论文研究-车载Adhoc网络网关发现机制的改进.pdf

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车载Ad hoc网络是专用自组织网络中研究和应用最为活跃的领域, 其中如何实现车辆节点的Internet接入, 进行车载 Ad hoc网络网关的研究十分必要。主要分析了网关发现策略中主动式的网关发现机制, 对主动网关发现机制现存的问题进行了分析。同时针对车载Ad hoc网络的特殊性以及主动网关发现中链路双向通信建立时间过长、负载过大的问题, 设计了一种新型的网关发现策略R-AODVPlus, 并对该算法提出了路由开销计算模型。基于NS-2的仿真结果表明, 新的网关发现机制R-AODVPlus在时延和路由开销两个重要的性能指标上均有明显改善。
第8期 王磊,等:车载 Ad hoc网络网关发现机制的改进 3087 息创建一个使用该路山表的前驱列表。 车辆在2×2车道上运行,在经过转弯处时有一定的概率 c)网关节点收到各个节点的反向报文时,会根据报文中转弯,如图4所示,星型节点为网关节点所在地,其周期性地广 的 RREP ID字段的大小建立或更新到网内各个节点的前向路播网关通告给附近节点 由,至此网关和各个网内节点之间建立起了双向的通信链路, 为了能够正确对双冋链路建立的时延和网络负载进行仿 如图3所示。 真,本文在仿真中采用了TCP报文的业务类型。这是因 G 为尽管'CP在建立连接、传输数据、结束连接的过程中是以 种握手机制来实现的,但在TCP连接建立之后,就不会再 Dst: C Dst: G Dst: G Dst: G 出现建立连接的时延问题。因此本文采用建立多条TCP连 Next: B Next: B NtCe接,发送短小的TCP数据报文的方法对双向链路的时延进行 反向路由←—一反向通告 仿真。 网关通告—前向路由 图3网关双向链路的建立示意图 3.2仿真结果及分析 从图3可以看出,当网关收到反向网关通告报文时,就会 从图5可以看出.改进后R- AodVPlus的丢包率较原有的 建立起到各个移动节点的路由,不用再发起RREQ寻路过程,网关发现机制有所下降,但总体变化不明显。TCP报文的丢包 性能上会有较大的改善。 率并没有随着车Adhe网络节点密度的增大而増加,而是 2.2网关发现路由开销分析 始终维持在30%左右,这是囚为TCP报文有超时重传的机制, 文献[14]研究了网关发现开诮的计算模型。依据上述思导致丢包率可以较稳定地控制在一定的范围之内。 路,本文提出了改进的主动网关发现路山开销的计算模型。 定义1网络开销。节点泛洪广播消息时,参与中继该消 70. 息的节点个数与回复反向报文过程中所经历的节点个数之和 0. 定义为这次消息传递过程中网络产生的开销。 网关发出的广播消息报文( gateway advertisement packets 0.1 AoDVPhs GWADⅤ)到整个网络,该消息被节点传递过程中产生的网络 开销就是N1,N+1表示该条 GWADV被N个节点转播加 80100120 nodc number 上第一个消息是由网关木身产生的。n表小 GWADV的发送 图4节点移动场景的设置 图5丢包率比较 速率;P为每条通信链路的长度,即包含的节点薮日。囚此改 如图6所示,改进后的R-AODⅤPus控制报文开销明显降 进的 AODVPlus的路由开销可以表示为 低。这是因为在反向网关报文的回复过程中,建立或更新了到 cost 2P,+AgiN FW+iGl (2)网内各个节点的前向路山,使得网关节点与车载网络内部节点 将NP1代入,即 建立迕接时无须重新发起路山请求,大大降低了控制报文的 数量 H=∑P+1m1(NFw+1)NeW 改进后的网关发现机制中,双向链路通信时延有了明显的 3仿真 降低,如图7所示。这是由于在改进后的R- AODVPlus中,网 关在接收到反向通告的同时就创建」双向通信链路,大须重新 3.1评价指标与仿真场景的设置 发起到网终内部节点的路由请求重新寻路,大大缩短了通信建 1)评价指标 立时间。因此较 AODV Plus的时延性能有了明显的改善。 丢包率( packet drop ratio)。它为应用层目的节点未成功 接收的数据包与源节点发送的所有数据包之比。如何尽量减喜0 0.025 ↑→+- 小丢包率是每个网关发现协议考虑最多的问题。 E0.6 0.02 0.015 路由开销( routing overhead)c它为在仿真吋间内,发送的 0.01 0.005 賢由控制报文总数与发送的数据报文总数之比。此指标反映 0100120 80100120 了网络的拥塞程度,开销越大,拥塞程度域高 端到端时延( end to end delay)。它是指数据分组从源节 图6路山开销比较 图7端到端时延比较 点到目的节点所需要的平均时间。此指标可以反映网关发现4结束语 协议性能的优劣。 2)仿真场景的设置 本文针对卞动网关发现机制中链路双向通信建立时间过 本文仿真的参数设置如表4所示。 长、负载过大的问题对传统的 AODVPlus进行分析,设计了 表4仿真环境的参数设置 种新型的网关发现策略R- AODVPlus,并建立了该算法的路由 场景大小 1000mx100o 节点的缓存队列 开销计算樸型。最后的仿真结果表明,R- AODVPlus在时延和 传播模型 节点最大速度 25m/s 移动模型 Manhattan模型 节点的传输半径 路由开销两个重要的性能指标上都有了明显的改善。在未来 仿真时长 业务类 TCP 的研究中,可以考虑将各个路由表项进行汇聚,减少路由表项 网关发现协议 AODVPlu, R-AODVPlus数据包大小 512 Byte MAC协议 IEEE 802.11 DCF 发包速率 的数量,特别是在网内节点数量较多时,可以大大降低网关节 节点数目 10-120 点占用的网络资源 (下转第3095页 第8期 朱孟贝,等:一种迮通性覆盖的无线传感器网络节点调度算法 3095 munications and Mobile Computing, 2003, 3(2): 271-290 [5 YE Fan, ZHONG G, CHE\G el al. PEAS: a robust energy con 85382 serving protocol for long-lived sensor networks C|//Proe of the 23rd ence on Distributed Computing Systems. Washing ton DC: IEEE Computer Society, 2003 [6. ZHANG H, HOU J C. Mainlaining sensing coverage and connectivity in large sensor networks[ J. Wireless Ad hoc and Sensor Net 5001500250035004500 works,2005,1(1-2):8 9-123 simulation time/ s 图4覆盖率要求为95%下对应时间关系 [7]蔣杰,方力,张鹳颎,等.无线传感器网络最小连通覆盖集问题求 解算法[J].软件学报,206,17(2):175-184 5结束语 L8 GUPTA IL, DAS SR, GL Q. Connected sensor cover: self-organiza 随着无线传感器网络的广泛应用,能量有效地保证网络 tion of sensor networks for efficient query execution[C]//Proc of ACM International Symposium on Mohile Ad hoc Networking and 连通性覆盖问题得到关注。本文在节点随机部署机制下,节 Computing. New York: ACM Press, 2003: 189-200 点采用基于概率联合感知模型,该感知模型相对于布尔感知 [9 CHEN Y, LIESTMAN A. Approximating minimum size weakly-t'on 模型可以更精确地描述网络覆盖能力;并在此基础上设计了 nected dominating sets for clustering mobile Ad hoc networks[C1// 一种基于连通支配集的节点调度控制算法(CnS- based ss- Proc of ACM International Symposium on Mobile Ad hoc Networkin CA)。该算法综合考虑节点剩余能量及距离因素等,在达到 and Computing. New York: ACM Press, 2002: 165-172 冈络感知覆盖率及网络连通要求下,启动尽量少的节点处于[10] Wan PJ, ALZOUBI K M, FRIEDER O. Distributed construction of 工作状态。仿真实验将CDS- based ssca与ASW算法进行比 connected dominating set in wireless Ad hoc networks[]//Proe of 对,虽然两节点凋度算法均通过选择部分节点处于工作状 IEEE INFOCOM. [S1.: IEEE Press, 2002: 1597-1604 态,有效地实现∫尢线传感器恻络连通覆盖和感知覆盖要11] YANG Yini-ying, CARDEL M. Adaptive energy efficient sensor sche 求,但CDS- based SSCA更有效地延长了网络的生命周期,较 duling for wireless sensor networks[ J]. Optimization Letters, 2010 好地达到了网络负载均衡。 (3):359-369 参考文軾: [12 INTANAGONEWIWATC, GOVINDAN R, ESTRIN D. Directed dif- [1 STOJMENOVIC I. 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