文摘

最近有一个新的趋势在命名数据网络整合(NDN)和无线传感器网络(网络)来实现真正的以数据为中心的物联网(物联网)。然而,当前文学的主要解决方案缺乏节能设计满足了网络的极其有限的能源资源。在本文中,我们提出一种双模式兴趣转发方案在短)(称为DMIF NDN-based轮。DMIF由两个转发模式相结合,在几种节能机制包括灵活的模式转变,洪水控制范围,避免广播风暴、包抑制,和能源体重因素都是为了节省能源消耗和平衡。我们延长ndnSIM支持无线沟通多次反射来验证该方案。仿真实验表明,该DMIF优于基线计划在总能源消耗方面,能量平衡率,和网络生命周期。

1。介绍

作为一个未来的概念开始,无线传感器网络的概念(轮)过去几十年已经走了很长的路。同时,路由设计始终是最重要的一个研究主题在网络社区(1,2]。在早期阶段的网络研究,以数据为中心的路由协议扮演重要角色,沉向网络发送利益并等待来自传感器的数据没有提前对传感器的身份。以数据为中心的路由的基本思想是从传感器解耦感觉到内容身份。然而,这样的以数据为中心的路由方案是基于独立的解决方案(3),而不是一个全面的解决方案对整个互联网和物联网(物联网)。此外,没有详细的和标准的命名方案不同的和复杂的应用程序在文献中1]。所有这些因素限制了网络部署的以数据为中心的方法在实践中。

幸运的是,作为一个新兴的未来互联网体系结构,命名数据网络(NDN) [4)已经提出,近年来开发了基于信息为中心的网络。NDN采用receiver-based服务模型和变化的通信范式从传统host-centric命名为以数据为中心的交流沟通。NDN的兴趣和数据包的转发是基于分布式的方式执行的,而不是集中的名称解析和内容发现,这自然满足了网络和物联网的需求。NDN的出现提供了一个很好的机会重新思考如何设计真正的以数据为中心的网络。最近,一些研究工作一直在研究如何应用NDN轮(3,5- - - - - -9轮)和如何操作更自然融入新兴NDN架构相比,传统的基于TCP / IP技术。

不过,还有一些开放问题研究[10),包括命名、路由和转发,安全、缓存、交通控制、和部署模式,因为原始NDN设计针对整个网络架构,而不是网络。

在本文中,我们重点关注网络NDN-based转发和路由问题。关于路由和转发,很少有这方面的工作。在文献[3),受定向扩散路由方案(DD) [11),加上几个防撞计时器提出的要求定期监控应用程序。在[5),作者设计一个单转发和路由协议NDN-based物联网的多源数据检索。香草利益洪水方案和一个活泼乐观基于名称的路由方案提出了(6]。然而,这些提议路由方案工作而不考虑对控制洪水范围和能源意识,使他们不适合与严重限制了网络能量和计算资源。

此外,一些研究工作10)处理转发和路由计划NDN-based无线自组网。由于流动性的挑战和资源限制特设网络,活性洪水通常是采用发现潜在的内容提供者,而不是主动路由,这需要太多的成本来维持无线ad hoc网络的路由可达性。

调查显示在[10),命名的反应转发数据无线ad hoc网络可以分为两类:盲目的转发和意识到转发。在盲目转发,每个节点广播兴趣包发现内容源。为了避免广播风暴和提高源发现效率,基于定时器的包一些抑制方案(12,13)提出了控制盲人广播转发。另一方面,自觉转发的基本思想是选择next-forwarders [14- - - - - -16)或内容提供商(12,17,18]为了转发基于意识相关的网络信息,如传输距离、信息冗余、地理位置和数据检索速度。然而,所有关于利息转发之前的解决方案是基于无线ad hoc网络和缺乏考虑严重限制了网络能源资源和环境更具挑战性。

本文基于之前的文学作品,我们提出一个节能双模式兴趣转发方法(名为DMIF简言之)NDN-based轮。DMIF由两种转发模式:洪水模式和指令模式。在洪水模式下,三个方案包括范围控制,包抑制,基于能量加权因子和避免广播风暴是为了支持控制洪水和减少网络开销。在指令模式下,转发的兴趣引导在一个能源意识方式根据查找结果转发信息库(FIB)维护的传递数据包沿反向路径,从而提高利息转发和内容传输效率。DMIF工作中的两种模式相结合的方式和模式转变是允许在任何中继节点,如果必要的。此外,我们扩展ndnSIM [19,20.)支持无线多次反射的通信,进行仿真实验,结果验证该方案并显示DMIF方案可以减少和平衡总能量消耗,延长网络寿命显著与基线相比方案。

本文的其余部分组织如下。部分2评审的相关工作。部分3描述了有关应用程序场景和一个三维的命名方案。部分4致力于节能兴趣转发的详细设计基于两种组合模式。部分5介绍我们的仿真结果和部分6总结了纸。

2。相关工作

2.1。NDN:概述

作为一个有前途的ICN架构,NDN [4)取代了IP地址与内容块在当前互联网的窄腰的沙漏模型。receiver-driven和以内容为中心的通信范式定义在NDN-based交换两种类型的数据包:兴趣和数据,分层次结构名称。每个NDN路由器维护三个数据结构:(i) FIB函数索引的内容名称前缀和用于指导利息数据包内容源;(2)等待利益表(坑)储存所有尚未满足利益和沿反向路径引导数据包;(3)内容存储(CS)暂时缓存传入的数据包来满足未来的利益。

检索内容,消费者发送数据包携带所需内容的名称进入网络。当NDN路由器收到感兴趣从下游的邻居,它使一个查找在当地CS通过匹配内容的名称。如果匹配,路由器将向消费者发送数据。如果在CS比赛失败,找到匹配的坑,利息将被丢弃。否则,将会创建一个新坑条目和利息将进一步转发到上游邻居基于FIB (s)的信息。NDN路由器接收数据时,它将数据转发沿反向路径基于坑。与此同时,路由器缓存数据包和相关的内容进行坑条目删除。因此,数据包返回到请求最终消费者。

一般来说,NDN使用不同的接口在一个节点来区分上游下游邻居和邻居。NDN,节点可以提出感兴趣的上游邻居发送数据包的所有网络接口除了利息的到来。在多次反射无线通信环境中考虑,只有单一的无线网络接口在一个节点,构成挑战的设计无线NDN兴趣转发策略。

2.2。NDN-Based无线传感器网络

NDN receiver-based服务模型的自然符合以数据为中心的网络。最近,一些研究工作3,5- - - - - -9表明了网络可以受益于NDN设计的基本思想。

在[7),提出了一种无线充电系统轮为基于NDN验证层次命名结构适合在自然能量聚合要求和其固有的灵活性为手机充电系统支持能力是很有吸引力的。为了满足网络的内存和计算的约束,一个轻量级的以内容为中心的网络协议(8)简化消息格式和网络灵活的命名策略提出了。在[9),作者分析的好处(例如,安全性、数据聚合和流动性)通过应用NDN到物联网的应用程序,并提供一个高层NDN架构,专门满足物联网的挑战。然而,没有兴趣了网络转发策略讨论上述文献[7- - - - - -9]。

在[5),一个全面的框架,从多个无线来源可靠的检索提出了基于数据抑制,防撞,排除字段进行数据包的兴趣。然而,拟议的框架是只适用于单无线场景。兴趣转发中讨论基于多次反射网状网络(3,6]。盲目洪水基于延迟计时器是为了发现潜在内容提供商(3]。此外,受DD协议(11),每个NDN节点维护一个方向状态在盲人的数据包转发洪水阶段促进未来权益转发。同样,香草利益转发(VIF)和活性乐观基于名称的路由(RONR)提出了6支持基本的盲目和有状态的转发,分别。在我们的论文中,提出了DMIF一起转发模式,结合了两种利益需要时支持灵活的模式转变,这是不同于相关的两个兴趣转发方案(3,6在并行工作方式。此外,能源消耗和控制范围集成到盲目转发阶段来提高系统的能源效率。在[21),作者扩展延迟计时器计算(3]让节点能量水平较高的远期利益包与更高的优先级。然而,之间没有重量系数剩余能量和传输距离在定时器计算中考虑。此外,节能状态不支持转发(21]。

2.3。兴趣转发NDN-Based无线Ad Hoc网络

与网络相比,更多的研究工作一直在调查NDN-based无线ad hoc网络,主要专注于车载通信。调查显示在[10),命名的反应转发数据无线ad hoc网络可以分为两类:盲目的转发和意识到转发。

基于定时器的包在盲人转发,一些抑制方案(12,13)提出了控制利益的盲目广播转发和避免广播风暴。在[13),作者开发一个碰撞预防解决方案基于均匀随机定时器支持NDN-based V2V交通信息传播。此外,积极的数据推动方案通过积极提出偷听13)加快数据传播,这是不同于原始NDN的receiver-based服务模型的设计。同样,一组计时器和包抑制的解决方案提出了(12,17,18)避免数据包碰撞NDN-based车载环境。兴趣的延迟计时器是超过一个数据,使更高的访问优先级数据包数据感兴趣。上面的盲目转发方案是基于统一的随机计时器,而本文延迟计时器是基于传输距离和残余能量,使基于洪泛的中间节点转发不会太盲目。

另一方面,自觉转发的基本思想是选择next-forwarders [14- - - - - -16)或内容提供商(12,17,18]为了转发基于意识相关的网络信息,如传输距离、信息冗余、地理位置和数据检索速度。在[14],direction-selective转发方案提出了选择最远的节点在每个象限的货代兴趣发送方和接收方之间的信息交换和两个扩展类型的消息。专用的信息交换中继节点的选择可能增加系统的复杂性。提出DMIF,延迟计时器基于传输距离给出了更远的节点与利益优先转发没有额外的信息交换。转发(天真的)计划[neighborhood-aware利益15),中继节点选择概率的方式基于两个重要的历史因素,数据检索率和转发率。前者是数据包的数量比成功地检索兴趣发送的数据包的数量,而后者反映了传入的兴趣包的一部分,一个给定的节点将前进。在[16),一个名叫BlooGo八卦算法开发了整个无线NDN网络传播信息的最小数量的传输。基本的想法是,中继节点转发消息只有在它的邻居不是严格包括发送者之一。相邻关系的比较是基于布隆过滤器来执行的。一句话,上面清楚转发方案需要额外的算法来获得相关信息的选择中继节点,而意识到转发的DMIF留下的是基于信息传递的数据包没有额外的开销。

在文献[12,17,18),作者设计一个provider-aware转发(PAF)参谋长方案指导盲人洪水后的利息转发。每个节点维护一个本地节点之间距离表记录距离信息和潜在的内容提供商。从潜在的内容提供者接收多个数据包回答后,消费者选择最近的一个在他们中间,提供者ID和未来利益数据包的距离信息。中继节点转发利益的方向选择提供者基于表的距离。的基本思想12,17,18类似于DMIF提出。在我们的论文中,我们关心的是节能转发数据包的兴趣。具体来说,跳和残余能量指标进行数据包沿反向路径保持FIB和协助未来利益转发为了平衡能耗,延长网络的生命周期。此外,provider-aware转发和盲目转发两种并行模式(12,17,18内容),这意味着消费者需要重启后的盲目转发provider-aware转发中继节点的失败。DMIF,两种模式相结合的方式工作,模式转变是允许在任何中继节点在需要的时候。

3所示。场景描述和命名方案

在这篇文章中,我们关心的是NDN-based WSN应用程序在多个水槽作为内容消费者发送周期利益查询相关信息(如温度、湿度)静态感知传感器作为内容提供者在特定领域。水槽是强大的设备,但传感器节点资源有限的设备,包括能源、计算、和记忆,要求内容查询和检索的过程应该是节能。

数据命名是最重要的技术之一,在NDN架构中,这可能影响转发和路由的设计感兴趣。在相关的应用程序中,有三维属性来描述一个内容名称:时间维度、空间维度和类型维度。因此,基于可读和分层NDN的命名规则,我们提出以下三维命名的原始数据在这个应用程序中,在“网络”是一个专用的前缀来识别该命名方案。 (我)类型:类型的部署传感器节点感知的信息,例如,“/类型/温度”、“/类型/湿度。”(2)空间:感知的位置属性内容。它可以表示为自然粒度,像一个建筑ID或房间号码。另一种方法是使用手动配置粒度更通用。例如,我们可以将监测区域划分为若干分区基于应用程序的需求。我们使用分区ID来描述空间的属性,如“/空间/ areaA”。我们假设每个节点知道它定位和内容名称在本地生成的原始数据。(3)时间:时间维度的粒度是1分钟。换句话说,原始数据生成的每一分钟。因此,时间维度的格式表达为“/时间/日期/ minute_index。”(一)日期:我们使用的格式”/年/月/日/例如,“/ 2015/12/04。”(b)Minute_index:;在这里,表示时间分钟一天之内。例如,“/ 2015/12/04/1000”表示时间从16:39发表在12月4日,2015年。

上述命名格式由三个部分组成从三个平行维度描述内容。对于每一个组件,一个层次的名字是用来支持灵活的粒度和可以自由聚合。这里的命名方案提供了一个建议的格式。订单和三维空间的粒度可以根据系统要求在实践中调整。

4所示。双模式兴趣转发(DMIF)

在本文中,我们提出一种双模式兴趣转发策略基于以下考虑。(1)被动而不是主动的路由是更高效的路由在资源有限的网络基于NDN [22]。因此,洪水模式是最简单的方法来发现潜在的内容提供商。(2)数据包流沿反向路径留下的“面包屑”[23),它可以帮助更快地找到内容源以较低的成本。在此基础上,另一个兴趣转发模式,指令模式,可能会采用更有效地引导兴趣转发。

上述两种模式不是两种并行模式,可以集成在一起入NDN转发平面和转移到对方根据FIB查找结果。

提出DMIF,内容消费者检查FIB先发送数据包。如果FIB查找成功击中,兴趣将发送指令模式(DM)。否则,兴趣将洪水模式(FM)。DM的模式,一个扩展字段的惟一的ID(命名为ForwarderID)跳的货代进行利益包指定的货代一个邻居节点的兴趣。一个节点收到利息包将检查本地内容存储在原始NDN指定设计。如果内容库查找失败,转发节点将执行利益的基础上,提出DMIF见图1。如果传入的兴趣是调频模式下,应该继续关注转发的节点之前如果没有重复的利益收到了。如果传入的兴趣是DM模式和节点是一样的一个ForwarderID字段中,指定的节点进行转发。关于转发,一个节点需要检查当地FIB和选择合适的转发模式如图1基于FIB查找的结果。

请注意,这不是保证单模如FM或兴趣转发的DM可以执行端到端路径。在DM的转发模式,FIB查找一个中间节点可能会失败由于一些不确定的原因,如节点故障或超时。如果是这样,DM模式可以直接转移到调频模式。在文献[12,17,18),如果有一个查找小姐在一个中间节点,内容使用者需要选择另一个内容提供者或选择洪水利益后超时。DMIF,可以结合两种兴趣转发模式和模式的转变被允许在任何中间节点在需要时基于FIB查找结果如图2。

4.1。洪水模式(FM)

FIB查找小姐,洪水模式(FM)是用来传播兴趣包。在调频模式下,消费者或者中间代理广播的内容兴趣包通过无线连接来发现潜在的内容提供商(s)。调频模式的关键是如何实现控制洪水减少能源消耗和提高发现效率。在这里,三个方案是采用支持控制洪水:控制范围,避免广播风暴,包抑制。

以下4.4.1。范围控制

兴趣洪水没有控制范围将继续,直到整个网络到达网络边缘,即使内容提供商已经被发现了。不受控制的洪水将造成严重浪费带宽和能源资源。

为了解决这个问题,一个新的领域对TTL(生存时间)添加到兴趣包控制传播感兴趣的范围。首先,兴趣是TTL值设置为TTL_START淹了。TTL值减少1在每个转发节点调频模式。如果超时,消费者将增加TTL值的内容TTL_INCREMENT重启发现过程的内容。TTL_START的选择和TTL_INCREMENT依赖于网络规模和性能要求能源消耗或发现延迟。

4.1.2。避免广播风暴

在相关文献中,延迟计时器是经常采用的洪水来避免或减轻广播风暴的影响。延迟定时器通常是基于随机计数器,路径选择上缺乏足够的控制。在无线传感器网络中,不平衡的能源消费可能导致过早的能源消耗,缩短网络生命周期。这里,我们设计一个节能兴趣洪水方案基于传输距离延迟计时器和剩余能量。

在接收数据包的内容感兴趣的名字从节点,一个节点需要等待延迟计时器在广播包。延迟计时器是一个参数/兴趣而不是每个节点。每个兴趣包都有不同的延迟计时器。我们使用和表示在节点剩余能量和初始最大能量。考虑到相对的传输距离和,,最大的传输范围转发的延迟计时器兴趣可以计算如下: 在哪里是一个基本的计算和恒定的时间段吗是一个体重因素权衡的影响残余能量和通信距离定时器计算。我们有。当体重因素,进一步的邻居有更高的概率被选中来转发数据包。的增加值,残余能量在延迟计时器计算中扮演更重要的角色,这有助于平衡能源消耗。

在(1),计算延迟计时器依赖于相对距离和剩余能量。在这里,假设的相对距离可以通过一些传统的方法。一个轻量级的解决方案是基于RSSI(接收信号强度指示)参数估计的相对距离。另一个更加准确的但昂贵的解决方案是使用GPS信息计算的相对距离。然而,详细的距离计算出了本文的范围。

关于数据包,延迟计时器数据转发内容的名字可以计算如下:

同样,延迟计时器也是每个包的一个参数,而不是每个节点。每个数据包都有不同的延迟计时器。关键概念(2)是数据包有更高的优先级比利息数据包转发。在此基础上,给出了短数据包延迟计时器比兴趣包。因此,一些兴趣数据包延迟队列可能匹配通过与更短的延迟计时器传入的数据包,这可能避免冗余数据包转发和减少能源消耗。

4.1.3。包抑制

兴趣和数据转发的延迟计时器是一个新的概念在NDN转发模式。NDN路由器应该如何行动之前在收到利益或数据对应的利息或数据的延迟计时器到期没有定义在NDN架构(4)和NDN转发管道(24]。在[3,12),作者提出了一个兴趣抑制方案避免带宽资源的浪费。然而,数据抑制不被认为是文学。表1提出了几个包抑制规则来处理传入的数据包延迟等待队列中的数据包匹配。

如表所示1感兴趣,在等待时间的延迟计时器,如果一个NDN路由器无意中听到请求的数据包,计时器和兴趣等待队列将被取消。在左边的照片图3,一个内容消费者是位于节点请求内容。节点和节点两个邻居节点的节点和节点。假设节点有一个更短的延迟比节点计时器吗洪水的兴趣。和数据延迟计时器总是比利息短延迟计时器。因此,兴趣包可能仍然在等待队列延迟节点当数据包返回节点从节点在左边的照片图3。通过这种方式,节点将取消等待队列的兴趣传播和转发的数据基于局部坑传入的记录根据数据包抑制方案提出了表吗1。因此,内容提供商的数据将返回内容消费者呢两个反向路径图3。此外,在等待时间,如果一个NDN路由器无意中听到同样的对特定的次数,等待队列,利息将被取消。的阈值被设置为在密集网络根据文献[3,12]。正确的图的照片3,我们有类似的应用程序假设与左边的图片。所不同的是,节点之间的距离和节点更接近这节点可以收到利息数据包转发节点。通过这种方式,节点将收到相同的兴趣从节点查询两次吗和节点。因此,节点将取消等待队列的兴趣传播从节点在收到重复的利益吗根据表1。

关于数据延迟计时器如果一个NDN路由器无意中听到相同的数据,具体的次数,,延迟等待队列中的数据将被取消。同样,的门槛可以设置为在密集的网络。应用程序的假设在左边图的照片4是一样的一个正确的图的照片3。节点后返回数据包,节点和节点同时将收到的数据包。假设节点有一个更短的延迟比节点计时器吗为数据洪水。因此,节点从节点将收到重复的数据包。然后节点将取消延迟等待队列中的数据包。此外,在等待时间,传入的兴趣可能与递延数据包匹配。在这种情况下,广播数据包计时器到期后将传入的请求。因此,NDN路由器将丢弃新传入的兴趣,不会进一步向前发展。正确的图的照片4,一个内容消费者请求的内容位于节点在第一位。在数据包的延迟计时器节点,另一个内容消费者开始请求相同的内容匹配的延迟数据节点。在这种情况下,输入内容的消费者的兴趣会被删除。和数据包广播的节点将达到节点自动。

4.2。无伤大雅的维护

洪水的兴趣包是昂贵的能源消费模式,甚至控制洪水的帮助下提出了部分4.1。实际上,兴趣洪水的目的是发现潜在的内容提供商协助未来权益代理成本更低。这里的关键点是如何动态维护FIB指导DM的兴趣转发模式。灵感来自于“面包屑路由”在文献[23),我们建议维持FIB被动的方式传递数据包。留下的FIB状态数据包沿反向路径有助于加快后续内容发现DM模式以较低的成本。支持节能兴趣转发DM模式,每个条目在下列five-tuple FIB的格式〈前缀,ForwarderID,跳,能源,计时器〉内容索引的名称前缀和ForwarderID。(我)前缀内容:名称前缀。(2)ForworderID:从数据节点的ID。(3)跳:跳路径的因素从本地节点内容源。(iv)能源:残余能量因素从本地节点路径的内容源。(v)计时器:这个货代条目的一生。

在一个特别的网状拓扑结构,可能播放到达沿多条路径的内容提供者的利益。原始NDN设计采用“一个Interest-one数据”模式中只有一个数据包到达首先将接受最后即使有更多的返回的数据包。为了提供更多的路径中选择的能力DM模式,我们让每个名称前缀的FIB维护多个条目来支持多路径选择,这不是矛盾的“一个Interest-one数据”模式。在多路径方案,数据包到达后将用于更新相应的FIB条目的状态,即使他们不能转发进一步由于缺少坑条目。

因此,FIB可能维护多个条目不同ForwarderIDs为每个名称前缀。FIB中的每个条目有一个计时器表示重置的一生虽然数据包接收相应的数据包或兴趣。无伤大雅的条目将被删除定时器到期后,有助于删除过时的转发信息,提高可伸缩性。在DM模式,TTL值不会减少为了转发为了改善内容检索的效率。

在本文中,每个内容源回复数据包携带初始跳和剩余能量信息如下:

图5说明了扩展NDN数据转发过程和FIB的维护。当一个内容路由器收到一个数据包从一个上游节点,它会首先检查是否已经有一个条目名称相同的前缀和ForwarderID储存在当地的小谎。如果没有,内容路由器将添加一个新条目与指标(表示和在传入的数据包进行。如果是,路由器将更新的内容指标相关的条目。然后,路由器将执行正常NDN过程的内容。如果坑查找,数据包将被转发到下游节点(s)。因为可能存在多个条目相同的内容在当地FIB前缀,算法1将计算聚合进行跳指标和能量指标进行数据包的概率。

4.3。指令模式(DM)

多亏了FIB维护部分4.2,指令模式可用于指导利益以较低的成本向发现的内容提供商。如图1,DM模式将被激活后FIB查找成功击中。

因为可能存在有多个条目相同的内容在当地FIB前缀,内容使用者或中间路由器有多个选择的邻居货代的选择。平衡能耗,延长网络的生命周期,我们提出一个最低成本转发基础上权衡所示的啤酒花和能量指标的算法2。

在算法2,是一个体重因素平衡能源消费总量之间的权衡和网络生命周期。节5,我们将观察不同重量的影响因素对能源效率。

注意,提出DMIF转发只是适用于兴趣。数据转发过程总是相同的利益不管选择转发模式。即使DM模式选择,数据转发过程中定义相同的方式执行部分4.2。

4.4。路由环路的考虑

由于现时标志字段进行NDN的数据包,利息转发路由循环自然是免费的。详细,每个兴趣带有随机Nonce和每个节点收到利息还记得看到目前在坑了表。传入的兴趣与重复Nonce领域将会下降,避免路由环路在转发。

据NDN的原始设计,数据转发将不执行循环,因为它沿反向路径从上游节点下游节点的兴趣。然而,新的东西需要考虑与多路无线环境的能力。首先,每个节点只有单一的无线接口来发送和接收NDN包。因此,没有办法区分概念对上游节点或下游节点在无线环境。第二,多路径功能需要一个节点接收和处理多个数据包从不同的邻居记得多个路径信息,尽管只有首先到达的数据转发。此外,没有任何信息发送方ID进行数据包的原始NDN的设计。在这种情况下,数据包的发送者可能会收到相同的数据从邻国和存储信息,因此导致路由环路问题。

例如,在图6、节点从节点接收到一个数据包。假设坑查找打本地节点并将数据包转发的数据通过无线广播链接。在这种情况下,不仅下游节点而且上游节点从节点可以接收的数据包。换句话说,节点接收到相同的数据之前发送的数据包本身和路由循环发生。

解决数据的转发路由环路问题,我们添加一个新字段命名IDList数据包。IDList包含id的所有节点转发数据包的路径。当接收到一个数据包时,节点将首先检查是否其ID IDList中列出。如果是的,路由循环发生和传入的数据会被删除。如果没有,则路径信息进行输入数据将用于更新本地FIB节中描述4.2。图6给出了一个例子来说明IDList是如何工作的。在图6、节点从节点将丢弃数据包IDList以来ID列。类似的路由循环检测执行其余的节点,以避免在数据转发路由循环。IDList计划规模可能不会在大规模网络。更有效的路由循环检测方案可以作为未来研究工作。

4.5。DMIF模式转变的例子

图7提供了一个示例来说明之间的工作模式转变调频模式和DM模式提高兴趣转发。在图7,假设节点查询的内容位于节点沿着道路之前。根据FIB维护规则,一串“面包屑”是左沿反向路径。现在,节点查询是相同的内容。基于DMIF提出方案,兴趣是首先在调频模式下转发,直到它到达节点。FIB查找成功打击后节点,兴趣与ForwarderID DM的播放模式设置为节点。让我们假设FIB条目在节点由于某些原因已经被删除。因此,转发模式将回调频模式在节点,广播感兴趣的目的地。调频模式之间的转变和DM模式,节点和不会参与兴趣节点转发的起源吗,这有助于降低资源消耗和提高网络效率。

5。绩效评估

5.1。仿真设置

本节计算利息DMIF转发方案的性能实现ndnSIM 2.0 [19,20.),这是扩展以支持无线通信多次反射和转发策略提出了。

在仿真实验中,有100个传感器节点部署在400 m×400 m区域图8所有边境上的黑色节点选为生成原始数据的内容生产者温度分区内的每一分钟。例如,原始数据生成的节点名称在发表于2015年12月4日,是“/类型/温度/时间/ area0 /空间/ 2015/06/04/1000”部分的命名方案3。白色的节点图8选为水槽节点(内容使用者),定期发送利益查询感兴趣的内容每五分钟几个分区。每次,12个感兴趣区域中随机选择36内容生产商。灰色节点NDN路由器能够传递数据包和缓存内容NDN中指定。水槽的数量从1到5的实验。例如,在发表于2015年12月4日,水槽发送以下利益对subarea0查询温度在过去五分钟:

在实验中,假设每个节点发送和接收数据包与固定发射和接受能力。因此,能源消耗是独立的通过无线连接传输距离。在此基础上,我们采用以下能源模式25,26)的能耗评估仿真实验: 在哪里表示一个节点的能源消费总量比特和传输比特和是一个因素表明每一点能源消耗在接收机电路。

为了支持更有效的转发,我们让FIB维护多个条目和更新动态指标,这可能会带来更多的成本FIB记忆和能源消耗。ndnSIM平台用于本文几乎可以模拟真实实验环境,因为它采用NFD(命名数据网络转发守护进程)转发内核。换句话说,额外的开销由支持多路径自动功能可以包括在能源消耗。

仿真参数表中列出2。

5.2。仿真的方法

在分析部分2文献[3,12)提出了转发策略包括两个兴趣盲目转发(BF-RD)和provider-aware转发(PAF)参谋长,选为基线方案仿真实验比较。(我)BF-RD:洪水的兴趣总是转发模式基于随机延迟计时器。(2)拥堵的:内容使用者包括最近的信息提供者到利息,这样就可以将BF-RD后转发到特定的方向进行。

在本文中,我们提出一个名为DMIF的节能策略,它包含一个洪水模式和利益转发的指令模式。更直观的比较的基线计划,我们的名字在DMIF洪水模式BF-ED相应地由于其节能计算延迟计时器。BF-ED,洪水的兴趣总是转发模式提出了基于延迟计时器(1)。此外,其他能源效率计划包括范围控制和包抑制了部分4.1也用于BF-ED。换句话说,BF-ED DMIF方案的一个子集。

我们观察以下指标来评估DMIF方案的性能。(我)能源消费总量总能量消耗的所有传感器节点。(2)能量平衡率(曾经)被定义为每个节点的能量消耗的方差。曾经表示的平衡整个网络的能量消耗,间接反映了网络的生命周期。(3)跳数的平均跳数是每个感兴趣的内容检索请求。(iv)网络生命周期从一开始就被定义为时间长度的模拟第一个节点的能源枯竭。

5.3。仿真结果

5.3.1。BF-ED的性能

首先,我们评估的影响体重的因素在(1BF-ED的性能。

在数据9和10,当体重因素,只有相邻节点之间的距离值被认为是在延迟计时器计算。以这种方式,进一步的邻居有更高的概率选择兴趣包在盲人的洪水,这将有助于减少跳数和能源消耗。的增加值,相邻节点之间的距离在计算中扮演更重要的角色感兴趣延迟计时器,然后能源消费总量和平均跳数逐渐增加。更重要的是影响的是什么在能量平衡率如图11,能量平衡率随的增加而减小价值。关键的想法(1)正试图平衡能耗通过调整加权因子。提出BF-ED,大值表示残余能量延迟计时器计算中扮演更重要的角色。换句话说,选择更多的剩余能量的节点转发利益将帮助平衡能源消耗,这与图中的结果是一致的11。

在数据12,13,14,我们比较的性能基线方案的提出BF-ED BF-RD [3,12)通过改变内容使用者的数量从1到5。更多内容消费者意味着更多的利息请求消耗更多的能量图12然后导致更大的能源消耗在图的差异14。注意实验与更多的消费者表现出更好的性能比用更少的消费者的平均跳数图10由于网络缓存,采用NDN架构。它可以观察到,BF-RD展品介质性能与两个边界条件相比BF-ED和。总结,体重因素有重要影响的性能BF-ED方案。在实践中,一个合适的需要选择贸易价值的能源消耗和能量平衡率根据实际应用需求。为简单起见,在以下的实验值是选为0.5。

5.3.2。DMIF的性能

数据15和16显示重量的影响因素在算法2能源消费总量和平均跳数。它可以观察到,权衡的因素表现出类似的影响体重的因素提出了在部分5.3.1。的崛起价值,跳数扮演更重要角色在选择货代,导致能源消费总量的增加和平均跳数内容检索。另一方面,的变化值从0到1,内容消费者和中间宁愿选择邻居节点剩余能量较高的利息货代。换句话说,剩余能量优于跳数算法2的增加价值,这有助于平衡能源消费从整个网络的角度,导致能量均衡利率的下行趋势图17。

接下来,我们比较的性能提出DMIF拥堵的,通过改变内容使用者的数量从1到5。在图18,能源消费总量在拥堵的DMIF和增加更多的内容消费者派遣更多的利益要求的内容。与巴基斯坦空军相比,DMIF有更好的性能在能源消费总量方面,自从DMIF支持灵活的模式转变为利益转发FIB查找的结果。在拥堵的方案,盲人洪水阶段和提供者意识阶段是两个并行的阶段。关于内容提供者的信息由内容兴趣只是增加了消费者盲目的洪水后阶段。在这种情况下,盲目的洪水模式将继续直到内容提供者即使一个中间节点已经无伤大雅的信息请求的内容。当巴基斯坦空军转发失败由于FIB查找的小姐,内容消费者需要重启后的洪水阶段在整个网络超时。提出DMIF,本地指令模式可以转移到洪水模式,这有助于减少能源消耗大大在图18。

在分析部分5.3.1,请求的利益可能满足通过中间节点而不是内容提供商,由于网络缓存技术在NDN架构。因此,内容检索下降的平均跳数的增加数量的消费者在图的内容19。它也可以观察到,巴基斯坦空军的平均跳数小于该DMIF,由于内容消费者总是选择最近的提供者在拥堵的目的地。DMIF,体重因素意味着只有跳数是在选择货代。然而,DMIF仍有一点比拥堵的平均跳数,因为跳数计算算法1基于所有跳指标的权重。

在图20.,该DMIF能量平衡率和更平衡的能源消耗比巴基斯坦空军由于以下三个原因:(1)的平均能耗DMIF低于一个拥堵;(2)指标聚合算法1是基于每个邻居的指标的权重;(3)体重的因素有助于避免选择转发节点小残余能量的兴趣。另一方面,没有考虑灵活的模式转变,能源消耗在拥堵的平衡,从而导致更高的能源比DMIF平衡率。

5.3.3。对比DMIF BF-ED

最后,我们比较DMIF和BF-ED提出的总能量消耗和网络寿命数据21和22,体重因素和都设置为0.5。在这里,网络的生命周期从一开始就被定义为时间长度的模拟第一个节点的能源枯竭。实际上,图的信息21提出了在数据吗12和18。在本节中,我们让一个直观的图来说明DMIF关于能源消费总量的优势。它可以观察到,BF-ED只有洪水模式最能源消耗、最短的网络生命周期。的帮助下灵活的模式转变和能源意识到邻居选择,DMIF方案可以减少总能量消耗,延长网络生命周期明显比BF-ED和拥堵的人物21和22。

6。结论

在本文中,我们提出一个节能轮DMIF呼吁NDN-based兴趣转发方案。DMIF,两种结合转发模式(洪水模式和指令模式)可以转移灵活根据FIB查找结果,这样可以减少网络开销很大。此外,一些节能机制包括洪水控制范围,避免广播风暴、包抑制,和能源的体重因素提出了节省能源消耗和平衡。ndnSIM下的仿真实验表明,该DMIF方案优于基线计划在总能源消耗方面,能量平衡率,和网络生命周期。

作为未来的工作,我们计划进行理论分析和实际实验对提出的方案进行评估。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是由中国国家基础研究计划(973计划)资助。2013 cb329100,基础研究基金批准号下的中央大学2015 jbm004,国家高技术研究发展计划(863)资助下的中国没有。2015 aa011906,北京新星项目批准号下Z151100000315052,北京高等教育的年轻精英教师项目批准号YETP0532,中国全国NSF资助下号,61100217和61232017。