快速移动环境中上下文感知优化链路状态路由协议

快速移动环境中

第38卷 第6期2011年6月计算机科学ComputerScienceVol.38No.6June2011

快速移动环境中上下文感知优化链路状态路由协议

张 可 张 伟 李 炜 曾家智

(电子科技大学电子科学技术研究院 成都610054)1(电子科技大学计算机科学与工程学院 成都610054)

摘 要 提出了一种应用于快速移动环境的上下文感知优化链路状态协议CAOLSR(Context-awareOptimizedLinkStateRoutingProtocol)。CAOLSR采用了一种上下文信息机制,将节点间相对移动预测、前后访问时间以及节点连接度情况引入MPR(MultiPointRelays)选择,并设计了CAOLSR-MPR算法。此外,CAOLSR通过引入Fisheye减少了移动性对路由精度的影响。模拟实验表明,在节点快速移动与拓扑快速变化环境下与HOLSR(HierarchicalOpt-imizedLinkStateRoutingProtocol),OLSR(OptimizedLinkStateRoutingProtocol),DSDV(DestinationSequencedDistanceVector)相比,CAOLSR具有更为良好的性能。

关键词 快速移动,移动自组织网络,路由,上下文感知,多点中继中图法分类号 TP393 文献标识码 A

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Contex-tawareOptimizedLinkStateRoutingProtocolforFastMovementScene

ZHANGKe1 ZHANGWei1 LIWei1 ZENGJia-zhi2

(ResearchInstituteofElectronicScienceandTechnology,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina,Chengdu610054,China)1

(SchoolofComputerScienceandEngineering,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina,Chengdu610054,China)2

Abstract AnContext-awareoptimizedlinkstateroutingprotocolfornetworkswithfast-movingnodeswasproposedCAOLSR(Context-awareOptimizedLinkStateRoutingProtocol)adoptsacontext-awaremechanism,andselectsMPR(MultiPointRelays)basedonrelativemovementofnodes,recentaccess-timeandconnectionnumberofnodes,anda-doptsaspecialflowofMPRselection.Inaddition,bytheintroductionofFisheye,reducestheinfluencefrommobilityontheroutingaccuracy.ExperimentalresultsshowthatCAOLSRcanachievegoodperformanceandoutperformHOLSR(HierarchicalOptimizedLinkStateRoutingProtocol),OLSR(OptimizedLinkStateRoutingProtocol)andDSDV(DestinationSequencedDistanceVector)innetworkswithfast-movingnodes.Keywords Fastmovement,MANET,Routing,Context-aware,MPR

先应式路由协议(Pre-activeRoutingProtocol)[5]试图维护一种连续的、不断更新的、从每个节点到网络中其它节点的

路径信息,为了保持网络视图能反映网络拓扑的动态变化,各节点在全网发布更新信息。这类路由协议的主要代表有OL-SR(OptimizedLinkStateRoutingProtocol)[7-11],DSDV(Des-tinationSequencedDistanceVector)[12],STAR(SourceTreeAdaptiveRouting)[13]等协议,此外相关研究工作也非常多[14-16]。本文的研究主要集中在快速移动及拓扑迅速变化环境下先应式路由协议上。

本文第2节描述本文的动因以及采用的网络模型;第3节给出所提协议的详细设计;第4节进行仿真验证与比较分析;最后总结全文。

1 引言

在无人机网络中,各个节点之间平等通信,都有参与路由选择和数据传输的功能。由于无线节点数据传输范围的限制,通信节点之间往往需要中继节点来进行路由转发,因此可能同时被选择为主机节点和路由器节点,构成移动自组网(MobileAd-hocNetworks,MANET)[1-5]。

尽管国际上对自组网网络的研究已经开展多年,但是通常研究的网络中节点移动速率较慢,移动速率约几米到十几米每秒,而无人机的移动速度一般约几十米甚至上百米每秒。换言之,无人机与地面移动设备在速度上差别极大,从而造成了无人机网络拓扑变化过于频繁,由传统的MANET路由选择算法得出的路径信息有可能很快变得不可达,必须重新进行选择路由,严重影响了网络的性能。因此,有必要对无人机网络路由策略提出更高的要求,有针对性地开展相关研究[6]。

2 网络模型和问题描述

本文假设初始状态时,N个网络节点随机分布在一个

到稿日期:2010-07-11 返修日期:2010-11-14 本文受中央高校基本科研业务费专项资金(ZYGX2009J092),航空科学基金项目(20090580013),电子科技大学青年科技基金项目(JX0862),电子科技大学中青年学术带头人支持计划资助。

张 可(1979-),男,博士,助理研究员,主要研究方向为无线传感器网络、移动自组织网络等,E-mail:kezhang@;张 伟(1974-),男,博士,副研究员,主要研究方向为系统仿真技术;李 炜(1980-),男,博士,助理研究员,主要研究方向为无人机策略与网络;曾家智(1939-),男,教授,博士生导师,主要研究方向为新型网络体系结构。

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快速移动环境中

M@M的二维正方形区域内,所有节点的通信半径均为R。此外,假设该网络具有如下性质:(1)所有节点的运动规律符合RandomWaypoint[17]运动模型;(2)各个节点均明确本节点此次运动(停止之前)的目的点;(3)通过全球定位系统GPS(GlobalPositioningSystem),各个节点可获知任意时刻自己的当前位置坐标信息;(4)每个运动节点都拥有充足的能量以及计算资源;(5)节点的无线发射功率固定不可控;(6)在所有节点部署完成后执行一个时间同步算法,让所有节点保持时间同步。

一个高效的适用于无人机网络等快速移动环境下的MANET优化链路状态路由协议应该具有以下特点:(1)维护一种连续的、不断更新的、从每个节点到网络中其它节点的路径信息,保持反映网络拓扑的动态变化;(2)MPR选择策略高效可靠,能够及时对网络拓扑变化情况做出反应或者预测;(3)能够综合考虑影响路由协议性能的多个因素,对MPR的选择得到最全面的估计;(4)合理数量的链路控制信息,在保证路由性能的同时,控制网络中链路控制信息的发送,减少网络中失效冗余信息。

目前对于优化链路状态路由的研究,已有工作不能同时满足上述4个要求。例如在Fast-OLSR[7]协议中,通过在高速以及低速情况下分别发送不同的fast-HELLO与HELLO消息,当速度较快时,将造成网络负载的急速增加,影响网络性能。G-OLSR[8]协议虽然将拓扑结构与地理位置相结合,但是主要应用于建立分层通信结构的网络,同时对于拓扑快速变化情况考虑不足。在HOLSR[10]中,虽然考虑了通过Fisheye技术控制链路控制信息,通过错误路由补偿算法(ERC)增加了路由的可达性,但是缺乏对拓扑变化情况的动态预测,同时缺乏对影响MPR选取的综合因素考虑,存在一定的局限性。此外,还有大量工作集中在对MPR的选择采用如遗传算法[15]等数学手段进行考虑,取得了不错的效果,然而由于其研究重点及角度的不同,并不能在如无人机网络等特殊应用中均取得良好效果。

为了更好地解决以上问题,提出了一种符合上述4个要求的上下文感知优化链路状态协议CAOLSR。下一节将具体描述CAOLSR协议思想。

n2的多个HELLO消息,HELLO消息携带自身的GPS位置以及时间戳信息。通过这些信息,n0可以计算出与n1以及n2之间的相对运动趋势,得出n1运动远离n0,而n2运动靠近n0。节点运动远离,通信概率必然下降,反之当节点相对运动靠近,则通信概

率必然增大。

图1 节点间HELLO消息交互示意图

假设存在节点M与节点O做相对运动,因为只需研究节点之间的相对运动,因此可以设定节点O为坐标原点且固定不动,M节点对于节点O做相对运动,则相对运动可以视为直角坐标中节点的绝对运动,用于研究节点M与节点O之间的通 …… 此处隐藏：3977字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……