文摘
移动ad hoc网络(MANET)是一个混杂的多功能通信的节点没有任何固定的物理框架。马奈流行由于各种引人注目的功能,如动态拓扑,快速设置,多次反射数据传输,等等。这些突出的特性使马奈适合许多实时应用程序环境监测、灾害管理、秘密和作战行动。此外,马奈也可以结合云计算等新兴技术,物联网,和机器学习算法来实现行业4.0的视力。所有MANET-based敏感的实时应用程序需要安全的和可靠的数据传输,必须满足所需的QoS。在MANET,实现安全、节能的数据传输是一个具有挑战性的任务。完成这样的具有挑战性的目标,有必要设计一个安全路由协议增强了马奈的QoS。在本文中,我们提出了一个基于信任的多路径路由协议称为TBSMR提高马奈的整体性能。拟议中的协议的主要优势是它认为多个拥塞控制等因素,包损失减少,恶意节点检测、数据传输和安全加强马奈的QoS。提出了协议的性能进行了分析通过在NS2仿真。 Our simulation results justify that the proposed routing protocol exhibits superior performance than the existing approaches.
1。介绍
移动ad hoc网络(MANET)是各式各样的移动通信的节点没有任何固定的物理框架。马奈有很多引人注目的特性,比如不同的拓扑结构,快速设置,和多次反射无线通信。这些特性使得马奈适合各种时间敏感的应用程序(1,2]。特设网络呈现一个有前途的通信设施,基础设施很难建立。此外,马奈允许移动节点交换信息没有任何物理框架和管理活动。因此,这些网络是动态的、自组织和autoconfigure,允许在通信节点任意移动。马奈也在行业4.0中起着关键作用。这些网络与云计算等新兴技术可以扩展和集成技术,物联网,和机器学习技术开发智能自动化工业需求申请(3,4]。马奈的结构如图1。实现安全路由协议通过确保QoS MANET中是一项具有挑战性的任务,因为它动态拓扑结构(5- - - - - -7]。马奈促进开放的通信基础设施,通过它,任何通用的节点可以很容易地加入网络,参与数据传输(8]。这个开放的通信基础设施,引起马奈的安全漏洞(9]。
因此,在这样一个网络安全可靠的路由是很难完成的。一般来说,在manet路由协议分为三类基于他们的设计和路由过程:(i)主动路由协议,(2)反应式路由协议和(iii)混合路由协议。主动路由协议建立和维护路由表中所有的路线之前的沟通。这类路由协议的路由设置和路由维护任务是通过定期交换控制数据包。这些控制数据包的传输路由建立和维护导致在MANET路由开销。这些主动路由协议是适合小型网络。
与积极的协议,反应式路由协议建立路线只要节点要求他们。这个路由建立过程减少了网络开销,由于发生周期性交换主动控制数据包的路由协议。活性较低的协议可以确定一个最优路径封包延迟和网络开销相比主动路由协议。此外,被动路由协议应用于更广泛的网络。另一个类别的路由协议包括混合路由协议。这些协议混合主动和被动路由协议的好处。
临时按需距离矢量路由协议(AODV)是一种主要使用活性在MANET路由协议。许多研究人员进行自检AODV的性能通过考虑多种因素并确定各种原因导致安全漏洞。这个协议有以下缺陷:(我)没有任何机制来处理交通拥堵。(2)现有的协议不支持多路径路由。(3)容易受到各种安全攻击(10]。(iv)它没有任何预定义的机制来处理包丢失。(v)它没有任何机制来保证QoS。(vi)有缺乏力量优化的概念。
AODV是非常容易受到各种攻击,像黑洞攻击虫洞攻击,DoS攻击,等等。解决这些安全隐患,有必要提高AODV协议。
许多研究人员提出了不同口味的AODV协议来处理上述问题。但没有版本的AODV协议处理所有上面讨论的问题在一起作为一个单独的协议。因此,这个拟议协议的主要目的是提供一个安全、高效的路由通过减少数据包损失,从而提高马奈的QoS。在本文中,我们提出了一个TBSMR协议来执行路由通过考虑以下因素加剧了网络的效率:(我)路由处理交通拥堵。(2)通过可信安全路由节点。(3)多路径路由。(iv)包损失减少。
在MANET,包丢失的根本原因是有毒的节点和缺乏足够的电池供电的节点(11]。
拟议中的TBSMR协议集成了如上所述的所有属性提高马奈的QoS。
2。相关工作
2.1。马奈在行业4.0
马奈在4.0实现的愿景行业广泛使用。许多聪明的应用程序基于manet出现在各种领域自动化和监测活动。这种网络需要特别是地震等灾难情况下,飓风,洪水,飓风,将拯救生命的紧急信息和属性。这些网络时可以制定有精益物理通信基础设施的可能性。这些网络是连接人与继电器所需信息在紧急情况下,以防在澳大利亚最近的森林大火。MANET-based实时应用需求精确的时间敏感数据传输。还在紧急情况下,安全的避难点和逃生路线必须及时准确地传递给人们。许多现有的路由协议不强调这些约束。此外,现有的路由技术是基于底层参数;延迟、路由开销,带宽,等等。
许多研究者提出QoI-based源选择方案将对时间敏感的关键信息。Arsalaan et al。12提出一个低开销源选择方法和QoIT显式地考虑用户需求来确定一个最佳的来源,允许在紧急情况下的信息交换,通过避免瓶颈问题。
马奈与物联网的融合照亮另一种可能性的研究在智能无处不在的计算,特设网络实现智能城市的应用程序中起着至关重要的作用。智能城市各种领域的应用程序集成不同类型的应用程序,需要不同类型的消息交换。在这样的应用程序是一项具有挑战性的任务,因为路由节点的多样性和不同的信息结构。智能路由技术必须满足4.0行业的挑战。智能路由协议可以开发利用机器学习等新兴技术,bioinspired优化算法、软计算,等等。
3所示。现有算法的路由
AODV是一种明显在MANET活性协议使用。但是这个协议展品很多缺陷,第二部分中提到。为了克服这些缺陷,许多研究人员开发出许多AODV-based为加强网络路由协议的效率。本节强调最近口味的AODV协议提出提高QoS。
Bhagyalakshmi et al。13)提出了一个Q-AODV协议确定noncongested路线基于队列空置参数。这个队列空置参数用于减少参与路由的中间节点接触状态,从而减少控制数据包的传输。
Sarkar et al。14)提出了一个提高Ant-AODV协议马奈的最优路线选择。本协议采用蚁群优化概念的选择最优路线。在这种技术中,路由是通过计算所有可用的路径的信息素值。路径有最高的信息素值将用于传输数据包从源到目的地。
Jhajj et al。15]提出EMAODV协议来处理交通拥堵。该协议利用TTL参数避免RREQ的洪水包。这个TTL参数用于确定活动节点转发数据包。只有这些活跃节点用于转发数据包。与活跃节点,其他节点不应对RREQ数据包将被视为沉默和不参与路由节点。
萨勃拉曼尼亚et al。16)开发基于信任的AODV的数据包被发送通过可信的节点。一个节点的信任值大于阈值被视为一个值得信任的节点;否则,它被认为是一个不值得信任的节点。在这个协议,信任值是基于请求数据包的数量决定的,每个节点应答数据包,数据包转发。
Zhaoxiao et al。17)提出了一个节能意识EAODV协议的路径与低能源成本和数据传输的选择具有更大的能力。本协议使用一个优先级权重参数来预测节点的生命周期基于当前的网络流量。
表1概述了最近的现有的协议以及属性考虑实现QoS路由。在文学研究中,我们认为近期AODV-based协议开发克服AODV协议的缺陷,我们认为,许多研究人员认为只有少数特定方面扩展的AODV协议提高网络的效率。在系统的实现中,我们考虑不同拥塞控制等因素,恶意节点检测,减少丢包,可用节点电池能量包传输。我们考虑所有这些因素来实现该TBSMR协议通过它可以提高QoS。
4所示。提出的方法
拟议的可靠TBSMR协议功能三个阶段数据包传输。的三个阶段TBSMR协议如下:(我)线路接触阶段。(2)恶意节点检测阶段。(3)信息转发阶段。
这个提议TBSMR协议是一个修订版本的AODV协议。TBSMR协议克服了AODV协议的缺陷。TBSMR协议,恶意节点检测到每个阶段的沟通。此外,减少丢包机制也用于可靠的包交付。在这个协议中,伪RREQ由源节点广播在最初的路线启示的过程。这个假RREQ包包含一个假的目的地址和目的序列号。这个假RREQ包,只有一个恶意节点将应对RREP包声称它有目的地的最佳路线18,19]。这样,源节点识别恶意节点根据接收到的无效RREPs。识别恶意节点后,源节点传播这个信息到所有其他节点,这样恶意节点转发数据包将不考虑,脱离网络。这样,恶意节点检测和消除完成初期的沟通。以外的所有节点的恶意节点被视为可信或值得信任的节点。还在沟通,恶意节点检测并消除通过计算节点的信任值。如果一个节点的信任值小于阈值的信任值T打,那么这个节点被标记为一个恶意节点。节点的信任值计算Y基于信任对邻国的看法。假设节点X是一个邻居节点y节点X可以确定信托意见节点Y通过使用一个函数T(X,Y),T(X,Y)是三个参数的函数,在数学上表示为T(X,Y)=f(P(X,Y),N(X,Y),U(X,Y),P(X,Y从节点)代表成功的数据包传输X到节点Y;N(X,Y从节点)表示数据包传输失败X到节点Y;U(X,Y)代表最初设置为1的不确定性因素。值1表示该节点的不确定性因素X不确定节点的可信度Y。根据随后的成功或失败的包从节点X到节点Y,U(X,Y)将被更新18]。T(X,Y)是一个平均的三个参数,通常范围从0到1。获得的价值T(X,Y)代表节点X对节点的信任Y并将由节点X在它的路由表trust_val的节点Y。一个节点可信,它trust_val≥=0.6。股票网络中每个节点信任值定期与所有其他节点的邻居节点,这样,只有可信节点参与信息交流而trust_val < 0.6的所有节点将被视为恶意和消除网络。一个节点的信任值更新基于转发或丢弃的数据包数量代表其他节点。这个协议是高度可靠,因为它支持的传播承认后成功传输的数据包从源到目的地。当目的节点接收到的所有数据包从源节点,它发送博士(数据)数据包的源节点。从目标节点接收博士数据包后,源节点是整个路线作为受信任通过它传输数据包,收到了包博士成功。路线的信任值是表示如下:信任(路线)=成功的数据包传输/总包传输。
路线可信,信任(路线)值≥0.6。
5。路由处理交通拥堵
该协议支持多路径路由的概念。该协议允许源节点维护多个路由缓存中的目的地。这些由源节点使用多个线路发生堵塞或链接错误。在此提出的协议,目标节点可以接收多个RREQs相同的源节点的目标节点发送多个RREPs。从目标节点接收多个RREPs,源节点选择最好的路线基于跳转发的数据包的数量。备用路线向目的地将存储在缓存使用发送方的未来发生的堵塞或连接失败。备用到目的地的路径的存储在缓存中避免调用路由发现过程,避免了压倒性的选择路由数据包。在现有的协议,在路由过程中最短和最优路径选择发送所有的包,这可能导致交通拥堵的选择最优路线。因此,减少不必要的丢包发生,导致吞吐量。为了解决这个问题,我们提出了协议实现,这样只要选择最优路线拥挤,立即替代路径保存在缓存将被用于转发后续数据包的发送者。 In this way, load distribution is done by determining the status of congestion of each route.
在这个协议中,每个节点周期性地发送拥塞状态使用QS邻国(队列状态)字段你好包。确定每个节点的状态可用平均队列通过以下方程:
在这里,Wq队列重量和是一个常数(Wq从红色= 0.002,弗洛伊德,1997)和Instant_queue瞬时队列大小(1]。
如果Queue_Status < Minthresh表示没有堵塞。
如果Queue_Status > Minthresh and&Instant_queue < Minthresh表示可能是拥挤的。
如果Instant_queue > Minthresh,表明交通拥堵。
基于上述计算,QS字段被设置为0或1。这个QS域设置你好数据包并定期发送的每个节点的邻居。同时,传输一个数据包之前,检查每个节点的邻居节点的拥塞状态的传输非常感谢包。
6。减少丢包
一个节点可能丢弃数据包有意或由于缺乏足够的电池来转发数据包。这两种情况导致不必要的包丢失,导致网络吞吐量的退化20.- - - - - -29日]。
案例1。恶意节点故意丢弃数据包。一个节点被认为是恶意节点如果满足下列条件:(我)收到的数据包数量>转发的数据包数量(2)转发的数据包数量= 0(3)收到的数据包数量=转发的数据包数量和数据包大小的变化在所有情况下,正如上面提到的,一个节点被视为恶意节点。
案例2。包丢失在一个特定节点的另一个原因是缺乏可用电池供电来转发数据包。在这个协议,在数据传输之前,源节点状态的邻居的电池供电,通过发送DREQ包可用。接到DREQ数据包后,节点将其通过DREP包可用功率源。一个节点的可用功率或能量可以确定如下:
Thresh_Pow = 0.10Total_Power。其中Thresh_Pow表示阈值功率和Total_Power节点的电池能量。
如果任何节点的Avail_Pow≤=Thresh_Pow,那么该节点就不会选择源节点转发数据包。通过这种方式,一个节点较低能级将不会考虑数据包转发。源节点将选择另一个节点和复杂的数据传输能量。这个过程将提高数据包QoS可以提高交货率。
可靠的数据传递,这个提议的协议方案使用应答包的概念。每当源打算数据包发送到邻国,它将DREQ数据包发送给邻居请求其邻居节点的状态。如果邻居节点被激活时,它立即响应DREP包。接到DREP数据包后,源节点发送数据。源节点数据传输完成后,预计从邻居节点确认。收到数据后,你的邻居节点向源节点发送数据包博士。这个数据传输过程仍在继续,直到所有的源节点发送的数据包成功到达目的地。最后,一个应答包发送到目标节点的源在收到所有的数据包。一旦源目的节点的认可,它认为路线和路由的中间节点都信任,同时,信任值更新。通过这种方式,该方案保证了可靠的包传输通过最小化包丢失; hence, the throughput of the network can be intensified.
所需的步骤来完成数据传输的提议TBSMR如图2。在图2节点是源节点,路由到目标节点D通过中间节点发送数据包之前,源节点首先检查节点如果节点的信任值是一个可信的节点,它检查节点发送DREQ包的地位。收到DREQ,如果节点转发数据包的有足够的权力,并不拥挤,节点将与DREP立即回应。这样,数据包通过考虑节点的信任值,拥堵状态和复杂的能量可用性。
在包传输,一个恶意节点可能会反复向源节点发送DREQ数据包捕获数据包。当一个节点发送三个DREQ连续的数据包,它被标记为一个恶意节点的源,这信息传播到所有其他节点在一个网络。恶意节点检测的算法解释如下(算法1和2)。nrecv哪里收到的数据包的数量,nfowd代表数据包转发的数量,size_of_pkt意味着数据包大小。
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7所示。模拟和分析
分析这个拟议协议的性能,我们使用NS2仿真工具。表2表示参数考虑在NS2仿真。
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马奈的配方通过拟议中的协议如图3。拟议中的协议只允许可信节点之间的通信。评估拟议中的协议的性能,我们认为指标如PDR、PLR,平均端到端延迟和吞吐量。
7.1。数据包交货率(PDR)
它被定义为收到的数据包的总数之间的比例实际上发送数据包的总数。
7.2。丢包率(PLR)
它代表了在传输过程中丢失的数据包数量。这是数据包的总数的比值失去了收到的数据包的总数。
7.3。平均端到端延迟
它被定义为平均时间由数据包从源到目的地;这包括传输时间、传播延迟,排队时间和处理时间。
7.4。吞吐量
目的地接收数据的速度在单位时间在网络。它是用kbps表示。
图4表明该TBSMR协议展品PDR比现有的方法。
图5说明该TBSMR协议具有丢包率小于现有路由技术。
图6证明,提出的路由技术展览一个较低的平均端到端延迟相比与其他现有的路由方案。
拟议中的TBSMR协议具有更好的吞吐量比现有的路由方法被认为是在这项研究中,同样是描绘在图7。
表3恰恰表明,提出的路由技术优于通过考虑多因素加强马奈的QoS。
所有的模拟结果证明,提出的路由协议表现出更好的性能比现有的方法在提高QoS,使它适合实时应用程序。
8。结论
在这项工作中,我们提出了一种路由协议称为TBSMR增强马奈的QoS。适用于更广泛的网络和多因素考虑像拥堵,节点的信任值,并可用电池供电的节点在路由过程中,导致更好的性能与降低开销。此外,该提议的协议支持多路径路由,减少不必要的浮动控制数据包路由建立拥堵或节点故障。这个协议还确保安全通信通过检测恶意节点。我们的模拟结果证明该TBSMR协议提供了更好的性能在PDR、PLR,平均端到端延迟和吞吐量相比,现有路由技术。总的来说,这个提议TBSMR路由方法增强了MANET的QoS除了确保安全通信。
将来,我们强调安全算法的实现将加密,解密,区块链方法提供高安全马奈。
数据可用性
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的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。