位置感知的性能分析基于网格的层次化移动Ad Hoc网络路由协议

文摘

本文层次路由协议的性能分析移动ad hoc网络(manet)称为位置感知基于网格的层次化路由(LGHR)执行。在LGHR,网络由不重叠的区域,每个区域进一步划分成更小的网格。尽管LGHR位置感知路由协议,链路状态路由的路由机制是相似的。协议克服的一些缺点等现有的基于地理位置的路由协议基于zone (ZHLS)和网格层次链接状态。详细分析LGHR路由协议的执行及其性能比较与上述协议。比较表明,LGHR比ZHLS更有效的存储开销和通信开销,而LGHR比电网尤其是场景更稳定的无线节点以非常高的速度。

1。介绍

移动ad hoc网络(manet)组成的无线连接节点形成一个动态自治网络。在manet,节点相互沟通没有任何集中的基站。在过去的几年中,许多MANET路由协议提出了研究人员,包括积极主动,活泼,和混合路由机制(1- - - - - -9]。区域路由协议(ZRP) (2]是一种反应机制的混合路由协议发起对地区间的路由和积极的战略执行内带路由。另一个现有的混合路由协议基于zone层次链接状态(ZHLS)提出了4)在区域中所有节点以对等的方式没有任何中央zone-head沟通。ZHLS,积极的链路状态路由机制是区域内执行和活性zone-search战略启动如果目标节点出现在不同的区域。这个路由机制的主要缺点是,网络中的每个节点使整个欧元区拓扑结构的路由信息,这是很昂贵的,以防大量节点的区域。没有一个集中的权威,每个节点一定会保持和更新路由表,即使它不是转发数据包。尽管ZHLS位置感知路由协议,GPS接收器的位置信息保存并不是利用有效的协议。例如,如果一个节点打算发送数据包到目的节点出现在同一区域,它利用内带构造路由表基于本地链路状态信息。但是如果目的在于另一个区,源节点开始被动zone-search策略获得目标节点的区域ID洪水包在整个网络。在这种情况下,如果该协议利用GPS接收器获得的位置信息,它可以节省大量不必要的消息淹没了整个网络搜索的区域ID的目的地。像其他基于地理位置的路由协议,一个节点可以很容易识别的区域ID目的地如果它知道它的物理位置。位置可以通过使用位置服务器,在其他基于地理位置的路由协议如守护神,网格,GPSR等等。

在网格10),这是一个位置感知反应路由协议,提出了一种基于网格的路由机制中,每个网格有一个网关节点和执行路由grid-by-grid的方式只有通过网关节点。网格的作者使用术语“网格”,而不是一个区域。网关节点通过预定义的网关选举机制当选。像所有被动路由协议、网格也有一个路由请求和路由应答机制,寻找发送数据包路由到目的地。这个协议的一个主要问题是网格尺寸越小。由于网关选举的主要标准是最短的距离从网格的中心,这是非常可能的网关节点离开网格非常频繁,因此,电网内的节点将启动网关选举过程一遍又一遍,使网络变得不稳定。网格协议不考虑任何其他网关选举的度量,例如,移动的速度和方向网关节点。此外,由于grid-by-grid方式执行路由和几个网格可以在一个节点的广播范围,包将需要几个额外的啤酒花,从而使协议效率低下。

最近,我们提出了一种位置感知基于网格的层次化路由(LGHR) [11manet)协议,解决上述问题ZHLS和网格路由协议,提供了一个更好的解决这些问题。在LGHR,网络中的每个节点知道自己的位置在GPS接收机的帮助。网络分为不重叠的区域,每个区域一个正方形的形式表示。每个区由一个集中控制节点称为领袖。领导者负责维护路由信息以及区域内路由决策。区进一步划分成更小的网格,一个节点被选为作为网关节点,负责向其他节点转发数据包。数据包路由gateway-by-gateway的方式。

在这篇文章中,我们执行一个广泛评估LGHR路由协议。我们首先分析协议的一个示例场景,然后与ZHLS和网格路由协议。执行与ZHLS进行比较,数值分析ZHLS和LGHR通信的协议评估以及存储开销。分析表明,LGHR方面的表现比ZHLS通信和存储开销由网络中的所有节点生成的。与网格LGHR也表现的比较分析其稳定性的网关选举开销。在网格中,选举机制只考虑节点的距离从网格的中心。当选一个网关节点,如果是最短的距离从网格的中心。一旦当选一个网关,它开始作为网关功能,直到它离开它的网格。如果网关移动网格,一个新的选举机制将开始和另一个节点将当选网关。LGHR,不仅距离选举的网格的中心被认为是网关,但一个节点的速度也考虑在内。 This means that a node is elected as a gateway whose relative distance is minimum as compared to the other nodes. The comparison is done by performing simulations for both the protocols. The stability analysis is performed by examining the effects of several parameters on the frequency of gateway elections in a grid.

本文的其余部分组织如下:部分2讨论了相关工作。LGHR协议讨论部分3用一个示例场景,而部分4详细论述了评价LGHR。最后,部分5总结了纸。

2。相关工作

与其他手机等移动无线网络和无线IP网络连接骨干和集中的基站,MANET有有线主干网和它有一个集中的访问点。一个无线节点行为作为主机和路由器。网络拓扑变化频繁的路径从源到目的地动态改变由于节点移动性。因此,寻找一个最优路线的目的地最低开销已经是一个具有挑战性的任务人员在过去的几年中。此外,有限的资源在带宽和功率等马奈的设计过程可靠和稳定的路由协议非常具有挑战性的任务。路由策略能够有效地利用有限的资源,它应该适应快速变化的网络环境。

一般来说,特设路由协议可以分为三大类,即:、主动、被动和混合路由协议。所有这三种路由协议可以持平或分层。此外,这些路由协议也可能位置感知或location-unaware。主动路由协议的基础上进行路由决策之前拓扑信息,这是由网络中节点提供。在反应式路由路径搜索点播时需要将消息发送到目的地。混合机制采用上述策略根据不同的标准和情况。这些三种路由协议的体系结构可以是持平或层次,它们可以位置感知或location-unaware。几个特设路由协议提出了研究人员在过去几年在上面的类别。location-unaware类别,DSDV [12],OLSR [3],TBRPF [13)主动平面路由协议,而明星(14)是一种主动的层次路由协议。AODV [9和安全域5)反应平面路由协议,而CBRP [15)是一种被动的层次路由协议。ZRP [2]是一种混合平面路由协议,而DDR [16]是一种混合分层路由协议。位置感知的类别,梦(1划分为积极的平面路由协议,而政治(7]和GPSR [6)反应平面路由协议。此外,网格(10)是一种无功分层路由协议,而ZHLS [4]是一种混合分层路由协议。特设路由协议的详细审查和分类可以在找到17,18]。可以找到其他一些最近的MANET路由协议(19- - - - - -28]。

3所示。位置感知基于网格的层次路由协议

在我们的位置感知层次路由协议中,介绍了领袖和网关节点。网络划分为不重叠的区域和一个中央节点称为领袖控制每个区域。领导者的责任是维护路由信息以及使区域内路由决策。区进一步划分成更小的网格,民选网关节点负责将数据包转发给其他节点。路由gateway-by-gateway的方式执行。工作的详细描述LGHR可以在找到11]。

3.1。LGHR示例场景

在本节中,提出LGHR协议是与ZHLS的帮助下一个例子。为此,考虑这样一个场景图所示1。领袖LGHR构造邻居表中节点基于节点发送的信息在一个区域。同样,每个区领导人将区邻近区域的连通性信息发送给所有的其他领导人。基于这些信息,创建一个带表。示例场景的邻居表如表所示1和带表如表所示2(一个)。你的邻居表包含所有节点的邻居节点信息。的位置也写在每个节点的邻居表,用于构建路由表。LGHR,任何节点,网关或nongateway,据说是一个邻居nongateway节点是否位于相同的网格的nongateway节点。因此,邻居信息发送的所有nongateway节点只包含你的邻居节点,躺在各自的网格。在表1可以看出,节点1只有两个邻国,即。节点2和3。节点2是一个网关节点,而节点3是一个nongateway节点。其次,邻居的一个网关节点可以在自己的网格nongateway节点和网关节点以外的网格,躺在其广播范围。因此,邻居信息发送的网关节点包含nongateway节点在各自网格以及所有连接的网关节点周围的网格。邻居信息发送的网关节点不包含在其他网格nongateway节点。例如,在表中1、节点5节点2,4,6,8作为邻国,节点4和6 nongateway节点在自己的网格,而节点2和8网关节点以外的网格。此外,节点7和9不是邻国,尽管他们躺在其广播范围。这样一个标准的优点是避免额外的信息被存储在你的邻居表。由于路由仅gateway-by-gateway的方式执行,nongateway节点只考虑这些节点作为他们的邻居,躺在各自的网格。上述标准的情况下大量节点的邻居节点在每个区存在。其他情况可能不同。大量的节点,另一个可能只能允许将邻居信息发送到网关节点的领袖。

网关节点并不一定发送网关,躺在他们的id相邻网格。你的邻居节点的广播范围内的网关,网关节点。可以有情况的邻居节点网关位于网格不相邻的网格。例如,在图1(一)19、节点不在于相邻网格的节点8但与节点8谎言无线电范围内,因此,被认为是它的邻居。同样的规则也适用于节点2和图10所示。这种gateway-by-gateway路由的优点是,虽然没有节点相邻网格,如果有一个网关节点的广播范围内一个网关节点,它仍然可以通过网关路由数据包。此外,如果网络中节点的数量增加,它将没有或很少影响路由性能。由于路线计算基于最短路径算法,计算路线总是最好的路线最短的距离的跳数。网格协议,执行路由grid-by-grid方式即使不相邻网格有网关,网关节点的广播范围内。因此,许多无用的啤酒花必须由每个数据包,使路由过程效率低下。

3.1.1。路由表结构

创建路由表基于最短路径算法根据目标节点的跳数。换句话说,选择一个节点作为下一跳节点,如果它有最小的目标节点的跳数。如果有情况超过一条路径可以有相同数量的啤酒花的目的地,然后在这种情况下,物理距离是考虑。由于每个节点将其邻居信息发送给领导也发送它的位置,两个节点之间的物理距离可以很容易地计算。因此,如果一个以上的路径与相同数量的啤酒花,可用最短的物理距离目的地将被选中。在图1(一)可以看出,如果节点8想要发送一个数据包到节点12,它有两个路径与相同数量的啤酒花,即。,一个通过19节点和其他节点10。在这种情况下,节点以来8选择10节点作为下一跳节点之间的物理距离8和12是短使用10节点作为下一跳节点比19。这可以从表确认2(b)。

3.1.2。分析路由条目

领导人在LGHR创建和维护内带和地区间的路由表的基础上,邻居和带表。网关节点存储路由表所提供的领袖节点但他们不让邻居和带表。此外,邻居和带表的基础上创建节点的连通性和带连接信息,几乎是类似ZHLS节点物流服务商和区域物流服务商,分别。因此,内带和地区间的路由表可以很容易地计算为ZHLS LGHR以及。当地的拓扑示例场景在一个区域如图1(一)。实线代表直接广播两个网关节点之间的联系。图1 (b)显示了完整的区域水平拓扑的九区。虚线告诉我们哪个区域连接到其他区域。考虑图1为例,分析了路由条目,它存储在节点物流服务商,区域物流服务商,地区间的内带路由表,以防ZHLS然后这些比较的条目存储LGHR领袖和网关节点。为目的的分析,一个条目是作为一个一行的信息存储在某些表节点。可能不同的字节总数在不同的条目。

ZHLS,每个节点存储节点的LSP区太阳能发电以及还维护内带和地区间的路由表,这是一个巨大的负担,节点。表2(b)显示了节点内带路由条目存储8和表2(c)显示了地区间的路由表条目存储在节点17示例场景图的基础上1。条目存储在这些节点的数量以及总条目存储在所有节点如表所示3ZHLS。基于分析,条目存储在所有节点的总数是2072。LGHR,领导者节点存储的邻居和带表内带以及地区间的路由表只有只有通过执行网关节点路由网关。边缘网关节点存储内带和地区间的路由表,而中间网关节点只存储路由表内带。表4表明LGHR商店只有829项在本例中为一个区域。推广的目的,如果假定节点均匀分布的数量在所有区域和网关的数量也同样的在所有区域,那么条目的总数9区将18648年的ZHLS和7461年LGHR。这清楚地表明,LGHR商店更少比总条目存储在ZHLS条目。

4所示。评价LGHR

在本节中,提出LGHR协议是与其他两个特设路由协议相比,即。,ZHLS和网格。与ZHLS在对比的情况下,数学分析ZHLS和LGHR执行。在此基础上分析,进行评价和比较的协议。数学分析中可以找到的细节(11]。的比较LGHR网格不能完全在所有方面,作为基本的路由协议都是不同的功能。网格是一种被动的路由协议,而LGHR是主动路由协议。常见的两种协议网关选举机制是在每一个网格。结果表明,该机制在LGHR提出更健壮和稳定所示的网格。

4.1。与ZHLS

评价,方程的数学分析中完成11使用)。拟议中的协议LGHR相比ZHLS存储开销和通信开销的生成。

以下4.4.1。存储开销

LGHR和ZHLS协议比较分别为9和16网关/区分析基于存储开销。的值区域的总数是在网络是16。节点的数量增加到1000年的整个网络。我们假设每个网格区域包含一个网关,网关节点是分开的边缘和中间网关节点。可以看出,当我们增加网络中节点的数量,数量的条目存储由协议也会增加。然而,LGHR执行在所有情况下都比ZHLS和商店比ZHLS较小数量的条目。分析结果如图所示2。这些结果为一个网关在每个网格。因此,即使在LGHR节点的数量增加,有一个非常小的增加数量的条目存储,作为nongateway节点不负责存储任何表。而在ZHLS,每个节点存储所有必需的条目,因此,有一个主要的存储开销增加协议增加节点的数量。数据,显示了存储开销的影响点的节点的数量是相同的协议。

4.1.2。通信开销

比较通信开销的拓扑创建ZHLS和LGHR协议如图3基于数学分析。图3(一个)展示了16个区和图比较3 (b)显示了25区网络中的比较。在所有情况下,所产生的通信开销LGHR比ZHLS要少得多。ZHLS的原因是,所有节点发送他们的节点物流服务商中所有节点区。同样,每个区太阳能发电被发送到所有节点。LGHR,节点区域只需要他们的邻居信息发送给领导节点。同样,带表也传播到只有领导者节点,网络中的所有节点。此外,领导者只将各自的路由表发送给网关节点。因此,拓扑创建的通信开销LGHR远小于由ZHLS生成。

4.2。与网格

LGHR的比较与网格执行协议分析的稳定协议的网关选举开销。在网格中,选举机制只考虑节点的距离从网格的中心。当选一个网关节点,如果是最短的距离从网格的中心。一旦当选一个网关,它开始作为网关功能,直到它离开它的网格。如果一个网关的网格,一个新的选举机制将开始和另一个节点将当选网关。LGHR,不仅距离选举的网格的中心被认为是网关,但一个节点的速度也考虑在内。这意味着节点当选一个网关节点的相对距离中心的网格是最低比其他节点。这个距离计算通过使用以下方程:

在这里,和的位置坐标吗th宣布节点,和网格的中心坐标,的速度吗节点。更多细节关于网关选举过程中可以找到11]。在协议,路由是由网关节点只和nongateway节点不负责其他节点转发数据包;因此,网关节点应该能够在网格的时间更长。如果网关节点移动网格很频繁,然后每次网关移动,一个新的选举机制将被执行。移动节点的移动速度较高,网关节点更有可能离开网格频繁。因此,该协议将在一个更稳定的工作方式,当网关选举过程是不经常执行的,这意味着网格内的网关节点停留的时间更长。使用这一标准,网关选举可以被认为是一个参数的稳定路由协议。

的比较是通过模拟执行协议。为了比较LGHR与电网仿真环境是开发和研究结果进行了分析。的稳定协议通过检查几个参数的影响,分析了在网关的频率在网格中选举。参数,(1)速度的节点,(2)在网格的节点数量,(3)网格的大小,和(4)仿真时间。对于所有模拟,初始化角度是150度。曲线参数α被认为是1。生成的节点和放置在一个固定大小的网格,然后在随机方向与给定的最大速度。每个模拟执行了5次,然后所有值的平均值。

4.2.1。准备速度和节点数的影响

为了分析速度的影响,模拟执行节点总数30,仿真时间五十台,和网格大小= 50×50。的结果保持的节点数量不变,增加速度如图4(一)。如图,通过增加的速度移动节点、网关节点选举的数量也增加的协议。这是因为如果节点移动速度更高,然后有一个高概率网格的节点会非常频繁。因此,将会有更多的选举协议的网关节点。为最大速度较低的情况下,这两个协议的执行几乎相同。随着速度的增加,选举的网格的数量开始增加。原因是在网格中,没有考虑到移动节点的速度,只有从网格的中心的距离是为了选出一个网关。另一方面,LGHR认为两个网格的中心的距离以及移动节点的速度选举一个网关节点。因此,LGHR,那些较低的节点当选网关节点速度和较短的距离从网格的中心,因此使协议更稳定。

对于第二种情况,以下参数保持不变,增加节点的数目:最大速度= 150单元,网格大小= 50×50,和仿真时间= 30单位。节点的最大速度保持不变150单元和节点的数量增加到100每网格节点。图4 (b)表明,通过保持速度恒定和增加节点的数量,LGHR执行比网格。对于节点等于100时,协议双方之间的差异变得越来越小。可以看出如果网格中的节点的数量很小,那么两个协议的区别很大。但随着网格中的节点数量的增加,两者之间的差异变得越来越小的协议。由于网格是一个非常小的区域的一部分,在网格中节点的数量可能会小。因此,提出LGHR协议执行比网格在这种情况下。结果在图中显示,尽管这两个协议的区别很小,100个节点,LGHR仍然执行比网格和即使在这种情况下更稳定。

4.2.2。网格大小和仿真时间的影响

为了分析网格大小LGHR和网格的影响协议,以下参数保持不变:总在网格中节点= 30,最大速度= 150单位,仿真时间= 20单位。图5表明,对于较小的网格大小,LGHR比网格更稳定,因为它有更少的选举。随着网格尺寸的增加,双方协议的性能变得相似,这意味着更大的网格大小,这两个协议在几乎相同的方式工作。如前所述,网格的大小通常远小于总大小的区域。因此,在现实的场景中,对于较小的网格大小,LGHR执行比网格。图中我们可以看到,对于较小的网格大小,更多的选举很可能发生,这是由于频繁网格的节点搬出去。另一方面,当网格尺寸很大,例如,在的情况下 执行单位,网关选举只在给定的模拟时间的5倍。因此,选举发生频率较低时网格规模很大。

可以看出仿真的持续时间也会影响网关选举的频率。对于这一分析,以下参数保持不变:总在网格中节点= 30,最大速度= 150单位,网格大小= 50×50。从图5 (b),很明显,仿真时间也会影响选举的数量在一个网格的协议。保持执行的模拟仿真时间10单位,然后增加到50个单位。可以看出即使仿真时间增加,LGHR仍然执行比网格。这是另一个指标的性能稳定LGHR在节点的情况下可能会出现在网络更大的时间。结果清楚地描述中使用的网关选举机制的有效性LGHR在使用网格。因此,该协议在一个更稳定的工作方式如果速度和距离网格中心的考虑而选举网关节点。

5。结论

在这项工作中,位置感知的详细分析基于网格的层次化路由(LGHR)协议和执行协议是与其他两个位置感知路由协议相比,即。,ZHLS和网格。执行与ZHLS相比,数学分析和基于分析,ZHLS和LGHR协议都是评估存储开销和通信开销。此外,增加节点的数量的影响以及区域的协议进行了分析。分析清楚地表明,LGHR执行比ZHLS的存储开销和通信开销由所有节点生成的。ZHLS使用混合的方法,这可能是合适的如果有少量的网络中节点。然而,当节点增加,ZHLS带来巨大的通信开销作为区域主动把他们的所有节点链路状态包中的所有其他节点区。此外,它有一个活性zone-search机制,每次启动一个目的地是发现在一个不同的区域。在LGHR,因为只有合格的节点有足够的资源可以选择成为一个领袖,领袖的负担由于携带其他节点的路由信息可以被忽略。LGHR也与网格协议的稳定性。结果表明,LGHR比电网稳定通过考虑节点的位置以及它的速度在网格中选出网关。 In all cases, LGHR outperforms GRID routing protocol and works in a more stable manner.

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者想扩展他们的真诚感谢在沙特国王大学科研院长以来,沙特阿拉伯,它通过研究机构资助的研究项目。以序列- 214。

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