無線隨意網路下資料傳遞不間斷的傳遞架構
李鴻璋、劉柏秀、張震宇 淡江大學資訊管理學系 E-mail:[email protected]
摘要
無 線 隨 意 網 路 - Mobile Ad-Hoc Networks(MANETs)是由一群無固定基礎 建設的行動通訊裝置集合而成。由於沒有 固定的無線網路基礎建設，在傳遞資料上 便顯得比較困難。而隨選路由通訊協定 (On-Demand Routing Protocol）與表格驅動 路 由 通 訊 協 定 (Table-Driven Routing Protocol)是二種有效的尋找路徑方法， 其 中又以 AODV、DSR、DSDV 與 ZRP 都是 最具代表性。然而，不論是隨選路由通訊 協定或是表格驅動路由通訊協定都是專注 在如何獲得有效的路由路徑，卻忽略了當 路由失效時，重建路徑所浪費的時間與資 源。
本文提出一種以預防性的備用路由 (Backup Routing)方式，提出一種『需求驅 動 之 門 檻 路 由 架 構 』 (On-demand Threshold Routing Scheme, OTR)，希望 能改變路徑重新建立的過程，減少重建的 成本並達到傳遞不間斷的資料傳遞。模擬 與分析結果顯示，在不同模擬參數下，OTR 的效能比 AODV 提升約 47.63%、53.68%，
與 63.36%的不見斷通訊時間。
關 鍵 詞 ： 無 線 隨 意 網 路 、 On-Demand Routing Protocol、Backup Routing
一、緒論
無 線 隨 意 網 路 （ Mobile Ad Hoc
Networks, MANETs）是一種利用無線裝置 之間自組形成的無線網路環境架構，其中 每一個無線裝置都可以是單純的行動裝置 或是執行傳送或接收訊息的節點，也可以 是專門提供中繼傳播的路由裝置（routing node），負責轉送其他裝置的通訊要求。此 種 型 態 的 無 線 網 路 不 需 基 地 台 （ Base Station）、Control Center 和 Switch 等無線 網路基礎建設，可隨時的建構在任意的環 境中，也沒有特定要求的路由器，因為每 個裝置都可被配置成路由節點。任意兩節 點只要在通訊範圍內都可以直接傳遞資 料，此種網路架構抗損性較佳，容易隨意 建構且建構的費用較低，因此提供更即時 且具彈性的網路通訊能力，但其傳輸的品 質容易受到裝置的移動而影響。
圖 1. 無線隨意網路架構
因為整體網路的管理與維護是由每一 個無線裝置節點共同分擔，不需特別的管 理站台，因此可大幅的降低網路的維護成 本。這些特性使得許多的應用想建立在此 種方便的無線網路架構上。例如：戰場上
的軍事通訊用途，災難現場的緊急救援服 務，或是提供在沒有無線網路基礎建設環 境下的群組線上會議，或是資訊傳遞與資 料分享等應用。
隨意式無線區域網路，當兩個節點都 在無線訊號傳送範圍內，則可以直接連 結，若是兩個節點都在無線訊號傳送範圍 外，就需要由無線隨意式網路繞徑演算法 (Ad Hoc Network Routing Protocol)與多跳 距 (Multi-hop) 的 特 性 [8] 連 結 成 區 域 網 路。隨意式無線區域網路具有以下特徵 [19]：
1. 無中央控制的網路
在隨意式無線區域網路中，每一個節 點在區域網路內都需要扮演多種腳色，功 能均相同。節點隨時可以加入或離開網 路，若是發生故障，也不會影響整體網路 的運作。
2. 多變的拓樸結構
在隨意式無線區域網路中，節點隨時 可以用任意方式和任意速度在區域網路中 移動，因此，區域網路的拓樸可能在無法 預測的情況下，隨時在變化。
3. 多跳距繞徑
當節點要與無線訊號傳送範圍外的其 它節點連結時，就需要倚靠中間節點做多 跳距離的連結。不像在主從式網路中，節 點僅需對擷取點做單一跳距的連結。
4. 無線傳輸頻寬的限制
與有線的區域網路環境比較，無線的 區域網路在連結上更容易受到外在的雜訊 干擾、訊號衰減等影響。
5. 安全性差的網路
隨意式無線區域網路是一種特定的無 線網路，所有的訊號都以分散的方式在傳 送範圍內進行傳送，容易被竊聽、干擾或 攻擊。不過，在隨意式無線區域網路裡，
分散傳送的方式可以讓節點故障或退出時
仍能繼續保持運作。
6. 節點本身的限制
在隨意式無線區域網路中的節點多半 是以靈巧、輕便的可攜式電腦為主，如：
PDA、筆記型電腦、行動電話等。這些可攜 式電腦通常是利用電池來提供電力，在設 計系統前，必須考量節省能源損耗的問題。
一個無線隨意網路(Ad-Hoc Network) 的網路架構中，當有封包需要傳送時，需 由無線網路上的所有無線裝置共同分擔找 尋路由(routing)的工作。歸納過去被提出 的無線隨意網路路由方法，可大致區分成 表 格 驅 動 路 由 (Table-Driven Routing Protocol)和隨選路由(On-demand Routing Protocol)二大類。
在表格驅動路由通訊協定中，無線隨 意網路下所有無線裝置都需收集其它無線 裝置的所在位址以及資料傳送過來的路徑 以建立路由表(Routing Table)，並定期的更 新路由表裡的資訊以確保可以找到所要傳 遞的目標裝置。當有一無線裝置想傳送資 料時，此裝置便可以依據路由表中的資訊 來建立路由路徑(Routing Path)來傳送資 料給目標裝置。而在隨選路由通訊協定 裡，無線隨意網路下所有無線裝置不需要 定時的收集其它無線裝置的所在位址，也 不需要隨時的更新路由表，而是在有裝置 需 要 傳 送 資料 時 ，將 路由 請 求(Routing Request)的封包，以廣播方式傳給相鄰裝 置，要求幫忙尋找目標裝置，然後每個收 到此封包的無線裝置都會重複一樣的動 作，直到目標裝置收到或是找尋到目標裝 置才會停止。
表格驅動路由通訊協定(Table-Driven Routing Protocol)必須經由每個無線裝置 週期性的發出廣播路由資訊，來紀錄其它 無線裝置位址的變化，並即時了解網路的 拓樸來更新路由表，所以可以隨時取得最
新的路由資訊，但是，也因為每一個無線 裝置都會發送週期性的廣播路由封包，當 無線網路環境裡存在的無線裝置越來越多 時，週期性的廣播封包會帶來相當嚴重的 頻寬浪費，產生許多無用的封包傳遞。所 以表格驅動路由通訊協定的方法比較不適 用於大型的無線隨意網路中，典型的路由 協 定 如 ： Destination-Sequence Distance-Vector Routing （ DSDV ）、
Clusterhead Gateway Switch Routing
（CGSR）等。
隨 選 路 由 通 訊 協 定 (On-demand Routing Protocol)則是只有當一無線裝置 想要傳送資料並發出通訊請求時，才會透 過無線裝置間的幫忙找出一條或是多條可 以連結來源端與目的端二點的傳遞路徑並 開始傳遞資料。傳遞結束後，此路由資訊 也不會再被紀錄儲存，更不會被維護。也 因此只有在通訊請求發出時才會找尋路 由，其它的無線裝置也是在收到路由請求 時發出廣播路由資訊封包，因此對於頻寬 的節省有一定的程度，並且裝置間也因為 只有在傳遞資料時才需維護路由資訊而縮 小裝置的負擔，並延長了路徑可建立的範 圍。但是因為是在有需求後才開始建立尋 找路由路徑的程序，所以在取得路由的時 間上會有較長的延遲，無法像表格驅動路 由通訊協定一樣馬上可以得知路由資訊。
典型的路由協定如：Ad-hoc On-Demand Distance Vector Routing（AODV）、Dynamic Source Routing（DSR）。因為在無線隨意 網路上，頻寬是一項受到限制的資源而且 無線裝置通常比較無法負荷過多的運算與 紀錄，所以隨選路由通訊協定的方式將會 比表格驅動路由協定的方法更適用於無線 隨意網路環境中。
大多數的路由通訊協定都是在找尋一 種節省路徑建立成本、具有效率、快速找
尋的路由通訊協定，而表格驅動路由通訊 協定可以算是最有效率的路由通訊協定，
但是卻付出高成本來維持高效率，但是隨 選路由通訊協定則是最能節省成本的路由 通訊協定，但是卻需要浪費一點時間在一 開始找尋路徑的階段。但是隨選路由通訊 協定還是比較適用於各式的無線隨意網路 環境。
隨選路由通訊協定中最具代表性二個 的路由找尋方法：AODV 與 DSR，二者都 保有隨選路由的特性---在有需要通訊時 才引發路徑的找尋，比較不同的是 DSR 是 將所有的路由資訊建立在傳送的封包標頭 (Packet Header)的部份，每一個資料封包都 需要夾帶傳送時所需要完整路由資訊，但 也因此如果傳遞路徑很長的話會造成封包 的標頭過大，且每個封包都會夾帶此路由 資訊而造成傳遞上的負擔且傳遞過程會使 用較多的頻寬。所以 DSR 較適合使用於少 數無線裝置所形成的無線隨意網路環境。
不過 DSR 在路徑維護時是不需要發送任 何封包來維護路由資訊，而且可以藉由路 由快取(Routing cache)來提供多重路徑，可 以省下重複找尋路徑的時間。AODV 則是 在每個無線裝置裡紀錄完整路由的資訊，
而傳送的封包只需含有目標裝置的位址即 可，可以縮小傳送封包的大小以及所需要 的儲存記憶空間。但是只要中間有任一裝 置發生問題(離開或是忙碌而導致無法幫 忙傳送資料)，將需重新建立新的路由路 徑，而重新建立新的路徑所產生的頻寬與 延遲時間，都將是 AODV 額外增加的成本。
在 On-demand routing protocol 中，如 果 發 生 斷 訊 時 ， 就 會 引 發 路 由 找 尋 (Routing Search)的機制，但這往往是發生 在斷訊之後才引發，一來需要從來源端 (source)重新找尋路由路徑，浪費過多的封 包傳遞，二來只能被動的等到斷訊後才開
始找尋新的路由路徑，而在斷訊後也必須 等到新的路由路徑找尋完成後，再繼續傳 遞先前未完成的部分，等候的時間也是一 種成本。所以我們希望能在發生斷訊前先 轉換到另一穩定的路由路徑來避免斷訊，
希望能達到傳遞不間斷直到傳遞完成的理 想目標。
本論文研究的目的是希望採用備用路 由的觀念，在無線裝置間傳遞資料的同 時，如果發現下一節點有遠離或是忙碌 (Busy)的情形就先找尋一條備用且穩定的 路由路徑，如果等待的時間超過設定的門 檻值，這就表示下一節點可能因遠離或是 忙碌或其它因素導致此節點不穩定，那我 們馬上將資料傳遞的路徑轉換成另一穩定 的路由路徑，以避免傳遞中斷並順利完成 資料的傳遞。
本篇論文的內容章節如下：第一章為 研究動機目的和架構。第二章詳細介紹有 關 Ad-Hoc Networks 下路由找尋(Routing Searching)的方法及常見運用之技術的比 較。第三章是為我們所提出的 OTR 的整體 運作方法，並詳細說明演算法與相關的處 理流程。第四章是針對所提出的方法進行 模擬分析和結果。第五章為論文的結論與 未來的研究方向。
二、文獻探討
在 Ad-Hoc Networks 環境下建立路由 路徑的方法約有兩類，一種是表格驅動路 由通訊協定，一種是隨選路由通訊協定。
隨選路由的建立都是開始於某一來源端想 與另一終端裝置通訊，於是有了通訊請 求，便開始尋找路由路徑，開始路由尋找 的階段，直到一條或是多條可達目標裝置 的路由資訊被找到才算完成路由尋找的階 段，而在路徑維護的階段，隨選路由通訊
協定會維護路由的資訊直到通訊結束或是 通訊中斷為止，可以節省不必要的封包傳 遞，降低成本。
2.1. Ad-hoc On-Demand Distance Vector Routing（AODV）
AODV 與其它的 on-demand protocols 有著一樣的特性，就是需要路由時才會尋 路由，並且在通訊完成後結束一切路由的 維護，比較不同的是路由維護的地方。在 AODV 裡，每個無線裝置都需維護一個類似 傳統路由表，一條一條的路徑。而每個裝 置也清楚的知道封包下一步該傳給哪個裝 置，並使用 sequence number 來辦別此路由 資訊是否為最新的路由資訊。此外，每個 無線裝置也紀錄相鄰裝置的位址。
AODV 大致分為兩大部分：Routing Discovery( 路 由 探 索 ) 與 Routing Maintenance(路由維護)。AODV 是藉由傳 遞廣播路由封包來達到路由探索。來源端 發出路由請求(Routing Request, RREQ)封 包給相鄰裝置，當相鄰裝置收到 RREQ 封 包時，會檢查目標裝置是否是自己，如果 不是，則在自己維護的路由表中建立一個 反向路徑（Reverse path）的紀錄，指向上 游裝置 - 也就是發送這個路由請求封包 的裝置，再繼續幫忙廣播此封包，直到目 標裝置收到此 RREQ 封包後才停止。而在 RREQ 封包方面，RREQ 封包並不會紀錄 到達過的裝置位址，而是只會紀錄到達過 幾個裝置，也就是紀錄所謂的 hop 數。
當目標裝置收到 RREQ 封包時，便會 發送路由回覆(Routing Reply, RREP)封包 回來源端，而傳送的方法是利用反向路徑 紀錄所建立的路徑，而 RREP 封包包含整 段路徑的 hop 數以及目的端的 sequence number。當 RREP 封包回傳時，中間幫忙 傳遞的無線裝置便會在自己維護的路由表 中建立 forward path(正向路徑)並紀錄目
的端的 sequence number，此正向路徑即是 來源節點所需要的路由路徑，其方向會剛 好與反向路徑相反。其他不在正向路徑上 的節點，如果因為先前也收到路由請求封 包而建立了反向路徑，則會因為在設定的 等待時間內未收到路由回覆封包而被節點 清除。當來源節點收到目的節點所發送的 路由回覆封包後，便完成了路由建立程 序。另外，因為來源節點與目的節點間可 能存在多條路由路徑，AODV 在路由請求 封包中設置一個節點計數（hop count）欄 位，此欄位值會隨傳送次數遞增，最後路 由回覆封包會將此數值回傳給來源節點，
當來源節點陸續收到由不同路徑傳回的路 由回覆封包時，除了可儘快使用第一個回 覆的路由路徑先行傳送資料外，後續也可 藉由其它路由回覆封包上的節點計數值決 定是否更新路由路徑。
而 AODV 在 路 由 維 護 (Routing maintenance)的部分是經由發送週期性的 廣播 Hello message 給相鄰裝置來偵測此 一連結是否失效，或是藉由使用資料鏈結 層 的 確 認 訊 息 （ Data Link Layer Acknowledgement）來偵測下一節點是否 失效。在資料傳遞的過程中，當某一裝置 未收到上述方法的確認訊息時，就表示下 一節點可能失效而導致整體路由失效。此 時就會由該裝置發出一個「未經請求的路 由 回 覆 封 包 (an unsolicited routing reply packet」告知路徑中的所有裝置以及來源 端此傳遞路徑已經失效，請將此失效路由 從路由表中刪除，並由來源端來決定是否 要重新發出路由請求封包來建立新的路 由。
2.2. Dynamic Source Routing（DSR）
DSR 是一種以 Source routing 的概念 而衍生出來的一種路由通訊協定，每一個
無 線 裝 置 都 需 要 維 護 一 個 路 由 快 取 (Routing cache)，路由快取中存放著所有的 路由資訊並且一直的在更新路由資訊，當 Source 端發出通訊請求時，會先查詢自己 的路由快取中是否有可以到達目標裝置的 有效路徑資訊，如果有，則可以直接使用；
若沒有，則藉由廣播路由封包來找尋可以 到達的有效路徑。而在傳遞資料時，資料 封包的封包標頭（packet header）裡會帶 有傳遞此封包所需要的完整路由資訊，作 為中途幫忙傳遞的各路由節點轉送此封包 的參考。
DSR 的路由演算法與 AODV 相同都 分成二個主要階段：Routing Discovery(路 由探索)與 Routing Maintenance(路由維 護)。在路由探索的階段裡，來源端會發出 建 立 路 由 的 請 求 封 包 (Routing Request, RREQ)，來源端將自己的位址放入路由請 求 封 包 的 資 由 資 訊 中 ， 並 以 廣 播 遞 送 (Propagation)的方式傳遞出去。當其它無 線裝置收到此路由請求封包時，會先檢查 自己是否就是目標裝置，或是自己是否知 道到達目標裝置的路徑。如果自身不是目 標裝置也知道到達目標裝置的路徑，則把 自己的位址加入路由請求封包裡，並再廣 播遞送出去。為了限制不斷的廣播傳遞路 由請求封包，無線裝置只會在沒有收過此 路由請求封包的情形下才會做廣播傳遞的 動作，如果這個路由請求封包已收過 – 自己的位址已經在封包資訊裡，那就不會 再廣播傳遞此路由請求封包。
路由請求封包的傳遞會一直到封包抵 達目標裝置後才會停止，此時路由請求封 包裡已經包含傳送路徑中所經過節點位 址，也就是已經形成一條有效的傳遞路徑 可以確保來源端可以傳遞資料到目標裝置 路由路徑，目標裝置再將此路由資訊以路 由回覆（route reply）封包的方式回傳來源
端，而完成了路由搜尋的程序
另一個獲取路由的方式是收到路由請 求封包的無線裝置透過檢查自己的路由快 取有存在可到達目的節點的有效路由資訊 時，則此中途節點取出路由請求封包中的 路由資訊加入自己的路由快取的路由資 訊，而組成一完整路由路徑後再發送路由 回覆封包回傳給來源端。由於來源端與目 標裝置之間的有效路由路徑可能存在不只 一條，來源端可能收到一條以上的路由路 徑時，透過路徑成本的比較，選擇經過 hop 數最少的一條路由路徑當作傳遞的路徑。
DSR 的 路 由 維 護 (Routing maintenance)階段主要在維持通訊過程中 路由的有效性。DSR 主要是使用資料鏈結 層（data link layer）中節點對節點間的確 認回應訊息以及錯誤封包(Error packet)來 作為偵測封包傳遞是否錯誤的方式。當中 繼轉傳裝置傳送資料封包之後沒有收到正 確的回應確認訊息時，即表示資料傳遞發 生問題，並由發現問題的裝置向 source 端 通知傳遞路由錯誤（route error）封包來通 知 source 端。此外，DSR 也提出利用被 動式確認（passive acknowledgement）的方 法作為取代需另外發送的節點對節點確認 訊息。如果每一個無線網路上的節點都可 支 援 “ 不 加 區 分 ” 的 接 收 模 式
（promiscuous mode）時，則可利用監聽 下一個節點的封包傳送訊息作為確認之 用，如此便可取代需另外發送的點對點確 認訊息，減少確認封包的發送。而當來源 節點收到路由錯誤封包時，由來源節點決 定是否重新啟動路由搜尋程序，以建立新 的路由路徑。
2.3. AODV 與 DSR 之比較
AODV 與 DSR 都屬於隨選路由通訊 協定的方式，二者的架構也大致區分為路 由探索及路由維護二大階段。在路由探索
階段，二者都是由 source 端發出路由請求 封包來找尋目標裝置，並透過廣播傳遞的 方式傳遞路由請求封包，直到路由請求封 包到達目標裝置後才停止傳遞。而不同的 地方在於 AODV 則是透過路由請求封包 和路由回覆封包在傳送過程中經過的所有 節點建立的正向與反向路徑，並組合成可 由來源端到達目裝置的連結而形成有效的 路由路徑，並只有一條有效路徑；而 DSR 的路由取得方式，是透過路由請求封包在 傳送過程中記錄下所有經過的節點位址，
最後目標裝置再將這些節點位址經由路由 回覆封包傳回給來源節點或是由中繼裝置 直接從路由快取裡查詢到可傳達至目標裝 置的路徑。因此在無線隨意網路環境中，
路由請求封包與路由回覆封包的最大傳送 距離會相當於此無線隨意網路範圍的直徑 距離。
AODV 與 DSR 在路由維護階段都是 當無線裝置發現路由失效後，無線裝置會 發出一個 Error message 回傳至來源端，再 由來源端依照通訊需求決定是否要重新找 尋一條新的路由路徑。因此，路由失效後 的重建成本，相當於一開始路由建立的成 本。
而在 Ad-Hoc Networks 的環境下，
On-demand routing protocols 的方法因為不 用 發 送 週 期 性 的 路 由 廣 播 封 包 來 維 護 Routing Table，所以在資源使用上效益較 高，也比較不會造成無謂的封包傳送、浪 費資源。但是，一般路由通訊方式都沒有 對於傳遞間斷做處理，如果有中間節點離 開或忙碌時，就是等待，等到中斷或是發 現問題後再重新回傳 Error message 給來源 端後再做路由找尋的動作，然後再回復傳 遞，這樣一來在傳遞資料上就不是那麼的 有效率，甚至在傳送重要且即時的資料 時，如果發生中斷需要等待回傳到來源
端，然後再等來源端重新找尋路由路徑，
然後再回復資料的傳遞，這樣的效率是無 法接受的。
三、『需求驅動之門檻路由架構』
本論文所提出的架構是希望能用較小 的路由維護成本來延續資料的完整傳遞不 間斷。參考過去所提出的路由方法，我們 可以得知過去所提出的路由方法都比較注 意在如何找尋有效路由，而當路由失效 時，AODV與DSR的重建路由成本都相當 於一開始的路由建立成本。所以我們提出 一 種 『 需 求 驅 動 之 門 檻 路 由 架 構 』 (On-demand Threshold Routing Scheme, OTR)，希望能改變路徑重新建立的過程，
減少重建的成本並達到傳遞不間斷的資料 傳遞。
3.1. 路由探索階段
因為在Ad-Hoc networks的環境下，裝 置是可隨意的移動。如果兩個裝置可以直 接的通訊，我們稱這兩個裝置處在「one hop distance」，也就是彼此處在通訊範圍 內。在某一host N1 有需求要傳送資料給 某一host N6 時，如果二者不在one-hop distance時，就需要透過中介節點裝置幫忙 傳遞，此時就會有Routing的動作。
以下章節對於本論文所提出的傳遞不 間斷的架構區分為幾個部分：路由建立階 段、傳遞資料階段及尋找備用路徑、改變 路徑等。
Source一開始先發出RREQ的訊息，請 求找尋可到達目標裝置的路徑，並以廣播 傳遞方法傳送到相鄰裝置，相鄰裝置收到 後，會查看RREQ裡的目標裝置是否是自 己，若不是則建立與傳此封包的裝置做一 連結指標，然後再幫忙廣播傳遞出去。直 到目標裝置收到，如圖 2.所示：
圖 2. OTR.路徑尋找 3.2 資料傳遞階段
當路由探索階段完成後，資料便可依 照路由路徑開始傳遞。然而，在無線隨意 網路下，每個無線裝置都會隨意的移動，
所以無法保證一開始所找到的路由路徑可 以穩定地持續到資料傳遞結束。
在此，我們先來了解每種資料都會有 自己所能忍受的延遲時間，我們以語音封 包來做例子，如表1 所示：
表 1. 語音容許值[1]
Delay(ms) Tolerance
Less than 150 Good interactivity
150-400 User can notice some loss of interactivity
Over 400 Loss of interactivity
因此，無線隨意網路環境下，每個無 線裝置都紀錄著二個門檻值：W*(Warning) 與C*(Change) values，此二數代表資料型 態能容忍的延遲時間門檻值，W*表示此延 遲時間可能會造成使用者有點感覺延遲，
而C*則代表已經到達無法忍受的延遲時 間。此兩變數是可以隨著使用者或是資料 型態來做改變。如果資料型態是語音資 料，則Tolerance就會非常的小。以語音資 料為例：W*值可設在300ms，而C*值則設 在380ms，若二個封包的間隔時間超過
300ms，則可開始做路由探索的工作，而 當二個封包間隔的時間超過380ms時，則 將改變路由路徑。
當傳遞資料時，裝置間可以得知封包 與封包間的間隔時間，如同圖 3.所示，N1 要傳送資料給 N6，如果 N3 偵測到傳送給 N4 的 Pactketi 與 Pactketi+1 的間隔時間 超過 W*時，N3 便傳遞一 Warning message 給 N2，請 N2 調節傳遞給 N3 封包的速 度，而 N3 便開始找尋另一 Routing Path。
由 N3 當 Source 端發出 RREQ，而目標裝 置不變。找到另一路由路徑後，如果有封 包的間隔時間超過 C*值時，N3 便將封包 傳往另一新找的並且穩定的路由路徑，然 後再傳遞通知封包給 N2 路由的變化，並 請 N2 告知 N1。
圖 3. 路由重建
每 個 結 點 都 可 能 收 到 Warning Message或是發出Warning Message，在判 斷上我們依照表 2. 來做判別：
表 2. 節點之狀況與動作
狀況 動作
Just Send Occur Back routing process
Just Receive Do nothing
Send and Receive Do nothing
No Send or Receive Do nothing
四、模擬與分析
本論文所提出的『需求驅動之門檻路
由架構』, OTR是希望藉由找尋備用路由路 徑來改善無線隨意網路上路由失效時所帶 來的延遲時間，希望能降低延遲的時間甚 至不會有延遲。從路徑重建的成本來看，
OTR縮短了當路由失效時，路由重建的距 離。例如圖 4.：當N4處於忙碌的情況下，
封包處理速度較慢而導致延遲時間超過 W*時，N3便開始找尋其它穩定的路徑，
當延遲時間超過C*值時，就改變原本的路 由路徑接上新的路由路徑。
圖 4. 較短的重建路徑.
我們在1000公尺*1000公尺的範圍內 分別隨意的放置50、80與100個無線裝置，
因為無線裝置是隨意放入的，所以會出現 有一部分的裝置集中處於某一區域。而 one-hop distance 也就是通訊範圍上我們 也以50公尺，100公尺以及150公尺的變化 來觀查效能上的變化差異，裝置每秒傳遞 2Mbit/s，總共傳遞200秒，裝置每秒移動2 公尺，並在隨意移動。我們試著觀查是否 能延遲不間斷的傳遞時間，紀錄中間時的 時間，當傳遞一出現中斷，我們就停止。
表 3. 模擬參考一覽表 參數型態 參數數值
模擬時間 200 秒
模擬範圍 1000 公尺*1000 公尺 裝置總數 50、80 與 100 個 移動方向 不定方向隨意移動
通訊範圍 50、100 與 150 公尺 傳遞速率 2Mbit/s
我們先在 1000 公尺*1000 公尺的區域 範圍內放置 50 個裝置，測量不同的通訊範 圍所得到的數據如下：
50 Nodes In 1000 * 1000Meters
19.86
56.68
100.68
36.88
61.63 29.32
0 40 80 120 160 200
50Meters 100Meters 150Meters Continued-
Transmission Time
AODV OTR
圖 5. 50 節點 In 1000*1000 Meters 我們把裝置數提升至 80 個，範圍仍是 1000 * 1000 公尺：
80 Nodes In 1000 * 1000 Meters
21.22
68.88
122.89
61.88 37.66
34.68 0
40 80 120 160 200
50Meters 100Meters 150Meters Continued-
Transmission Time
AODV OTR
圖 6. 80 節點 In 1000*1000 Meters.
最後是在同一範圍內放置 100 個裝 置：
100 Nodes In 1000 * 1000 Meters
38.88
78.68
135.63
62.02 37.86
20.68 0 40 80 120 160 200
50Meters 100Meters 150Meters Continued-
Transmission Time
AODV OTR
圖 7. 100 節點 In 10000*1000 Meters.
從實驗數據我們可以得知，在同樣的 無線隨意網路範圍內放置不同數量的無線 裝置的情形下，通訊範圍的長短會影響 AODV 的效能(這裡的效能指的是延長傳 遞不間斷的時間)，也會影響 OTR 的效 能。在 50 裝置的環境下通訊範圍都是 50 公尺時，OTR 的效能比 AODV 提升約 47.63%，通訊範圍延伸至 100 公尺時，OTR 的效能更是比 AODV 提升約 53.68%，而 在通訊範圍 150 公尺時，則是提升了約 63.36%的不間斷通訊時間。
接下來我們觀察在同樣無線隨意網路 範圍裡，同樣的通訊範圍，比較一下放置 不同的無線裝置對效能的影響變化：
圖 8. 通訊範圍為 50 公尺之比較 在通訊範圍為 50 公尺的情況下，我們 觀查得知裝置總數的增加，對於 AODV 的 影響不太，也就是說裝置數的增加對於 AODV 的效能並沒有太大的增加；但對於 OTR 則是有所影響的，而且裝置數的增加 也可以增強 OTR 的效能。接下來我們也觀 察了同樣在 100 公尺的通訊範圍下以及 150 公尺通訊範圍下的變化：
圖 9.與圖 10.是通訊範圍為 100 公尺 與 150 公尺的實驗數據。
Communication Distance is 50 Meters
29.32 34.68 38.88
20.68 21.22
19.86 0 40 80 120 160 200
50Nodes 80Nodes 100Nodes Continued-
Transmission Time
AODV OTR
Communication Distance is 100 Meters
56.68 68.88 78.68
37.68 37.66
36.88 0 40 80 120 160 200
50Nodes 80Nodes 100Nodes Continued-
Transmission Time
AODV OTR
圖 9. 通訊範圍為 100 公尺之比較
Communication Distance is 150 Meters
100.68
122.89 135.63 62.02 61.88
61.63
0 40 80 120 160 200
50Nodes 80Nodes 100Nodes
Continued- Transmission
Time
AODV OTR
圖 10. 通訊範圍為 150 公尺之比較 從實驗中我們可以得知：當無線裝置 的通訊範圍相同時，在同樣區域內放置越 來越多無線裝置對於 OTR 的效能是有所 提升的。OTR 在通訊範圍同樣是 100 公尺 的情形下，放入 80 個裝置比放入 50 個裝 置時的效能提升約 21.52%。對於 AODV 而言，裝置數的增加似乎無法延長 AODV 的不間斷傳遞時間。而在通訊範圍是 100 公尺、區域裡的裝置數達 100 個時，OTR 的效能甚至比 AODV 提高了 118.68%。這 也就顯示不管裝置數或是通訊範圍的增加 對於 OTR 都是有益的。
五、結論
本 論 文 所 提 出 的 不 間 斷 傳 遞 架 構
「OTR」是使用一種預做的方法來推測下 一個節點是否可能即將失效。並在失效節 點發生失效前，我們預先找好備用的路由 路徑，等待失效節點可能將會失效前，轉
帶來的龐大重建成本以及浪費的延遲等待 時間。
On-demand routing protocol 在效能上 會 比 Table-driven routing protocol 來 的 好，因為 On-demand 的路由通訊方式不是 一直維護路由，只有在需要使用時才維 護，這樣所付出的成本也比較小，裝置間 的負擔也會比較小。而 OTR 也是一種 On-demand 的路由通訊協定，裝置間負擔 路徑維護的工作只有在需要路由時才會有 所負擔，而備用路由的路由表也是只有偵 測到問題時才會建立，所付出的成本比較 小。而在重建路徑上，由於是由偵測到問 題的裝置來開始重建，所以重建路由上的 成本也比較小。
而 OTR 最主要是希望可以達到完整 的傳遞資料，延長傳遞時間避免中斷時所 帶來的延遲等待，而在模擬結果可以發現 OTR 確實可以延長傳遞不中斷的時間，避 免遇到路由失效。通訊範圍 100 公尺時，
50 裝置的情形下 OTR 的效能比 AODV 提 升約 63.68%，通訊範圍延伸至 100 公尺 時，OTR 的效能更是比 AODV 提升約 82.89%，而在通訊範圍 150 公尺時，更是 提升了約 108.81%的不見斷通訊時間。並 且觀察得知不論是裝置數的增加或是通訊 範圍的延長都有益於 OTR 的架構。
在 OTR 裡，當裝置發現下一節點可能 會失效時所做的尋找備用路徑的階段會帶 來較大的 overhead，並且如果遇到裝置一 直處於 Warning 狀態時，雖然備用路徑已 找尋完成，但是裝置後來又回復到一般的 狀態，這樣這條備用路徑就會是無用的路 徑，而找尋此路徑所支付的成本就會變成 無效的、浪費的封包傳遞。增加網路架構 上的 overhead。
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