引言

物聯(lián)網使物理世界信息化，是目前國際學術界和工業(yè)界研究的熱點之一。隨著物聯(lián)網應用規(guī)模的日益擴大，其承載業(yè)務的不斷增多，路由正確性與及時性直接影響網絡傳輸性能和服務質量。本文在分析物聯(lián)網與AdHoc網絡特點基礎上，探討AdHoc網絡技術在物聯(lián)網環(huán)境的適用性，并通過實驗仿真AdHoc網絡中的DSR路由技術在物聯(lián)網中的通信過程。

1AdHoc網絡與物聯(lián)網

1.1物聯(lián)網的技術特點

物聯(lián)網在傳統(tǒng)電信網和互聯(lián)網的基礎上，融合了通信工程、計算機應用、微電子信息、自動化管理等多門學科技術，將普通物理對象互聯(lián)，從而使物品之間具有終端設備功能，并且擁有普適運算和智能化的特點。物聯(lián)網體系結構主要由感知傳感識別層、網絡通信層、管理服務數(shù)據融合層和綜合應用服務層等四個層次構成。

感知識別層位于物聯(lián)網四層模型中的最底端，是所有上層結構的基礎，同時也是聯(lián)系物理世界和信息世界的紐帶。感知識別層通過傳感節(jié)點進行數(shù)據采集，傳感節(jié)點的能量供應問題是物聯(lián)網的主要瓶頸之一。另外，傳感節(jié)點的動態(tài)接入與退出網絡，網絡拓撲動態(tài)變化，需要有健壯的網絡模型支持。

網絡通信層由電磁波為傳導媒體的無線網絡以及由雙絞線、同軸電纜、光纖構成的有線網絡組成，主要負責將傳感器定時采集到的數(shù)據信息傳遞到中心服務器上。感知層采集到的數(shù)據量通常比較龐大（包含了視頻、圖像、聲音等內容），另外感知節(jié)點多數(shù)由移動節(jié)點構成，由于帶寬受限、節(jié)點移動、網絡拓撲結構動態(tài)變化、路由轉發(fā)等因素，容易造成數(shù)據分組亂序、遲延、丟包等現(xiàn)象，影響著網絡服務性能。網絡層實現(xiàn)高效的數(shù)據傳輸不僅需要協(xié)調各種異構網絡，而且需要有一系列可行的協(xié)議規(guī)范。

管理服務數(shù)據融合層采用數(shù)據挖掘、云計算、計算中心等技術，實現(xiàn)數(shù)據過濾從而降低冗余、實現(xiàn)丟失數(shù)據定位，合理優(yōu)化。

綜合應用服務層主要為用戶提供與物聯(lián)網的交互接口，滿足用戶需求。

1.2AdHoc網絡在物聯(lián)網環(huán)境中的適用性分析

AdHoc網絡中移動裝置體積小、價格便宜、使用方便、功能強大，其節(jié)點擁有主機、天線、路由器三個基本功能，與物聯(lián)網具有相似的網絡特性和要求：

（1）AdHoc網絡節(jié)點采用分布式操作，整個網絡無中心性，不需要依靠基礎設施支持和中心管理，每個節(jié)點具有主機和路由功能，節(jié)點不僅可以進行運算而且可以根據路由算法存儲轉發(fā)數(shù)據分組。物聯(lián)網中運用了大量的傳感節(jié)點，其網絡分布同樣無中心性，每個傳感節(jié)點采用分布式操作采集數(shù)據，通過節(jié)點之間相互協(xié)力完成信息傳遞。

（2）AdHoc網絡的節(jié)點與物聯(lián)網節(jié)點都可在拓撲范圍內沿著不同的速度和方向自由隨機移動性。整個網絡拓撲隨機、迅速、不可預測，并且傳輸由單向鏈和雙向鏈組成。移動性和網絡拓撲結構的動態(tài)變化性制約了網絡規(guī)模的擴展，簡單、快速的路由協(xié)議為網絡服務質量提供了重要保障。

（3）AdHoc網絡的節(jié)點與物聯(lián)網節(jié)點都可以隨意的進入和退出網絡，網絡不會因為某些節(jié)點狀態(tài)而發(fā)生改變。網絡具有很好的健壯性、和自組織性，在多種的臨時突發(fā)場合都可以運用。

（4）在鏈路和帶寬上，AdHoc網絡與物聯(lián)網都具有鏈路易變、帶寬受限的特性。由于無線網絡經常受到信號衰減、噪音干擾、環(huán)境屏蔽等因素影響，所以，無線網絡具有比特誤碼率較高、帶寬受限、鏈路容量和質量波動起伏、網絡吞吐量較低等特征。

（5）AdHoc網絡節(jié)點與物聯(lián)網在民用領域廣泛運用。網絡節(jié)點主要是以手持設備或者更小的設備構成。小設備通常受到設備本身的若干特性限制如：電池能量、設備處理能力等，所以對協(xié)議設計優(yōu)化均提出了一定的要求。

（6）AdHoc網絡與物聯(lián)網通信上都采用開放的空中接口，利用電磁波無線傳導媒體傳輸數(shù)據，在安全性上相比固定網絡更加容易受到竊聽、欺騙、偽裝、篡改等多種主動式攻擊與被動式攻擊的安全威脅。通常會將一系列鏈路安全技術運用到無線網絡中，降低安全威脅。AdHoc網絡的節(jié)點與物聯(lián)網以非中心控制方式組網提供了額外的安全強壯性，對抗有基礎設施支持的中心控制網絡中單節(jié)點上出現(xiàn)的安全漏洞。

在AdHoc網絡技術中，各種異構設備利用無線通信模塊和標準通信協(xié)議構成自組織網絡與物聯(lián)網具有相似的網絡結構。物聯(lián)網的一個重要特征是“物品觸網”，每一件物品均具有通信能力，成為帶有計算能力的移動網絡終端，隨遇裝置、動態(tài)移動的特性決定了使無線網絡成為其最簡單的互連方式。AdHoc網絡與物聯(lián)網具有諸多相似的網路結構和特征。AdHoc網絡的組網以及路由等技術可以廣泛運用于物聯(lián)網的特殊環(huán)境。

2AdHoc網絡的DSR路由協(xié)議在物聯(lián)網中的運用

2.1AdHoc路由技術及DSR路由協(xié)議的特征

路由算法選擇直接影響網絡服務質量，路由算法應盡量簡單，并且能快速適應網絡拓撲變化，目前AdHoc網絡中主要有三類路由協(xié)議，即使表驅動路由協(xié)議、按需路由協(xié)議和混和型路由協(xié)議。表驅動路由協(xié)議又稱先驗式路由協(xié)議，主要包括：序列目的節(jié)點距離矢量路由協(xié)議DSDV，基于反向路徑轉發(fā)的拓撲分發(fā)協(xié)議等。按需路由協(xié)議:又稱反應式(Reactive)路由協(xié)議，主要包括：動態(tài)源路由協(xié)議DSR，按需距離矢量路由協(xié)議AODV、基于節(jié)點間相互關系路由協(xié)議ABR等?；旌托吐酚蓞f(xié)議：該類型是上兩種類型的折衷，在局部范圍內使用表驅動路由協(xié)議，以縮小路由控制消息傳播的范圍。當目標節(jié)點較遠時，通過查找發(fā)現(xiàn)路由，從而減少路由協(xié)議的開銷，改善時延特性?；旌托吐酚蓞f(xié)議主要包括：域路由協(xié)議ZRP，搶先式路由協(xié)議等。

源動態(tài)源路由協(xié)議DSR具有簡單且高效的特點，為AdHoc網絡提供快速反應式服務，確保節(jié)點在移動或者網絡狀況發(fā)生變化時都可以成功交付數(shù)據分組。按需路由協(xié)議DSR由路由尋找和路由維護兩個主要機制組成。路由尋找機制主要運行于從源節(jié)點到目的節(jié)點的源路由查找過程，并且只有在源節(jié)點需要發(fā)送一個數(shù)據分組給終端目的節(jié)點時，并且還不知道到達目的節(jié)點的時候才能使用。當數(shù)據分組在路由器之間存儲轉發(fā)時，如果探測到路徑上的某個中間路由節(jié)點存在鏈路失敗，該中間路由節(jié)點將為源節(jié)點回傳一個路由錯誤數(shù)據分組。路由錯誤數(shù)據分組包含發(fā)生鏈路失敗的兩個端節(jié)點地址。源節(jié)點收到回傳的錯誤數(shù)據分組時，將根據錯誤數(shù)據分組所包含的地址，找到該節(jié)點并且刪除包含該鏈路的路由，從而觸發(fā)新的路由建立過程。

2.2DSR路由技術在物聯(lián)網中的仿真實驗

合理有效的路由機制直接影響著物聯(lián)網傳輸性能和運行效率，為完善網絡服務質量提供保障。為了進一步分析AdHoc網絡技術及路由協(xié)議在物聯(lián)網環(huán)境的適用性本，本節(jié)采用NS仿真的方法，通過一系列的仿真實驗來分析按需路由協(xié)議DSR在物聯(lián)網環(huán)境下的通信的性能。

2.2.1實驗場景設計

實驗仿真場景：以局域網通信作為模型，采用1000mX1000m網絡拓撲范圍，節(jié)點在拓撲內隨機移動模擬終端主機，因為在物聯(lián)網數(shù)據傳輸主要以流媒體為主，所以采用CBR作為網絡負載。建立客戶端服務器通信模型。每個數(shù)據分組大小定義為1460字節(jié)，由于無線網卡的功率范圍有限，因此實驗定義無線發(fā)射范圍為400內通信。目前在MAC層上采用IEEE802.11g協(xié)議，支持最大帶寬為54Mb/s。每次實驗仿真時間為1200s。

2.2.2網絡性能評估參數(shù)選取

在評價網絡服務性能時通?？梢圆捎靡幌盗兄笜俗鳛樵u價標準。由于物聯(lián)網通信最主要的是速度與傳輸率問題,所以實驗采用網絡分組平均遞交率(PacketDeliveryRate)、端到端的平均時延、(AverageEnd-to-EndDelay)、路由協(xié)議開銷(Overhead)三個主要性能指標。

2.2.3仿真結果分析

本文對節(jié)點在不同移動速度下的通信性能進行了分析,得出了如圖1所示的仿真結果。圖2所示是節(jié)點在不同工作站數(shù)目下的通信性能。具體實驗如下：

實驗1:節(jié)點在不同速度內自由移動，測試網絡通信性能。節(jié)點速度變化分別為2,4,6,…，20m/s，規(guī)模為101，其中1個節(jié)點作為服務端，100作為工作站并發(fā)訪問同一個服務端。其仿真結果如圖1所示。其中，圖1(a)反映節(jié)點移動速度變化與數(shù)據分組平均遞交率的關系。圖1(b)反映節(jié)點移動速度變化與端到端平均時延的關系。圖1(c)反映節(jié)點移動速度變化和路由開銷關系。

實驗2:節(jié)點在不同工作站數(shù)目下的通信性能。1個節(jié)點作為為服務器，10,20,…，100。工作站節(jié)點并發(fā)訪問同一服務端。實驗結果如圖2所示。其中圖2(a)反映節(jié)點數(shù)目變化與吞吐量的關系。圖2(b)反映節(jié)點數(shù)目變化與端到端平均時延的關系。圖2(c)反映節(jié)點數(shù)目變化與路由開銷的關系。

從實驗結果可知：隨著節(jié)點移動速度以及節(jié)點數(shù)目不斷增加，網絡拓撲中鏈路變化和鏈路中斷將明顯加快，按需路由協(xié)議DSR為網絡快速適應機制，每個節(jié)點都擁有快速獲取到達新目的節(jié)點的路由能力，并且開環(huán)式操作快速收斂，可以有效避免Bellman-Ford問題，因此網絡具有較高分組平均遞交率。平均分組遞交率為節(jié)點單位時間內接收到的數(shù)據包個數(shù)與源節(jié)點單位時間內發(fā)出的數(shù)據包個數(shù)之比。平均分組遞交率越高其網絡傳輸越可靠。另外，隨著移動速度和節(jié)點數(shù)目不斷增加，節(jié)點保持著較低的端到端的平均時延和較少的網絡路由開銷。只有當移動節(jié)點快速移動或規(guī)模增加較大時，端到端的平均時延才增大明顯。平均時延包含從源節(jié)點到達目的節(jié)點的平均時延，由節(jié)點處理時延，數(shù)據發(fā)送時延，信號傳播時延以及路由選擇和排隊等待時延所構成；路由開銷是網絡性能重要指標，發(fā)送大量路由分組的協(xié)議將增大網絡擁塞的概率,并且會延遲接口隊列中數(shù)據包的發(fā)送。隨著網絡規(guī)模增大時后，路由控制開銷會和節(jié)點數(shù)目成正比增加，但由于DSR路由協(xié)議采用按需機制，因此路由開銷相對增加較少。

3結語

對物聯(lián)網和移動自組織AdHoc網絡特點對比分析,兩個網絡具有相似的網絡結構，AdHoc網絡技術可以為物聯(lián)網提供了合理的網絡環(huán)境。與此同時，合理高效的路由機制和簡單的路由算法保證著物聯(lián)網高效可靠的數(shù)據傳輸。為了論證AdHoc中的按需路由協(xié)議在物聯(lián)網通信過程中的適用性，我們采用了仿真實驗的方法模擬物聯(lián)網節(jié)點通信場景。通過實驗結果分析可知：物聯(lián)網中的節(jié)點在拓撲范圍自由移動、隨機通信，采用DSR路由協(xié)議，當節(jié)點高速移動或網絡用戶節(jié)點數(shù)增加時，網絡仍保持著較高的分組遞交率、較低的網絡遲延和路由開銷。按需路由協(xié)議DSR不僅可以適應于物聯(lián)網網絡環(huán)境，而且當物聯(lián)網中節(jié)點移動速度較快、規(guī)模較大時同樣能提供較好的網絡通信性能。

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