3.4%,分组传输时延减小了 11.7，归一化路由开销减小了 10.5%。 同时，也对 aomdv-lb 路由协议中的平衡因子作了优化。通过实验，确定的 取值，使 aomdv-lb 路由协议在分组交付率，端到端平均时延和归一化路由开销 方面都有较好的性能。 关键词：关键词：移动自组织，路由协议，自相似，aomdv-lb abstract mobile ad hoc networks, which can be set up rapidly, are centerless and self-organized. because of these special characteristics, ad hoc networks can be widely used in battlefield or any other emergency conditions. mobile ad hoc networks are also characterized by dynamic topology due to node mobility, limited channel bandwidth and limited battery power of nodes, which make it difficult to provide high qos for data transmission in ad hoc networks. in order to improve the performance of data transmission in ad hoc networks, the characteristics of the data flow have been introduced into the designing of routing protocol by researchers. with the prevalence of multimedia application, it is necessary to transmit audio and video data flows which are self-similar in ad hoc networks. the self-similar data flow makes ad hoc networks congested. and the congestion leads to the overflow of mac layer interface queue, the aggravation of collisions in mac layer, and even the disconnection of paths due to the lost of routing control packets. in this thesis, the self-similar data flow is generated through the superposition of many pareto on/off data source models, and it is used to simulate the performance of aodv routing protocol under self-similar data flow circumstance in ad hoc networks. the simulation results show that the higher the degree of self-similarity is, the poorer the performances in average end to end delay, packets delivery fraction and routing overheads of the routing protocol are. based on the impact of the self-similarity of data flow on the routing protocol, a new load balanced multipath routing protocol aomdv-lb derived from aomdv is proposed in this thesis. many paths from source node to destination node are set up in aomdv routing protocol. when the transmission path is broken off, the source node may switch to the best path left in the routing table. the packets transmission delay and the routing overheads decrease. the disconnection of paths due to the change of the topology is well adapted. but aomdv routing protocol just uses the setup time of the path as its path selection policy and doesnt take the load of the path into account. at the same time, the load-aware policies of existing load-aware routing protocol are summarized. it is found that some of the existing load-aware policies cant reflect the congestion degree of the path completely, and others are so complex that the processing time in the node and the data transmission delay increase, the throughput of the network decreases. the method of setting up multiple paths in aomdv routing protocol is introduced into aomdv-lb. meanwhile a new load-aware policy is used to compute the priority for every path. aomdv-lb is designed through crosslayer ideas. the joint model between the average interface queue length in mac layer of the intermediate nodes in the path and the round-trip time of the routing control packets is set up to compute the priority of each path. the factor is used to balance the effect of the average interface queue length in mac layer of the intermediate nodes of the path and the round-trip time of the routing control packets on the computation of priorities. the larger the value of is, the greater effect the round-trip time of the routing control packets has on the computation of priorities. the performances of aomdv-lb routing protocol are validated using ns2 simulator in this thesis. the simulation results are as follows: 1. when varying mobility, aomdv-lb increases packets delivery fraction by 1.7%, reduces packets transmission delay by 15.5% and normalized routing overheads 7.3% compared with aomdv, and aomdv-lb increases packets delivery fraction by 4.7%, reduces packets transmission delay by 23.2% and normalized routing overheads by 20.3% compared with aodv. 2. when varying network load, aomdv-lb increases packets delivery fraction by 0.9%, reduces packets transmission delay by 14.7% and normalized routing overheads by 1.9% compared with aomdv, and aomdv-lb increases packets delivery fraction by 3.4%, reduces packets transmission delay by 11.7% and normalized routing overheads by 10.5% compared with aodv. the balance factor in aomdv-lb is also optimized in this thesis. the value of is fixed through experiments. so aomdv-lb routing protocol has better performances in packets delivery fraction, average end to end delay and normalized routing overheads. keywords: mobile ad hoc, routing protocol, self-similar, aomdv-lb 目 录 第一章 前 言. 11 1.1 课题背景 . 11 1.2 研究内容及任务 . 13 1.3 论文的总体安排 . 14 第二章 ad hoc 路由技术研究. 15 2.1 ad hoc 路由协议概述 . 15 2.2 ad hoc 路由协议分类 . 16 2.2.1 表驱动路由协议 . 16 2.2.2 按需驱动路由协议 . 16 2.3 基于负载感知的负载均衡路由协议 . 16 2.3.1 负载感知的按需单径负载均衡路由协议 . 17 2.3.2 负载感知的按需多径负载均衡路由协议 . 19 2.4 小 结. 21 第三章 一种新的负载均衡多径路由协议. 22 3.1 aomdv 路由协议 . 22 3.2 aomdv-lb 路由协议 . 23 3.2.1 aomdv-lb 设计思想 . 23 3.2.2 aomdv-lb 无环路径的建立 . 24 3.2.3 aomdv-lb 分组格式及路由表结构 . 26 3.2.4 aomdv-lb 负载信息的搜集和路径优先级计算 . 29 3.2.5 aomdv-lb 的操作步骤 . 31 3.3 小 结 . 32 第四章 aomdv-lb 的仿真模型 . 33 4.1 ns2 的基本原理 . 33 4.1.1 ns2 内核结构 . 34 4.1.2 ns2 中的 simulator 类 . 36 4.1.3 ns2 中移动节点的结构 . 38 4.1.4 ns2 中移动节点的配置接口 . 40 4.2 aomdv-lb 路由协议 ns2 仿真平台构建 . 41 4.2.1 tcl 脚本编写 . 41 4.2.2 网络元素 c+代码的实现. 42 4.3 仿真数据源 . 47 4.3.1 自相似的定义 . 47 4.3.2 自相似序列的特性 . 47 4.3.3 自相似数据流的产生模型 . 48 4.3.4 ns2 中自相似数据流的产生 . 48 4.3.5 trace 文件的处理 . 48 4.4 小 结. 50 第五章 aomdv-lb 的仿真 . 52 5.1 aodv 路由协议在自相似数据流中的性能 . 52 5.1.1 仿真目的 . 52 5.1.2 仿真场景. 52 5.1.3 仿真结果分析 . 52 5.2 平衡因子对 aomdv-lb 路由协议性能的影响 . 53 5.2.1 仿真目的 . 53 5.2.2 仿真场景 . 53 5.1.3 仿真结果分析 . 54 5.3 移动速度对 aomdv-lb 路由协议性能的影响 . 54 5.3.1 仿真目的 . 54 5.3.2 仿真条件 . 54 5.3.3 仿真结果分析 . 55 5.4 网络负载对 aomdv-lb 路由协议性能的影响 . 56 5.4.1 仿真目的 . 56 5.4.2 仿真条件 . 56 5.4.3 仿真结果分析 . 56 5.5 小 结 . 57 第六章 结束语. 59 致 谢. 62 参考文献. 64 附 录. 68 在学期间的研究成果. 72 第一章 前前 言言 1.1 课题背景 ad hoc 41 网络起源可以追溯到 20 世纪 70 年代，当时美国在军事领域提出了 一种服务军方的无线分组网络（packet radio network, prnet)项目。后来，ad hoc 技术又吸取了 prenet、suran 等项目的组网思想，建立了一种新型的网络体系。 这种新的网络广泛地应用于军事，抢险救灾等环境中。 90 年代初，由于笔记本电脑和各种基于无线技术设备广泛应用，ad hoc 网络 应用拓展到了民用领域。同时，ad hoc 网络的标准化工作也得到了发展，其中以 ieee的ietf(the internet engineering task force)这个研究小组所研究的移动ad hoc 网络(mobile ad hoc networks , manet)为主要对象，对其路由协议进行了标准化。 目前国外从事 manet 研究的机构主要有 ieee 的 ietf 和 darpa(美国国防高 级研究计划局)；ieee 通信分会在 2000 年底成立了 manet 技术分委员会；另外， 瑞士联邦工学院的 terminnode 项目组也正在研究和实现大规模的移动自组织网， 其主要面向的对象是商业应用。 相比较而言，国内对移动 ad hoc 网络的研究和开发起步比较晚，且都处于理 论探讨阶段。目前，移动自组织无线网络还处于研究探讨阶段，许多问题还没有得 到一个比较好的解决方案，也还没有最终形成一个国际统一的整体标准体系。 ad hoc 网络由一组无线节点组成，它不需要固定的基站，各个节点均可自由移 动。每个节点既是主机又是路由器，节点之间通信需要许多节点合作实现。ad hoc 网络具有非常强的生存能力，并且网络创建十分方便，在许多环境下都有不可替代 的地位。随着 ad hoc 网络的不断发展，需要在 ad hoc 网络中传送实时性更高的文 件，例如音频、视频等文件，因此对 ad hoc 的 qos 提出了更高的要求，如何进行 有效的拥塞控制，成为研究的重点和难点。 ad hoc 网络具有如下特点 5 , 4 ： (1) 网络的自组织性和分布控制 ad hoc 网络的自组织性是指网络不需要固定的基础设施，在任何时刻、任何地 点都能够快速地搭建起一个通信网络实现移动节点间的通信。同时，ad hoc 网络是 分布式控制的，网络中所有节点之间都是平等的，即便某个节点发生故障，其余的 节点也可以正常工作，增加了网络的鲁棒性和抗毁性。 (2) 动态变化的网络拓扑结构 在 ad hoc 网络中，移动节点可以在网中随意移动。节点的移动会使正在通信的 源节点和目的节点之间的路径断开，导致通信失败。因此，ad hoc 网络的拓扑结构 不是一层不变的，而是动态变化的，而且变化方式和速度都是随机的不可测的。这 也为 ad hoc 网络的设计带来了很大的困难。 (3) 通信带宽有限 在 ad hoc 网络中，所有的节点都采用无线传输数据。邻居节点之间要共用无线 信道，在使用无线信道会产生争夺，再考虑无线信道上产生的碰撞、信号衰减、噪 音干扰等多种因素，无线节点可以得到的实际带宽会大大减小。 (4) 节点能量有限 在 ad hoc 网络中，节点是一些移动设备，如笔记本电脑，pda，无线传感器 等，在移动环境中，能源主要是由电池提供，如果所有节点能量耗尽，ad hoc 网络 生命就结束了。因此，如何使用网络中节点能量，延长网络生命周期，也是 ad hoc 网络研究的一个热点问题。 (5) 安全性较差 ad hoc 网络是一种无线网络，采用无线信道，网络的控制为分布式控制，因此 易于遭受窃听、欺骗和拒绝服务等攻击。 ad hoc 网络在各个领域的广泛应用， 使得它受到了世界许多研究机构和团体的 关注，但目前 ad hoc 网络具有如下的研究难点 6 ： (1) 信道接入控制 ad hoc 网络中信道接入技术主要是指无线节点在通信时， 需要争取无线信道的 使用权，并通知邻居节点在通信期间不能发送任何数据，以减小数据因碰撞丢失。 目前采用的接入控制协议主要 ieee 802.11 等 mac 层协议。 (2) 路由协议 ad hoc 网络是一种多跳的拓扑结构迅速变化的网络，需要动态路由协议的支 持。设计高效、动态的路由协议成为规划 ad hoc 网络的一个挑战，路由协议必须 能够跟得上节点移动所带来的网络拓扑结构迅速变化，同时能够避开拥塞节点，提 高数据传输的服务质量(qos)。 (3) 传输质量 ad hoc 网络出现初期主要用于传输少量的数据信息。随着业务的不断扩展，需 要在 ad hoc 网络中传输更多的信息，对带宽、时延、时延抖动等都提出了很高的 要求。这就需要提供一定的服务质量(qos)保证。 (4) 能量损耗 可以采用自动功率控制机制来调整移动节点的功率，以便在传输范围和干扰之 间进行折衷；还可以通过切换到休眠模式、采用功率意识路由、使用功耗很小的硬 件来减少节点的能量消耗。 (5) 数据流的自相似特性。 随着 ad hoc 网络的广泛应用，各种新型业务如视频会议，voip 等不断涌现， 对 ad hoc 网络传输数据的可靠性和健壮性有了更高的要求。因此，基于业务感知 的数据传送机制成了目前研究的热点。同时 ad hoc 网络中的数据流具有自相似特 性 7 ，传统意义上的数据流是泊松数据流或是常速率（constant bit rate, cbr）数 据流，不能够准确反映出实际网络的性能。自相似数据流具有突发特性，使得网络 出现严重拥塞， 甚至出现因缓冲区溢出而丢包现象， 严重地降低了网络传输的性能。 1.2 研究内容及任务 ad hoc 网络已经从最初的以军事用途为主要目标逐渐转变为以民用为主要目 标的应用研究，具有很高的商业价值。例如在某特殊环境下，需要要检测某种有毒 气体的浓度变化情况，可以在监测区域建立 ad hoc 网络，利用移动节点搜集特定 信息。 基于 ad hoc 网络研究的关键技术和研究热点。本文主要对以下问题进行了研 究： (1) 本文针对 ad hoc 网络路由协议仿真的数据流都是常速率数据流（cbr） ， 不能够准确地模拟网络中实际数据流的特性。本文采用多个 pareto on/off 数据 源模型叠加而成的自相似数据流作为仿真的数据源， 仿真 aodv 路由协议在自相似 数据流中的性能。 (2) 本文在多径路由协议 aomdv 的基础上，引入了负载感知和均衡策略，提 出了一种新的负载均衡多径路由协议 aomdv-lb。同时，用自相似数据流作为数 据源，在改变节点移动速度和网络负载的情况下，对比了 aomdv-lb，aomdv， aodv 三种路由协议在分组交付率，分组传输时延和归一化路由开销三个方面的性 能。并对 aomdv-lb 路由协议的平衡因子进行优化。 1.3 论文的总体安排 本文第一章引言部分首先介绍了 ad hoc 网络的特点及其研究现状，然后简要 叙述了课题研究的背景、内容及主要任务。第二章主要介绍路由协议的分类以及现 有的负载均衡路由技术。第三章主要介绍一种新的负载均衡多径路由协议的基本原 理。第四章主要介绍 ns2 仿真器的基本原理以及 aomdv-lb 路由协议仿真平台的 搭建。第五章主要介绍仿真参数，仿真环境和分析仿真结果。第六章为全文作了总 结。 第二章第二章 ad hoc 路由技术研究路由技术研究 2.1 ad hoc 路由协议概述 路由协议 8 , 6 是建立移动自组织无线网络的首要问题，同时也是主要的研究热点 和难点之一。传统的距离矢量和链路状态路由协议并不适用于拓扑结构高度动态变 化的移动自组织无线网络。理想的移动自组织无线网络路由协议应该具有以下性能 5 : (1) 收敛迅速 ad hoc 网络的拓扑结构是动态的，随时处于变化之中，这就要求路由协议必须 对网络拓扑的变化具有快速反应能力，在计算路由时能够迅速收敛，及时获得有效 的路由，避免出现目的节点不可达的情况。 (2) 采用分布式路由算法 路由协议的分布式算法增加了数据传输的鲁棒性。不会因为某个节点因为能量 耗尽或者其他原因使得网络性能恶化。 (3) 提供无环路由 无论是有线网络还是无线网络， 提供无环路由都是对路由协议的一项基本要求。 但在 ad hoc 网络中，由于拓扑结构动态变化会导致大量已有路由信息在短时间内 作废，从而更容易产生路由环路。因此，在 ad hoc 网络中提供无环路由就显得尤 为重要而且更难做到。 (4) 控制管理开销小 ad hoc 网络中无线传输带宽有限， 传送控制管理分组不可避免地会消耗掉一部 分带宽资源。为了更有效地利用宝贵的带宽资源，需要尽可能地减小控制管理的开 销。 (5) 对终端性能无过高要求 无线移动终端使用可耗尽能源，cpu 性能、内存大小、外部存储容量等都低于 固定的有线终端，因此，在 ad hoc 网络中不能对终端性能要求过高。有线网络中 用计算的复杂度来换取路由协议性能的做法，在 ad hoc 网络中不再适用。 2.2 ad hoc 路由协议分类 路由协议是 ad hoc 网络中最关键技术之一，受到国内外许多研究者的关注， 取得了许多有重要影响的研究成果。路由协议从不同的角度有不同的分类方法：根 据网络逻辑视图分类，可以将路由协议分为平面结构和集群结构路由协议；根据支 持链路方向分类，可以将路由协议分为支持单向链路的路由协议和支持双向链路的 路由协议。但最常见的还是根据驱动方式分类，将路由协议分为表驱动和按需驱动 路由协议 9 。 2.2.1 表驱动路由协议 表驱动路由协议就是在网络中维持一张或多张路由驱动表，网络中节点定期交 换路由表信息。当网络拓扑发生变化，网络也会更新路由信息，并且这个更新的信 息传遍整个网络。各种表驱动路由协议间最重要的区别是维护的路由表个数以及网 络拓扑结构变化时路由更新信息的交换方式， 常见的表驱动路由协议有 dsdv 路由 协议 10, 9 和 wrp 路由协议 11 等。 2.2.2 按需驱动路由协议 按需驱动路由协议 9 并不需要维持路由驱动表，只是在节点需要发送数据时， 主动发起路由查找过程，目的节点发送应答分组，在此过程中建立了从源节点到目 的节点的路径，用于发送数据。按需驱动路由协议不会在网络中交换路由表信息， 减少了网络中路由分组开销。经典的按需驱动路由协议有 aodv 1412 路由协议、 dsr 路由协议 15 和 tora 路由协议 16 。 2.3 基于负载感知的负载均衡路由协议 以上具有代表性的按需路由协议（aodv，dsr 等）都是根据路径长度来更新 现有的路径，没有考虑到负载特性，性能有待改善。近年来，基于负载信息的各种 路由协议 17 不断涌现，将路径负载考虑到了路由协议的选路准则中，减少了因为出 现路径拥塞而引起的网络性能恶化的现象。自组网中现有的各种基于负载感知的负 载均衡路由协议分别采用不同的方法对网络负载强度状态进行映射，并利用感知的 负载强度信息从不同的角度作为路由选择的重要因素，以实现网络数据流在网络中 的均衡分布和均衡传输，即负载均衡路由协议通常由负载感知和负载均衡两个方面 组成，对负载信息感知的准确程度将影响协议进行负载均衡的效果。 2.3.1 负载感知的按需单径负载均衡路由协议 随着业务的不断发展，对 ad hoc 网络数据传输的 qos 提出了更高的要求，将 qos 信息和路由设计结合的研究是当前 ad hoc 网络研究的主要问题之一。目前， 许多研究者将路径负载信息考虑到路由协议选路策略中， 下面 介绍几种基于负载感 知的按需单径负载均衡路由协议。 (1) cllor 18 cllor(cross-layer load-aware based load-balanced on-demand routing)的主要 设计思想是采取按需的方式在路由发现和路由维护阶段通过对 mac 层的处理时延 和队列中缓存的分组数情况进行统计，得到整个路径的 mac 层总平均估计时延和 路径总数据流负载，并将该信息跨层共享作为网络层路由判断和选择的依据。整个 路径的 mac 层总平均估计时延表征路径中节点对数据流负载的处理速度，路径总 数据流负载反映路径中数据流负载强度，两者结合共同表征网络数据流负载在网络 中的均衡传输和均衡分布状况。cllor 协议能够在端到端时延和分组交付率方面 得到较大的改善。 cllor 协议考虑了 mac 层接口队列的长度和 mac 层时延，在一定程度上能 够反映出路径的拥塞状态。但是选路准则计算过于复杂，增加了计算路径时间，从 而降低了数据分组的吞吐率。同时，选路准则中引入了两个参数 和 ，很难确定 在不同通信环境下，两个参数的取值。数据包中携带负载信息，中间转发节点都要 搜集和计算路径信息，增加了数据包的转发时间，增大了分组递交时延。 (2) dlar 19 dlar(dynamic load-aware routing)设计思想是采用了 mac 层接口队列的分 组个数来判断路径负载信息。 dlar 的选路准则有 3 种： 将路径中间节点的 mac 接口队列分组总数作为路径的拥塞状态的衡量标准。 分 组总数越多，表示这条路径的拥塞程度越高，在目的节点应答时，选用分组总数 最少的路径进行应答。 将路径中间节点的 mac 接口队列分组平均个数作为路径拥塞状态的衡量标准。 分组平均个数 = 分组总数/路径中间节点数。分组平均个数越多，表示这条路径 的拥塞程度越高，在目的节点应答时，选用分组平均个数最少的路径进行应答。 将路径中间拥塞节点的个数作为路径拥塞状态衡量的标准。拥塞节点的定义为： 当节点 mac 接口队列的分组个数超过设定的阈值时，将该节点作为拥塞节点。 拥塞节点个数越多，表示这条路径的拥塞程度越高，在目的节点应答时，选用拥 塞节点个数最少的路径进行应答。 dlar 在端到端的时延和分组的交付率上，较 dsr 都有较大的提高。但对于 dlar 选路准则， 仅仅考虑到了 mac 层接口队列的长度， 而忽略了其他因素。 mac 层接口队列的长度并不能准确的反映出节点的拥塞情况，因为在 ad hoc 网络中， 对于无线信道是抢占式利用的，所有邻居节点中，每一时刻仅能有一个节点发送数 据。因此，即便是 mac 接口队列为空，节点也有可能处于非常拥塞的状态下。 (3) lwr 20 lwr（load-aware routing）设计思想采用了信道利用率，mac 层接口队列长 度，退避记数器和邻居节点个数的线形函数来作为判断路径负载信息准则。 lwr 选路准则采用信道利用率 ui，mac 层接口队列长度 qi，退避记数器 bi 和邻居节点个数 ni 的线形函数来作为判断路径负载信息准则。ui 通过计算 mac 层的信道占用时间来得到， ni 可以通过 hello 分组统计， qi 和 bi 在 mac 层都可 以直接得到。最后将信道拥塞状态 li 表示为 ui，qi，ni，bi 的线形函数。 lwr 能够明显地减少网络中的路由请求分组，也减少了其他的冗余控制分组， 在端到端的时延和分组的交付率上，较 aodv 都有较大的改进。但是，lwr 需要 搜集上述所有信息,因此可能无法及时反映网络状态，增加网络的时延，降低网络吞 吐率。并且该算法中需要一些系统的预设参数（比如在计算 li 时，ui，qi，ni， bi 各自的系数）,这些参数设置不当将使得系统性能严重下降。 (4) lsr 21 lsr （load-sensitive routing） 的设计思想是采用路径负载来判断路径信息。 lsr 定义节点负载为节点本身 mac 层接口队列长度和所有邻居节点 mac 层接口队列 长度总和，而路径负载定义为所有路径上节点负载的和。 lsr 在端到端的时延和分组的交付率上，较 dsr 都有较大的改善。但是 lsr 在发送数据时，中间节点会计算路径负载信息，并写入数据头部，增加了数据发送 时延，降低了吞吐率。同时，lsr 只是将路径中间节点及其邻居节点的 mac 层接 口队列分组长度作为路径负载的判断依据，也不能够准确地反映出路径实际的拥塞 状态。 (5) lbar 22 lbar（load-balanced wireless ad hoc routing）的设计思想是采用节点及其邻 居节点中活跃路径的总条数来作为路径负载信息判断准则。 lbar 在端到端的时延和分组的交付率上， 较 dsr 和 aodv 都有较大的改善， 但 lbar 将正向路径的选择权交给目的节点，让目的节点选择最优路径发送 ack。 提高了选路的灵活性，但同时也引入了额外的时延，因为每次发送数据的路径断开 以后，目的节点都要重新发送 ack，源节点必须等待新 ack 到来。在选路准则中， lbar 采用节点及其邻居节点中活跃路径条数总和来判别路径负载，对路径负载判 别信息不准确，并不足以说明路径处于拥塞状态。因此这种判别方式有待改进。 2.3.2 负载感知的按需多径负载均衡路由协议 上节中介绍了几种负载感知的按需单径负载均衡路由技术。单径路由技术都有 一个共同的缺点，就是当源节点到目的节点最优路径断开时，都需要重新发起路由 寻找过程，引入了额外的路由开销，并且增加了数据分组传送时延。多径路由技术 262