1 研究背景
无线自组织网络[1]不仅能利用移动终端之间的自组织功能，灵活自组织构建成网状架构，消除网络传输瓶颈，而且能使用路由协议根据网络状态灵活选择单播、组播和广播路由方式。然而，无线网络固有的链路鲁棒性差、报文传输可靠性低的难题制约了自组织网络的组播应用。因此，研究无线自组织网络中的组播路由协议具有非常重要的作用。
2 组播理论研究
本文首先对典型的组播路由协议包括基于洪泛FLOOD、基于树型的MAODV及基于网状结构的ODMRP和PUMA进行理论分析与比较。1） PUMA和FLOOD都使用洪泛技术。PUMA先单跳广播，到达组播组后组内洪泛数据；FLOOD仅是简单全网洪泛数据。因此，FLOOD虽不需要控制报文，但在稀疏网络或者发送节点增多的情况下，网络中数据报文成几何倍数递增，导致大量延迟和报文丢失。因此，理论认为PUMA性能优于FLOOD。2） PUMA和MAODV都是面向接收者的组播协议。PUMA是基于网状结构的，接收节点存在冗余路径。而MAODV是基于树型的，接收节点和发送节点仅存在单条链路。当组播树枝因故障而断开时，会因链路断开出现报文丢失，而后链路修复的控制报文可能与网络中报文发生碰撞，使得网络传输环境恶化。因此，理论认为PUMA性能优于MAODV。3） PUMA和ODMRP都是基于网状的组播协议。ODMRP是面向发送节点的，发送节点增多的情况下，控制报文数量急剧增加。因此，理论认为PUMA性能优于ODMRP。
3 仿真性能分析
由于自组织网络拓扑结构的动态性，理论上建立和维持一个有效的组播分布结构很可能是无效的。为此，该文为FLOOD、MAODV、ODMRP与PUMA搭建NS-2仿真环境进行性能对比。在1000*1000的无线环境中，1个组播组，起始时刻接收节点加入组播组中，30秒开始发送CBR，900秒结束，每秒发送2个CBR，CBR长度为256kbytes，仿真时长为910秒。节点移动速度为2米/秒。发送者数分别为1、2、5、10，组播成员数分别为5、10、20、30、40。
本文选择比较四种协议在30个接收节点，不同数量发送节点的报文投递率和端到端延迟的比较；5个发送节点，不同数量发送节点的报文投递率和端到端延迟的比较。仿真结果显示：
当接收节点固定，发送节点少于5个的情况下，FLOOD报文投递率与PUMA几乎持平，略优于ODMRP；但是发送节点数量超过5个后，FLOOD报文投递率要比PUMA和ODMRP低10%左右。这是网络中FLOOD广播数据报文骤然增多，数据链路报文碰撞概率增大，必然影响到数据报文传输的投递率。当发送节点固定5个，而接收节点增多的情况下，FLOOD性能低于PUMA，但略高于ODMRP。这是因为ODMRP接收节点增多而新增网状结构，冗余链路增多，控制报文数量增多，导致数据报文投递率下降。而PUMA使用核心节点管理组播组，接收节点增加仅扩充网状结构，而网络中控制报文数量增加有限，故报文传递率较高。因此，在发送节点数量适中且接收节点数量较多的场景中，PUMA协议报文投递率高于其它三种路由协议。
在发送节点少的情况下，FLOOD网络延迟略低于PUMA和ODMRP。但随着发送节点的增多，网内洪泛报文数量猛增，网络延迟增大，发送节点增至10个时其网络延迟最大超过2秒。ODMRP和PUMA延迟均超过1s，且ODMRP略优于PUMA。这是因为发送节点的增多，它们维护网状结构的控制报文增多，故此时端到端延迟都很高。而且PUMA采用周期性广播方式维护组播结构，这导致网络修复过程中将额外新增延迟。接收节点增加对PUMA、ODMRP和FLOOD延迟影响不大。接收节点少的情况下，ODMRP延迟少于0.01s，略优于PUMA。随着接收节点增多，在40个接收节点的情况下，ODMRP延迟与PUMA之间差距很小。因此，在发送节点较少、节点移动速度较慢的场景中，ODMRP端到端延迟略优于PUMA，而PUMA端到端延迟则比MAODV和FLOOD要低很多。
4 结束语
本文从理论研究和实验仿真两层面研究了具有代表性的四种组播路由协议，仿真结果表明，在网络规模适中、拓扑变化不频繁的场景中PUMA性能优于其他协议，这为进一步研究可靠组播传输机制奠定基础。
参考文献：
