链接有效期为UWSNs Time-Aware路由协议

文摘

我们提出一个链接过期time-aware UWSNs路由协议。在这个协议中,发送节点转发数据包后确保到达的包转发节点,并返回确认收到数据包后,发送节点。处理节点移动性协议通过链接过期时间的计算和基于链接过期时间发送数据包。尽管协议使用两种类型的控制包,它提供了减少能源消耗,同时提供更好的数据包到达目的地,因为使用的可靠性确认包。节点的转发决定运用贝叶斯定理的不确定性。我们使用深度、残余能量和距离转发节点发送节点在贝叶斯定理作为证据。在这个协议中,我们使用专家系统的概念排名可能真正的假说。广泛的模拟执行支持拟议的协议更好的性能。

1。介绍

关于地球的百分之七被水覆盖。这个巨大的面积不断探索,以发现隐藏的知识和未知的资源。研究水下正在完成为目的的多种应用程序如海洋取样网络、环境监测、海底探险,防灾,我侦察1- - - - - -3]。水下传感器网络出现的新维度,帮助调查绝大面积水和表面提供了重要信息。水下传感器网络的必要的部分之一是成熟已经存在的路由协议和修改UWSNs的路由协议。为了发展UWSNs路由协议,一些问题与传感器网络必须考虑。UWSNs不得不面对一些挑战,如节点移动性,电池有限,有限的带宽,和多路径的噪音。在UWSNs,节点移动3 - 6公里/小时的速度(4因为水的电流。所以,不可能进步路由协议工作与整个拓扑。此外,水下传感器节点不能充电或改变因为恶劣的水下环境。水下传感器节点使用一个声学调制解调器的传播速度是1500米/秒(5互相传输数据。我们提出的路由协议是由多年来在有限的电池和有限的带宽。我们提出的路由协议提供更短的端到端延迟和躲避控制分组指导数据包的目的地完全储备了大量的总能量。信息的控制包包含数据包。

本文的其余部分组织如下。我们描述相关的部分工作2。我们提出了UWSNs链接过期时间意识到路由协议提出了部分3节中,并给出了仿真结果4。最后,我们总结论文部分5以及未来的研究方向。

2。相关的工作

任何网络的主要话题之一是路由和路由协议被视为一种控诉的确定和保护线路。大部分研究工作属于水下传感器网络的物理层的相关问题。另一方面,路由技术是一个相对较新的领域的网络层UWSNs。因此,提供一个高效的路由算法成为一个重要的任务。尽管水声网络继续研究几十年来,水下网络和路由协议的研究仍处于婴儿阶段。我们学习了一些路由协议来塑造自己的路由协议。

基于矢量的转发(VBF) [5)引导数据包从源到目的地。数据包转发只有那些范围内的传感器节点的向量。VBF的转发过程被认为是一个路由管道(虚拟管)源和目的地之间的节点。网络的能量保存,因为只有遇到转发路径的节点参与包路由。它提供了小数据交货率在稀疏的网络。此外,交货率降低节点移动和敏感路由时管道的半径。高密集网络中通信时间是必要的,和多个节点作为中继节点。

减少高通信时间和处理节点移动性,VBF路由协议已修改,提出了一个敌手VBF (HH-VBF) [6路由协议。这个协议形式路由管敌手的方式显著提高包交货率。它不使用一个虚拟管,每一个节点转发数据包根据其当前位置。当一个节点接收到数据包时,它首先把包一段时间。每个节点在附近可能会听到同样的包很多次了。每个节点的串音的重复的包传输控制转发包允许在HH-VBF路由协议。在稀疏的网络,HH-VBF可以发现一个数据传递路径,只要存在一个网络中。它也存在一些缺点,如长传播延迟,高能源成本在密集网络中,节点移动性不够高效。

在基于路由目标位置预测(7),一个节点知道自己的位置和预测目标节点的位置的精确知识目标的位置在哪里放松。发送方决定了它的使用信息从候选节点接收到下一跳。它消除了有多个节点作为中继节点的问题。它不需要重播请求发送(RTS)每次都不能找到一个候选节点传输范围内。SBR-DLP,节点速度导致断开连接,它给在稀疏网络和相对较低的PDR相对较高的能源消耗在密集网络最好执行但所有节点移动时更好的包交货率。

分布式水下集群方案(duc) (8]是一种自适应自组织协议形成集群。认为总有数据发送到水槽的水下传感器节点和功率控制可以用来调整其传输功率。它试图适应水下环境的内在属性和使用不断调整时间提前结合保护时间值最小化数据丢失和保持沟通质量。本地集群节点组织成。选择一个节点作为簇头为每个集群。所有数据来自noncluster头节点是集群头通过单跳传输。簇首节点和接收到的数据传输到水槽(通过其他集群头)的继电器使用多次反射路由。duc包含随机旋转中簇头的传感器,以避免消耗电池的水下传感器网络。网络中的节点数量减少,出现轻微的减少数量的数据消息包交货率。

多路径路由(9)节能网络和克服长期传播延迟和不良链接条件。这取决于选择的路线,有一种强烈的争用的可能性发生在节点在不同的路线,但彼此接近。当地的水槽连接被认为是通过高速链接,连接到一个浮标表面上配备射频通信链路或海底高速光纤。水下网络的最终目标是确保数据交付给一个或多个这些共同形成一个虚拟的地方下沉下沉。建立连接通过线或光纤。备份路由是由部署冗余节点。由于冗余节点之间发生争论。

在H2-DAB [10],水槽节点广播数据包,你好,传感器节点接收到数据包被赋予一个跳ID通过递增跳ID你好包存在的水槽节点。packet-receiving节点广播你好包更新后的跳ID收到你好包。通过这种方式,传感器节点被分配一个惟一的地址从水槽节点到源节点。数据包转发到汇聚节点时,它将搜索最小跳的传感器节点ID。转发数据包,该协议只利用跳数这不是一个好的指示器将数据包转发因为UWSN是一个能源网络。它并不能保证网络生存时间,因为相同的节点可以选择一次又一次传输数据包。此外,在这个协议,查询请求和查询应答数据包被利用时的数据包的转发,这是昂贵的延迟和能量。

地路由(DBR)协议(11)是一个水下传感器网络路由协议基于每个传感器的深度信息。在这种路由协议,完成维传感器节点的位置信息是必需的,并且它可以管理一个动态网络。DBR的数据包,它决定了接近目的地,转发节点的深度越小,收到一个包,它的深度检索前一跳之间的比较和接收节点的深度对合格候选人转发数据包。DBR具有良好的能源效率但与其说密集网络性能良好,具有显著的端到端延迟和高能源消费总量。

所有这些讨论了UWSNs的路由协议是有效的和有效的以自己的方式。在这篇文章中,我们已经开发出一种路由协议克服的缺点,基于矢量路由协议(11]。DBR的转发节点只需要数据包转发的决定基于深度使更多的转发节点向前兼容包,因为相同节点的深度。我们介绍一种新的方法通过考虑贝叶斯定理来评估目标节点。在我们的转发技术,使用深度、残余能量,转发节点发送节点之间的距离作为证据。我们计算处理节点的链接过期时间两个节点之间的流动。

3所示。过期时间的联系了解路由协议

在本节中,我们提出我们的链接过期时间意识到(欢喜)路由协议的细节。multiple-sink水下传感器网络体系结构已应用于提出的路由协议。在本节中,我们已经讨论了关于网络体系结构、协议概述和协议设计。最后,我们提出了路由协议的算法。

3.1。网络体系结构

指出在此之前multiple-sink水下传感器网络体系结构(12]提出的路由协议,可以使用链接过期时间意识到(欢喜)路由协议。像DBR (11),它还需要multiple-sink水下传感器网络体系结构的优势。这类网络的一个例子是显示在图1。multiple-sink网络,水面节点被称为水槽节点配备现代能够捕获的无线电频率和声学信号。只发送和接收声信号的节点部署在水下环境。水下传感器节点与声学调制解调器被放置在感兴趣的3 d区,和每一个这样的节点被认为可能是一个数据源。水声节点可以积累数据和数据也协助转达到水槽。当水槽节点收到一个数据包从一个节点水声,水槽节点可以高效地相互交谈,通过无线电频道。协议试图发送一个数据包到任何水槽节点表面上,因为如果一个表面节点收到一个包,它可以将数据包发送到其他迅速下沉或远程数据中心由于无线电频率的速度(传播速度在空气中m / s)是五个数量级比声音传播的速度在水中m / s) [5]。在这里,协议不注意表面节点之间的通信。相反,它试图发送一个数据包到一个固定的表面水槽和假设数据包到达目的地。建造的协议已经考虑到每一个节点都知道其深度的垂直距离表面节点的位置和地位。

3.2。提出的路由协议的概述

拟议中的协议分为三个阶段命名为选择转发节点相兼容,通过发送节点路由表的形成阶段,通过发送节点和目标节点的选择阶段发送数据包。这些零件将在本节中讨论。

3.2.1之上。选择转发节点相兼容

在此阶段,大部分的程序执行的转发节点。发送节点广播一个hello消息RREQ发现其单兼容的转发节点。接到RREQ消息的发送节点,转发节点数据包转发的概率估计和基于深度的不同数据包丢弃转发节点和发送节点的剩余能量,转发节点的发送节点之间的距离。如果数据包转发的概率大于数据包丢弃,转发节点响应发送节点通过RREP消息应答消息的概率。

3.2.2。路由表的形成阶段

从单邻居节点接收RREP消息后,发送节点估计过期时间相互兼容的转发节点的联系。发送节点的转发节点的路由表根据转发节点的概率下降这意味着节点概率最高的是在第一个位置的路由表和下一个最高是在第二个位置。

3.2.3。目标节点的选择阶段

完成路由表的形成之后,发送节点拿起最高的转发节点概率和对应的链接过期时间转发时间为了处理节点移动性。过期时间的联系是与时间到达的数据包转发节点,并返回确认发送节点的转发节点。如果转发节点的链接过期时间超过数据包的到达时间和承认的接收时间,然后选择转发节点目标节点,数据包转发到节点。否则,选择另一个节点以同样的方式。如果没有找到节点路由表作为目标节点,然后重新形成路由表。

3.3。协议设计

协议设计考虑使用的数据包格式提出协议,节点的转发概率估计是表现在这一节中。转发的链接过期时间节点估计,最后提出的路由协议算法。

3.3.1。数据包格式

两种包(13]介绍了协议。首先,发送节点广播控制分组请求(RREQ)消息路由到其传输范围内的邻居以通知其邻居的位置和深度。路由请求消息包含了发送节点的ID、位置和深度,被转发节点用来计算它的转发概率。RREQ的数据包格式见表1。

其他控制数据包包括RREP消息携带信息的转发节点的转发概率和ACK包用于确认收到的数据包转发节点。RREP消息见表2。

其次,数据包在桌子上3。数据包报头包含两个字段:发件人ID和数据包序列号和数据。“发件人ID”是源节点的标识符。“包序列号”代表了一个独特的序列号,由源节点分配到数据包。数据包序列号一起发送方ID需要区分数据包在以后的数据转发。

3.3.2。估计节点的转发概率

在本节中,我们计算的概率转发数据包和基于深度,丢弃数据包的节点剩余能量,转发节点的发送节点的距离。为了计算的概率,我们使用贝叶斯推理。我们假设数据包转发数据包丢弃两个假设,和三行观察证据发送节点的深度区别和转发节点,当前剩余能量和阈值的不同转发节点的剩余能量,并发送节点的转发节点的距离。

让=数据包转发,=包丢弃,=深度转发节点和发送节点之间的区别,=当前能源和之间的残余能量差阈值能量,和=转发节点和发送节点之间的距离

现在,我们可以计算节点的转发数据包的概率和丢弃数据包通过使用以下条件贝叶斯定理:

转发节点转发数据包。转发节点丢弃数据包。

3.3.3。清算链接过期时间

任何两个节点的链接过期时间意味着两个节点的连接的持续时间在一个固定的范围内。让和两个节点在一个固定的范围内。在这两个节点,和,分别在水下的三维空间方向。让他们的初始位置,,和,,分别后的时间和他们的新坐标,,和,,,分别。假设他们旅行的速度米/秒,m / s,分别后的时间,通过斜,通过斜方:

新坐标(对老坐标)可以使用以下公式计算:

两个节点之间的距离可以找到如下。让

现在,两个节点之间的距离可以计算如下:

现在,我们假设又一次这两个节点之间的距离这是传播范围。我们可以计算时间如下:

再一次,让

现在,它代表如下:

3.3.4。路由表

三列的每个节点形成一个路由表:候选人转发节点,其相应的概率,和链接过期时间。提出了路由协议的路由表在桌子上4。让发送方节点,让其单候选人转发节点范围内,和代表转发概率和两个节点之间的链接过期时间,分别。

3.4。提出的路由协议的路由算法

在本节中,我们设计一个算法提出的路由协议。对于每一个阶段,一个单独的算法实现。首先,算法说明转发节点的算法1。第二,形成路由表算法的算法算法2。第三,发送节点的数据包转发算法的算法3。

4所示。绩效评估

在本节中,我们提出UWSNs路由协议的性能评估和比较的性能VBF [5]。

4.1。仿真设置

所有模拟执行使用网络模拟器(ns-2) [14)用一个水下传感器网络仿真包(称为Aqua-Sim)扩展。我们进行模拟(即带有不同数量的传感器节点。100年,25岁,49岁,225)。每个节点的位置是随机生成的。随机部署在多个水池水面。水槽节点视为静止不动的,而传感器节点被认为是移动水流的速度。为了测量提出了路由协议的性能,不同的水流被认为是速度,和水流的最小和最大速度为1 m / s, 10 m / s,分别。在水下环境中,传感器节点随机方向移动,便于仿真,我们已经定义了三维空间中的每个传感器节点随机方向。我们假定控制中使用的数据包协议数据包相比要短得多。我们定义每个数据包的能源消耗能源单元和1你好包是0.02单元。仿真的传播范围是固定在各个方向250米。传感器节点的能量阈值被认为是70年能源单位。易于模拟,源节点选择从底部的3 d空间。同样的广播媒体访问控制(MAC)协议(5是用于我们的模拟。在这个MAC协议,当一个节点发送数据包,它首先感觉通道。如果通道是免费的,它继续广播数据包。否则,它支持。包将回下降如果最大数量的偏移。

4.2。性能指标

指针以下指标用于评价提出的路由协议的性能。(我)网络生命时间:网络生命时间表达了时间的第一个节点的能量网络转向完全筋疲力尽了。(2)能源消费总量:能源消费总量计算通过数据包交付所消耗的总能量包括发射、接收、和闲置能耗的节点转发数据包从源节点到汇聚节点的网络。(3)平均端到端延迟:平均端到端对应于所需的平均时间由一个数据包从源节点到任何下沉。(iv)包交付率:包交货率是评估的数量的比例不同的数据包捕获成功目标节点的数据包的总数在源节点了。

4.3。结果和分析

在本节中,结果和仿真分析进行了较为详细的试验研究。

4.3.1。网络生命时间

欢喜的网络生命周期和VBF5在随机拓扑如图2。

可以看出欢喜的角度提供了改进的性能在VBF网络生命时间。欢喜超过VBF因为VBF总是选择的网络生命周期内节点固定向量,因此,一个绅士节点可能会一次又一次地选择转发数据。因此,此类节点的能量快耗尽,这些节点的终生很快到期。另一方面,欢喜不转发数据的传感器节点剩余能量小于阈值的能量,总是选择较高的传感器节点剩余能量。有点机会先生节点沿着它的能量低于阈值和死亡。控制消息几乎没有力量传感器节点的能量被耗尽。所以,网络寿命增加传感器节点数量的增加;VBF相反,在案例中,如果传感器节点数量的增加,网络寿命将减少,因为增加传感器节点的数量,更多的传感器节点参加转发数据,为传感器节点是非常多变的死亡。此外,VBF无法避免冗余数据包传输。大多数时候,欢喜中只有一个节点转发数据包,从而节约能源,而且它导致提高电池的使用寿命。

4.3.2。能源消费总量

欢喜的表演和VBF[的比较5)能源消耗如图3。

见过,拟议中的协议消耗更少的能量比VBF协议。在欢喜协议,只有参加一个节点转发数据包。转发节点拥有适当的节点的标题。为发送节点总是给概率最高的节点优先转发数据包,能量保存得多。相反,在VBF多个节点在转发相同的数据包;因此,更高的能源消耗在VBF协议。在欢喜协议,控制包隐含找出适当的节点并承认其到达的数据包转发节点的发送方。这些控制数据包消耗的能量可以忽略不计,因为他们使用本地可用当数据包发送。在VBF,三种类型的控制数据包使用:一个是固定的目的地和其他两个数据包转发。修复了目的地,洪水控制数据包导致大量的能量一样发送方是更深层次的消耗更多的能量。 In VBF, node mobility is not guarded; as a result, with the increase of nodes and node mobility, much energy is being consumed.

4.3.3。平均端到端延迟

在图4欢喜,端到端延迟和VBF [5)显示,分别。

至少应有总是试图发送数据包的转发节点表面附近转发数据包的概率计算的基础上,深度和转发节点和发送节点之间的距离。VBF相反,它需要时间来发现目标节点和目标节点的响应来自VBF,所以平均端到端延迟VBF大于欢喜。随着水流的速度增加,降低端到端延迟的协议。在欢喜中,有很多的转发节点表面附近被选为目标节点。但在VBF,处理节点移动性,没有直接的技术应用;因此,少参加在转发数据包的转发节点数量增加节点移动性,它增加了端到端延迟高于欢喜。

4.3.4。包交货率

图5显示了交货率的函数节点的数量。

包的交货率取决于可靠和健壮的协议。莉塔是一种可靠的协议,因为它是使用确认确认数据包成功接收的数据包转发节点,它是强大的,因为它在本地洪水控制消息。欢喜的包交货率高于VBF。虽然在欢喜,在大多数情况下,只有一个节点连接在数据包转发数据包交货率不低于预期的水平,因为发送者将数据包转发到适当的节点,并等待确认。在VBF,只有那些节点矢量参与转发数据包;因此,随着节点的增加流动性,节点可以的向量,这种效应减少了数据包在VBF交货率。

5。结论

在这篇文章中,我们介绍的链接过期时间处理节点移动性和概率选择一个节点作为转发节点是一种新技术。确认包中使用这个协议,以确保没有错误的数据包的接收日期转发节点。协议保证了最大程度的网络生命时间和端到端交付。在未来,我们计划采取迂回机制来避免空白区和开发更好的移动性处理方法。

承认

这项工作是支持的计算机科学和工程研究中心,Mawlana Bhashani科技大学,显示,孟加拉国。作者感谢这种支持。

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