基于節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)信息的鏈路穩(wěn)定路由設(shè)計(jì)及其仿真分析

葉海瑞 柏嵩 張偉偉 柯飛

摘 要：為MANETs路由構(gòu)建了通過(guò)節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的鏈路穩(wěn)定路由LDPR，利用節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)信息對(duì)鏈路生存時(shí)間進(jìn)行初步預(yù)測(cè)，同時(shí)加入了雙路由結(jié)構(gòu)。采用LDPR 路由來(lái)估計(jì)二個(gè)節(jié)點(diǎn)的鏈路連通時(shí)間時(shí)需考慮二個(gè)節(jié)點(diǎn)相對(duì)速度矢量。LDPR路由先對(duì)鏈路生存時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)，確保鏈路發(fā)生斷開(kāi)前使備份路由處于工作狀態(tài)。在路由被建立后，利用源節(jié)點(diǎn)來(lái)計(jì)算路由生存時(shí)間。參數(shù)優(yōu)化結(jié)果得到：當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)上升后，路由的開(kāi)銷(xiāo)率也不斷增大，吞吐量發(fā)生了減小，傳輸時(shí)延也更大。相比較AODV路由，LDPR路由的開(kāi)銷(xiāo)率以及傳輸時(shí)延都較低，吞吐量較高，可見(jiàn)提出的LDPR路由運(yùn)行效率更高。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)網(wǎng)絡(luò); 路由; 鏈路生成時(shí)間; 雙路由

中圖分類(lèi)號(hào)： TP393

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Abstract：A link stable route LDPR is constructed for MANETs routing by means of node motion data. The survival time of the link is preliminarily predicted by using node motion information， and a dual routing structure is added. When LDPR is used to estimate the link connection time of two nodes， the relative velocity vector of two nodes should be considered. The LDPR route first forecasts the link lifetime to ensure that the backup route is in working state before the link is disconnected. After the route is established， the source node is used to calculate the route lifetime. Parameter optimization results show when the number of nodes increases， the routing overhead rate increases， the throughput decreases， and the transmission delay increases. Compared with AODV routing， LDPR routing has lower overhead rate， lower transmission delay and higher throughput， so it can be seen that LDPR routing proposed in this paper has higher operational efficiency.

Key words：Mobile network; Routing; Link generation time; Double routing

0 引言

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)屬于一種去中心化的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，包含了多個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)[1-2]。在MANETs中不存在固定形式的基礎(chǔ)設(shè)施，是一個(gè)可以自發(fā)組網(wǎng)的自治系統(tǒng)，對(duì)于一些野外環(huán)境使用過(guò)程發(fā)揮著靈活作用。并且，MANETs中的節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)作為主機(jī)或路由，具有多種靈活的功能[3]。但在實(shí)際應(yīng)用中這些節(jié)點(diǎn)發(fā)生自由移動(dòng)時(shí)將會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)改變，從而導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)間產(chǎn)生明顯變化的通信鏈路[4-5]。針對(duì)上述情況，已有許多學(xué)者對(duì)MANETs路由協(xié)議開(kāi)展了多方面的研究工作。可以將目前的MANETs路由主要分成兩種類(lèi)型，分別為先應(yīng)式表驅(qū)路由與反應(yīng)式按需路由。

但是，當(dāng)鏈路發(fā)生斷裂或形成更短路徑的時(shí)候可能會(huì)引起路由重建的情況，此時(shí)采用AODV路由策略將會(huì)極大增加路由重建成本[6]。另外，在鏈路斷裂的時(shí)候再進(jìn)行路由重建非常容易造成數(shù)據(jù)包丟失的結(jié)果?？梢愿鶕?jù)鏈路連通的時(shí)間來(lái)體現(xiàn)鏈路是屬于連通還是斷裂的狀態(tài)。由此可見(jiàn)，先對(duì)鏈路連通時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)便可以更快完成對(duì)鏈路數(shù)據(jù)包傳輸?shù)呐袛?，從而獲得更準(zhǔn)確完成數(shù)據(jù)包的傳輸過(guò)程[7-9]。到目前為止，已有很多學(xué)者研究了關(guān)于鏈路預(yù)測(cè)方面的內(nèi)容。例如，文獻(xiàn)[10]根據(jù)不同節(jié)點(diǎn)之間的速度差來(lái)優(yōu)化AODV計(jì)算過(guò)程。選擇具有較低速度差的鏈路建立路由，使路由達(dá)獲得更穩(wěn)定的性能。文獻(xiàn)[11]深入分析了鏈路斷裂的各項(xiàng)影響因素，綜合運(yùn)用對(duì)鏈路時(shí)間的預(yù)測(cè)以及構(gòu)建路由的方式，同時(shí)加入了對(duì)鏈路進(jìn)行備份的過(guò)程。同時(shí)，還有文獻(xiàn)[12]報(bào)道通過(guò)冗余機(jī)制建立的AODV路由，將其稱(chēng)為PAODV，需要使用多路徑路由模式。文獻(xiàn)[13]利用插值多項(xiàng)式的方法對(duì)鏈路連通時(shí)間實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，在此基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)得到各節(jié)點(diǎn)剩余時(shí)間。

雖然上述各項(xiàng)方案都包含了鏈路的連通時(shí)間，同時(shí)對(duì)鏈路連通時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)使鏈路斷裂程度得到有效控制[14-16]。同時(shí)需注意在構(gòu)建路由的過(guò)程中，不能只單獨(dú)分析鏈路的連通時(shí)間，實(shí)際上許多因素都會(huì)對(duì)路由穩(wěn)定性造成一定的影響。根據(jù)以上分析，本文為MANETs路由構(gòu)建了通過(guò)節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的鏈路穩(wěn)定路由LDPR，可以利用節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)信息對(duì)鏈路生存時(shí)間進(jìn)行初步預(yù)測(cè)，同時(shí)加入了雙路由結(jié)構(gòu)。之后根據(jù)鏈路的生存時(shí)間來(lái)建立路由，利用達(dá)到最長(zhǎng)生存時(shí)間的路由進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而使路由運(yùn)行穩(wěn)定性獲得顯著提升。

1 LDPR路由

LDPR路由可以利用節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)信息對(duì)鏈路連通時(shí)間進(jìn)行估計(jì)。之后對(duì)鏈路長(zhǎng)度進(jìn)行估計(jì)。

1.1 鏈路連通時(shí)間

采用LDPR路由來(lái)估計(jì)二個(gè)節(jié)點(diǎn)的鏈路連通時(shí)間時(shí)需考慮二個(gè)節(jié)點(diǎn)相對(duì)速度矢量[7-8]。

總之，相比較AODV路由，LDPR路由的開(kāi)銷(xiāo)率，吞吐量以及傳輸時(shí)延都較低，可見(jiàn)本文LDPR路由運(yùn)行效率更高。

3 總結(jié)

（1） 采用LDPR 路由來(lái)估計(jì)二個(gè)節(jié)點(diǎn)的鏈路連通時(shí)間時(shí)需考慮二個(gè)節(jié)點(diǎn)相對(duì)速度矢量。LDPR路由先對(duì)鏈路生存時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)，確保鏈路發(fā)生斷開(kāi)前使備份路由處于工作狀態(tài)。在路由被建立后，利用源節(jié)點(diǎn)來(lái)計(jì)算路由生存時(shí)間。

（2） 當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)上升后，路由的開(kāi)銷(xiāo)率也不斷增大，吞吐量發(fā)生了減小，傳輸時(shí)延也更大。相比較AODV路由，LDPR路由的開(kāi)銷(xiāo)率以及傳輸時(shí)延都較低，吞吐量較高，可見(jiàn)本文LDPR路由運(yùn)行效率更高。

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（收稿日期： 2019.09.02）