一种区分路由频次的移动无线自组织网络混合路由协议

2017-01-07 02:56李旭何浩雄彭进霖宋顾杨邵小桃
兵工学报 2016年12期
关键词:数据包路由时延

李旭, 何浩雄, 彭进霖, 宋顾杨, 邵小桃

(1.北京交通大学 电子信息工程学院, 北京 100044; 2.北京跟踪与通信技术研究所, 北京 100092)

一种区分路由频次的移动无线自组织网络混合路由协议

李旭1, 何浩雄1, 彭进霖2, 宋顾杨1, 邵小桃1

(1.北京交通大学 电子信息工程学院, 北京 100044; 2.北京跟踪与通信技术研究所, 北京 100092)

随着移动无线自组织网络在编队通信、应急通信等领域的广泛应用,越来越多的应用场景呈现路由使用频次不同的现象,对此现有按需路由协议和主动路由协议固定不变的路由维护策略无法高效适用。面向路由使用频次不同的应用场景,基于按需距离矢量(AODV)路由协议,设计并提出了一种按需策略和主动策略相结合的混合式路由算法,即通过源节点对每条路由使用频次的评估,将路由划分为高频次路由和低频次路由。对于高频次路由,运用主动策略维护;对于低频次路由,则运用按需策略维护。通过定性分析和仿真验证得出,相比AODV协议,该算法将数据包的端到端平均传输时延降低约20%.

兵器科学与技术; 移动无线自组织网络; 混合路由; 按需距离矢量

0 引言

移动无线自组织网络(MANET)根据路由发现策略,分为主动式路由和按需路由。主动式路由实时地维护全网中的路径,为网络中的数据包提供了尽可能多的路由信息。然而,大量的控制开销使得主动路由在自组织网络中占用太多的传输带宽资源,这对于存在带宽瓶颈的网络是极为奢侈的。按需路由的出现在很大程度上解决了主动路由高开销的问题。在按需路由中,业务数据的产生会激发相应路由的寻路过程。并且在数据传输过程中,路由的维护也是按需进行的,即业务数据的停止也会引起路由维护的终止,不会产生过多的控制开销。

随着自组织网络按需距离矢量(AODV)路由协议[1]、动态源路由(DSR)协议[2]等按需路由协议的普及和研究,其暴露的问题也越发的明显,即按需的机制会在很大程度上增大一部分数据包的端到端传输时延,并且引起时延的较大波动。文献[3-4]分别针对几种不同的按需路由协议和主动路由协议进行了较为全面的仿真比较,提出了各自的适用场景。然而,这两篇文献并没有提出一种更为高效的路由算法。文献[5]提出了一种对按需路由的改进算法,通过检测接收数据包的能量信息预测路由的不可用,进而以主动的方式对当前路由进行修复。但此算法仍然没有解决反复寻路带来的时延损耗。文献[6-7]设计了类似文献[5]的路由策略,实质上也仅仅是运用主动的策略加快路由修复过程。文献[8-10]分别提出了几种有关路由缓存的优化策略,这在一定程度上可以减少路由寻路的次数。但在某些拓扑变化较快的应用场景下,这些算法的适用性较低,并且无法保证当前路由的最优性。

为了平衡网络的时延以及开销,不少的国内外相关学者对混合路由进行了研究。文献[11]提出一种结合AODV和目的序号距离矢量(DSDV)路由协议的混合式路由算法,在两跳范围内采用DSDV协议维护路由,两跳之外采用AODV协议建立路由。文献[12]提出了一种双区域混合式路由协议,在区域内执行主动路由策略,在区域外执行按需路由策略。类似的,文献[13]将两种路由进行了结合,在区域内运用优化链路状态路由(OSLR)协议,在区域外运用AODV协议。上述几种算法都是在一定范围之内使用表驱动路由协议,范围之外使用按需路由协议,没有考虑在区域内或者区域外路由对不同业务的适应性。

文献[14]在针对区域路由协议(ZRP)在重叠区域重复接收路由控制消息造成的资源浪费问题,提出一种分层的区域路由协议(HZRP),通过选举群首的方式减少重叠区域范围,但是算法没有考虑到这种类似分簇的方式对不同业务的适应性。文献[15]是一种以节点划分的混合路由算法,该文将节点划分为普通节点和特殊节点,通过特殊节点对普通节点的控制实现按需策略和主动策略的结合。但该算法中的节点身份固定不变,无法适用于动态变化的业务应用场景。文献[16] 提出了一种基于阈值的混合路由协议,它支持移动节点选择性地运行路由协议,但算法中节点为了更好地选择路由协议需要监测网络流量情况,且阈值难以动态的适应。文献[17]以节点的寻路次数作为依据,用主动更新路由表的方式维护那些高频寻路的路径,这在动态变化的业务场景下存在一定的适用性。但该算法实质上仅仅是一种路由缓存的优化策略,在拓扑变化较快的场景下无法保持路由的最优性。文献[18]提出一种基于非均匀分簇的混合路由算法,该算法将网络分成不均匀的逻辑簇,并且在簇内使用树路由、簇间在树路由无效时采用一种改进的AODV算法。但该算法目的是解决网络中节点耗能不均衡的问题。

基于以上分析,本文将基于AODV路由协议,针对动态变化的业务应用场景,设计一种更加高效的混合式路由算法:按需和主动策略结合的AODV(POHR-AODV)路由协议。在此算法下,以主动的策略维护网络中被高频使用的节点间路由,以按需的策略维护网络中使用频率较低的路由,以此来提高网络的性能。必须说明的是,本文的设计思路不仅仅适用于AODV,而且可以有效地应用于其他路由,具有较强的适用性。

1 路由频次不同场景下AODV路由协议存在的问题

1.1 路由频次不同场景的特点

1.1.1 存在中心节点

中心节点即为业务的汇聚节点。相对普通节点,网络的中心节点往往存在较高的数据流量。

图1 编队通信Fig.1 Formation communication

图1为一个简单的编队通信场景。在编队通信中,各单兵节点需要接收指挥官下达的命令,并且常常要向指挥官汇报情况。在此情况下,指挥官所在节点参与的交互数据流数量最多,并且数据流量最大,因此可以称作一个中心节点。

1.1.2 高频次路由和低频次路由

在Ad Hoc网络中,每两个节点间的通信量、通信时间、以及通信频率往往是不均等的。在一段时间内,网络中会存在某两个节点经常有数据交互的需求,而其他节点间数据交互微乎其微的情况。在这里将前者定义为高频次路由,后者定义为低频次路由。

在编队通信应用场景下,指挥官作为一个中心节点,其产生或者接收的数据流的交互频率一般较高。所以在该网络中,典型的高频次路由有:单兵1-单兵2-指挥官;单兵2-指挥官;单兵3-指挥官;单兵4-指挥官。低频次路由有:单兵1-单兵2-单兵3;单兵1-单兵2-单兵4;单兵3-单兵2-单兵4等。

1.2 AODV路由协议存在的问题

1.2.1 反复寻路的问题

在AODV路由协议中,路由的保持是以生存时间作为界定的。若在一条路由的生存时间内没有传输数据,则该路由失效,之后再下发数据则需要重新进行寻路。在该机制下,发往某节点的数据包到达时间间隔大于其路由生存时间的几率越大,则越容易出现反复寻路的状况。单纯地增加路由的生存时间可以在一定程度上减少按需路由的寻路频率,然而在节点移动的场景下,这可能会造成无效路由的存在或者当存在更优路由的时候无法更新。

1.2.2 无法保证最优路由的问题

在传统的AODV协议中,在路由有效期间是不会寻找更优路由进行切换的。举例而言,如图2所示,之前的路由为0→1→2→3. 当节点4移动到0节点和3节点的通信范围内时,网络中已经存在跳数更优的路由:0→4→3. 在AODV协议下,路由还会保持0→1→2→3进行数据传输,而没有进行更优路由的切换。

图2 拓扑变化引起更优路由Fig.2 Better route caused by topological change

1.3 其他路由协议存在的问题

由于按需路由协议在路由策略上鲜明的特性,其他的按需路由协议(如DSR协议等)一般也都会存在反复寻路和无法保证最优路由的问题。另一方面,对于大多数主动式路由协议而言(如DSDV协议、OSLR协议等),其在动态变化的业务场景下也会暴露出较为明显的问题。即当网络中存在中心节点并且存在较为明显的高低频次路由差异时,主动路由策略在所有节点和所有路径上花费的控制开销是基本等同的。假设一个极端的情况,一个拥有30个节点的网络中只存在一条活跃的传输路径(有传输的数据包)。那么在主动式路由策略下,却要花费大量的控制开销去维护几百条从来没有用到过的路由,这明显浪费了过多的信道资源。除此之外,文献[11-16]中提出的几种混合式路由算法虽然可以在一定程度上平衡网络的性能和开销,但却无法对高频次路由和低频次路由做出高效的处理,不太适用于本文研究的在动态变化的业务应用场景。

下文将提出一种混合式AODV协议:POHR-AODV协议。在该算法中,节点通过前一时段的路由有效时长和寻路频率判断一条路由是高频还是低频,并且用主动的策略维护高频次路由,用按需的策略维护低频次路由。通过理论分析和仿真验证,该算法在动态变化的业务下可以在很大程度上解决以上现有路由协议存在的问题,提高系统的性能指标。

2 POHR-AODV协议

2.1 主动策略与按需策略的判别

在Ad Hoc网络中,一组{源节点,目的节点}可以唯一确定一条路由。当判断一个源节点到一个目的节点之间的路由为高频次路由时,POHR-AODV路由协议试图主动地维护它以此来提高网络性能。一条路由是否高频,这与两个因素有较为直接的关系:一定时间内路由的有效时间总长度(设为t)和一定时间内的寻路次数(设为f)。把整个时间轴分为以T为周期的时间段。以时间T为单位,在源节点分别统计t和f. 源节点通过统计建立路由到删除路由的时间总和获得有效时间总长度t,如果时间T内路由建立了两次,那么有效时间总长度t就是两段时间构成;源节点通过统计成功建立路由的次数获得寻路次数。用t和f的统计结果来决定下一个T内的路由策略(是按需模式还是主动模式):

(1)

式中:tth和fth为阈值。

在不考虑链路状态变化因素时,对主动路由协议DSDV协议、按需路由协议AODV协议和本文提出的混合式路由协议POHR-AODV协议的路由维护开销进行如下分析:

DSDV协议的路由维护主要是通过周期性的控制消息将路由信息广播给邻居节点,则其不考虑链路状态变化因素下的路由开销为

(2)

式中:Tc表示主动维护的周期长度;N表示网络中节点的总个数。

AODV路由协议的开销可以分为第一次建立路由的开销、周期性发送Hello消息的开销和业务包到达时间间隔太大引起路由失效所产生的开销三部分。

在第一次建立路由时需要广播RREQ(路由请求)消息,如果网络中存在N个节点则RREQ消息会传递给每一个节点。当目的节点收到RREQ消息之后进行RREP(路由应答)消息回复时,建立的路由有几跳就需要传递多少个包,因此第一次建立开销为

CE=N+h,

(3)

式中:h表示成功建立路由的跳数。

周期性发送Hello消息的开销为

(4)

式中:THello表示Hello消息的发送周期。

假设网络中的业务服从到达速率为λ的泊松分布,根据泊松分布性质可知,两个业务数据包之间的到达时间间隔服从参数为λ的指数分布,因此可以得到在单位时间T中因业务包到达时间间隔大于路由有效时间引起的路由寻路次数为

f=h·(e-λTs-e-λT),

(5)

式中:Ts表示路由的有效时间。

每一次路由失效都会引起重新寻路,因此第三部分的开销为

CR=h·(e-λTs-e-λT)·(N+h),

(6)

所以AODV路由协议的维护开销为

Con-demand=CE+CH+CR.

(7)

根据上面的分析可以得出,在本文提出的混合式路由协议POHR-AODV协议在主动模式下的路由开销为

(8)

由第一次寻路的开销和周期性维护的开销两部分组成。被动模式下的路由开销为

Cpo=(N+h)+h·(e-λTs-e-λT)·(N+h).

(9)

由第一次寻路的开销和业务包达到时间间隔大于路由有效周期引起的重新寻路开销两部分组成。根据(5)式可得

Cpo=(N+h)+f·(N+h).

(10)

当Cpa小于Cpo时,就应该切换到主动模式,因此得到

(11)

假设在单位时间T内除了路由失效之后重新建立路由的时间外,路由均存在并处于有效状态,则t可以为

t=T-f·2(h·Tb),

(12)

式中:Tb表示路由消息传输和处理的时延。

因此得到

(13)

在20个节点的网络中,针对一个5跳的路由进行阈值tth和fth的计算。单位时间T为1 000 ms,主动维护周期为100 ms,路由消息传输和处理的时延为10 ms,得到fth为2,tth为800 ms. 也就是说,在1 000 ms内如果有一个路由进行两次以上的寻路,或者路由的有效时间总长度超过800 ms,在下一个1 000 ms内就应该采用主动模式,否则继续使用按需模式。

文献[19]为了解决由于节点移动导致的重新寻路问题提出一种基于AODV协议的路由维护机制,网络中的节点需要周期性的去维护备份路由。这种改进还是按需的一种维护,所以数据包到达时间间隔大于路由有效期这种情况还是无法避免的。从上面的分析中可以看出,在主动维护策略下,周期性的维护可以避免数据包到达间隔对路由的影响。并且主动的维护可以加快路由的更新速度,所以本文中主动和按需结合的维护方式在节点移动和数据包容易出现较大到达间隔时更优。

2.2 主动模式下的路由

在刚刚过去的时间T内,当源节点根据上文的方法判断出某条路由为高频次路由时,即可将该路由的维护方式切换为主动模式。在主动模式下,源节点和目的节点分别有不同的处理。

2.2.1 源节点处理

在传统的AODV协议中,存在着3种路由控制消息:RREQ、RREP和RRER. 在本文设计的方案中,增加一条控制消息RCHA(路由切换模式),源节点利用此消息通知目的节点进行主动模式和按需模式的切换。RCHA消息格式如图3所示。

图3 RCHA消息格式Fig.3 RCHA message format

Type:控制消息类型,6.

Mode:下一个T内的路由模式(主动或者按需)。

Hops:从源节点到目的节点路由的总跳数。

Mode Lifetime:路由模式的有效时间。

在源节点判断出下一个T内该路由将使用主动路由策略之后,首先查询当前路由是否有效。根据路由是否有效,分别有两种处理:

1) 当前路由有效时:源节点发送RCHA消息到目的节点来通知目的节点将路由切换至主动模式。RCHA消息中的Mode置为1,表示主动路由。Mode lifetime设为T.T可以是一个在全网的定值,也可以在一定范围内不同的路由选取不同的值(Tmin≤T≤Tmax)。与其他3种控制消息不同的是,RCHA消息在中间节点不进行处理,承载RCHA的IP包中的目的地址字段为路由的最终目的,生存时间ttl为路由总跳数。

2) 当前路由无效时:当查询到路由已经过期时,首先需要激发路由的寻路。可以选择在寻路成功之后再发送RCHA消息,但这种方式显然是效率低的,因为控制消息要发送两次。所以对RREQ消息进行简单的修改,加入P标志。源节点广播带有P标志的RREQ(RREQ-P),以此来完成寻路并告诉目的节点切换至主动模式。

源节点以时间T为周期判断下一个周期是否采用主动路由策略。也就是说,当前路由为主动时,源节点每个周期T都会发送一个RCHA消息(或者RREQ-P消息)通知目的节点下一个时间T内的路由策略。

2.2.2 目的节点广播RREP

目的节点维护一个统一的主动路由标志位:路由模式标志位。当它接收到源节点发送的RCHA消息或者RREQ-P消息后,将本节点切换至主动路由模式。进入主动模式的目的节点需维护一个主动路由的定时器,定时时间即为RCHA消息中的Mode lifetime字段。如果目的节点收到的是RREQ-P,则把定时时间设为Tmax. 在定时时间到达之前,如果收到新的RCHA消息,并且Mode字段为主动,则重新置位定时器,延长定时时间到Mode lifetime;若定时时间已到并且没有收到新的RCHA消息,则将主动模式切换成按需模式。

在主动模式下,目的节点将有一个特殊的任务:周期性广播RREP消息(传统的AODV协议中RREP是单播传输的),告诉其他节点“我在这里”。广播的RREP消息(RREP-f)的“Originator IP address”字段填写为广播地址(0xFFFFFFFF)。承载RREP消息的IP包ttl值设为之前收到RCHA消息中的“Hops”。网络中其他节点收到RREP后,更新本节点到达目的节点的路由,这当然也包括之前发送RCHA消息的源节点。所以目的节点广播RREP消息将会使得在“Hops”跳数内的节点都会实时性地维护到达该目的节点的路由信息,这在某些情况下是非常有好处的。即,当针对一个目的节点,同时存在多条到达该节点的高频次路由时,此目的节点选取收到的多个RCHA消息中“Hops”最大的一个跳数作为广播RREP的ttl值,这会在一次RREP广播中同时实现多条高频次路由的维护。这种新的方法会在网络中存在业务中心节点的场景下发挥最大的作用。

3 协议具体描述和定性分析

3.1 协议具体描述

该小结将描述POHR-AODV协议下一条路由运行的实例,主要描述该路由从按需模式切换为主动模式再切换为按需模式的全过程。

如图4所示,设源节点为0号节点,目的节点为3号节点。在网络建立之初,路由默认为按需模式。源节点0根据(1)式以周期T计算t和f值,并与阈值进行比较。当在某一时刻nT,0节点统计的t或f大于阈值时,0节点发送控制消息RCHA(其中Mode字段设置为1,表示主动模式),通知目的节点3进行路由模式切换。节点3收到RCHA消息后,将本地的路由模式标志位置为1(表示主动模式),自此以源节点为0,目的节点为3的路由从按需模式切换为主动模式,如图5所示。

图4 传统按需模式Fig.4 Traditional on-demand mode

图5 目的节点切换至主动模式Fig.5 Destination node switches to active mode

主动模式下,节点3周期性广播RREP消息(见图6),RREP中的“Originator IP address”字段填写为全F,IP包ttl值设置为所收到RCHA消息中“Hops”字段的最大值。在主动模式下,当节点4移动到节点3的通信范围内时,相比之前的路由0→1→2→3,出现了跳数更优的路由0→4→3. 此时,节点0将会同时收到来自节点1和节点4转发的RREP-f消息。由于来自节点4的RREP-f经过了2跳到达节点0,所以0节点将路由的路径从0→1→2→3更改为0→4→3,实现路由的切换,如图7所示。当某一时刻mT,0节点统计的t和f值都小于阈值时,0节点再次发送控制消息RCHA(其中Mode字段设置为0,表示按需模式),通知目的节点3进行路由模式切换。节点3收到RCHA后,将路由模式标志位置为0,停止广播RREP,恢复为按需模式(见图8)。协议详细流程图如图9所示。

图6 主动模式下目的节点广播RREPFig.6 Destination node broadcasts RREP in active mode

图7 主动模式下路由切换Fig.7 Routing switch in active mode

图8 目的节点恢复至按需模式Fig.8 Destination node back to on-demand mode

图9 协议流程图Fig.9 Flow chat of protocol

3.2 定性分析

POHR-AODV协议的核心思想是用主动的策略维护高频次路由,以此降低高频次路由上路由寻路的次数,改善网络中数据包的端到端平均传输时延。这实质上是牺牲一部分控制开销去维护具有较高利用频率的路由,提高了控制信道的利用率。POHR-AODV协议的最大特色是实现了主动模式和按需模式的动态切换,这种切换明显增加了该算法的适用范围。当网络中数据流量较低时,通过计算得出的高频次路由较少,POHR-AODV协议趋近于按需路由;当网络中数据流量较高时,通过计算得出的高频次路由较多,POHR-AODV协议趋近于主动式路由。POHR-AODV协议路由模式的动态切换使得按需策略在控制开销方面的优势和主动策略在端到端时延方面的优势发挥到最佳。算法中对t和f值周期性的统计使得路由模式的切换频率被控制在1/T以内,这有效地降低了由于模式频繁切换对系统性能造成的影响。对于一条路由而言,相比按需模式,主动模式往往会带来更多的控制开销。但当网络中存在较为明显的中心节点时,以该中心节点作为目的节点的多条路由却可以通过一次RREP消息的广播进行维护。相比按需路由中多次的RREQ广播寻路,这反而在一定程度上降低了控制开销。主动模式下目的节点对RREP消息的周期性广播带来的另外一个好处就是可以实现路由向最优路径的动态切换,这是按需策略无法实现的。

4 仿真分析

根据上文设计的POHR-AODV路由协议,基于NS2网络仿真平台,搭建具有动态变化的业务流的仿真环境对其进行性能分析。通过计算网络的端到端平均时延和控制开销,对比POHR-AODV协议、AODV协议、ZRP协议的路由性能。

4.1 仿真场景

NS2仿真中MAC层协议使用IEEE 802.11标准,基本的仿真参数如表1所示。

表1 仿真参数表Tab.1 Simulation parameters

除此之外,T设置为50 s,tth和fth分别设置为25和5. 根据3.1节中动态变化的业务流的特点,对CBR(恒定比特流)数据流进行特殊设置,产生动态变化的业务流场景。在10条CBR数据流中,将其中5条的目的节点设置为2号节点,再将另外5条的目的节点设置为3号节点。因此,2号节点和3号节点可以看做网络的中心节点。另外,对数据流的产生和结束时间进行特殊的设置,使得产生断断续续非均匀的业务流。

4.2 仿真结果分析

本文选择两个最常用的指标来评估协议的性能,它们分别是端到端平均时延和控制开销,具体计算方法如下:

端到端时延=收到数据包的总时延╱目的节点接收的数据包数;

控制开销=发送和转发的控制包数╱目的节点接收的数据包数。

如图10所示,从中可以明显地看出:1)相比传统的按需路由协议AODV协议,混合路由协议POHR-AODV协议将平均传输时延降低约20%;2)相比ZRP协议,POHR-AODV协议在时延方面也具有一定的优势;随着移动速度的增加,ZRP协议的时延增长较快,而POHR-AODV协议相对较为稳定。

图10 端到端时延对比Fig.10 End-to-end delay

POHR-AODV协议具有时延方面优势的主要原因是网络当中的高频次路由被主动维护,并且算法能够及时地将当前路由向更优的路由(跳数更少)进行切换。而ZRP协议是以区域划分的混合路由协议,在动态变化的业务场景下不具有针对性。

如图11所示,3种路由算法的开销对比:1)当移动速度小于10 m/s时,相比其他两种混合路由协议,AODV协议在开销方面有着一定的优势;2)当节点移动速率大于10 m/s时,AODV协议的开销增长幅度较大,而POHR-AODV协议的开销明显低于其他两种协议;3)POHR-AODV协议在开销方面优于ZRP协议。

图11 控制开销对比Fig.11 Control overhead

当节点移动速率较低时,传统的AODV协议几乎不需要进行路由的修复,按需路由在开销方面的优势较为明显;然而,当节点移动速度不断增大时,AODV协议的寻路过程不断增多,广播过程频繁。而对于POHR-AODV协议而言,中心节点的一次广播即可以完成多跳路由的更新与维护,这在很大程度上节省了控制包的数量,所以控制开销低于AODV协议。这是RREP广播机制所起的重要作用。相比POHR-AODV协议,ZRP协议网络中的各节点都会以主动的方式维护域内路由,所需的控制消息较多,所以开销相对较大。

5 结论

本文面向MANET中动态变化的业务应用场景,基于AODV路由协议,提出了一种按需和主动相结合的混合式路由协议:POHR-AODV协议。在POHR-AODV协议中,主动模式用于维护网络中的高频次路由,按需模式用于维护网络中的低频次路由。通过定性分析和仿真验证可以得出以下结论:在动态变化的业务场景下,相比传统AODV路由协议以及区域型混合路由协议ZRP协议,POHR-AODV协议可以在合理控制网络开销的同时,降低数据包的端到端平均传输时延。

References)

[1] Perkins C E, Royer E M. Ad-hoc on-demand distance vector routing.[C]∥The Workshop on Mobile Computing Systems and Applications. Menlo Park, CA, US:IEEE,1999:90-100.

[2] Johnson D B, Maltz D A. Dynamic source routing in ad hoc wireless networks[C]∥Mobile Computing. US:IEEE,1996:153-181.

[3] Razouqi Q, Boushehri A, Gaballah M, et al. Extensive simulation performance analysis for DSDV, DSR and AODV MANET routing protocols[C] ∥ 27th International Conference on Advanced Information Networking and Applications Workshops. Safat, Kuwait: IEEE, 2013:335-342.

[4] Feiroz Khan T H, Sivakumar D. Performance of AODV, DSDV and DSR protocols in mobile wireless mesh networks[C]∥2nd International Conference on Current Trends in Engineering and Technology. Chennai, India: IEEE, 2014:397-399.

[5] Goff T, Abu-Ghazaleh N B, Phatak D S, et al. Preemptive routing in Ad Hoc networks[C]∥7th Annual International Conference. New York, NY, USA:ACM,2001:43-52.

[6] Catalan-Cid M, Gomez C, Paradells J, et al. DEMON: preemptive route recovery for AODV in multi-hop wireless networks based on performance degradation monitoring[J]. EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, 2013:286(18): 4047-4064.

[7] Rokonuzzaman S M, Pose R, Gondal I. A warning based preemptive routing scheme for QoS maintenance in wireless ad hoc networks[C]∥Proceedings of the 6th ACM International Workshop on Performance Evaluation of Wireless Ad Hoc, Sensor, and Ubiquitous Networks. Tenerife, Canary Islands, Spain:ACM, 2009:27-32.

[8] Sakeena B, Eklarker R, Kohir V V, et al. QoS aware routing protocol to improve route maintenance in mobile ad-hoc networks[C]∥2013 International Conference on Emerging Trends in Communication, Control, Signal Processing and Computing Applications. Bangalore, India: IEEE,2013:281-285.

[9] Gupta S K, Sharma R, Saket R K. Effect of variation in active route timeout and delete period constant on the performance of AODV protocol [J]. International Journal of Mobile Communications, 2014, 12(2):177-191.

[10] Srinivasan P, Kamalakkannan P. Enhancing route maintenance in RSEA-AODV for mobile ad hoc networks[C]∥2013 7th International Conference on Intelligent Systems and Control (ISCO). Gulbarga, India:IEEE,2013:464-469.

[11] 彭忠全, 朱昌洪. 基于无线mesh网络混合路由协议的优化[J]. 大众科技, 2013(12):46-48. PENG Zhong-quan, ZHU Chang-hong. Based on an improved routing protocol for wireless mesh network[J]. Popular Science & Technology, 2013(12):46-48. (in Chinese)

[12] Wang L, Olariu S. A two-zone hybrid routing protocol for mobile ad hoc networks [J]. IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems, 2004, 15(12):1105-1116.

[13] Wu S, Tan X, Jia S. AOHR: AODV and OLSR hybrid routing protocol for mobile ad hoc networks[C]∥International Conference on Communications, Circuits and Systems. Beijing, China: IEEE, 2006:1487-1491.

[14] 张希婕. Ad Hoc网络混合路由协议的研究[D]. 北京:北京邮电大学, 2015. ZHANG Xi-jie. The research of hybrid routing protocol in mobile ad hoc network[D]. Beijing: Beijing University of Posts and Telecommunications, 2015. (in Chinese)

[15] Roy S, Garcia-Luna-Aceves J J. Node-centric hybrid routing for ad-hoc wireless extensions of the Internet[C]∥Global Telecommunications Conference. Santa Cruz, CA, US:IEEE, 2002:183-187.

[16] Nair R R, Gandhi S I. Performance analysis of threshold based hybrid routing protocol for MANET[C]∥International Conference on Signal Processing, Communication and Networking. Chennai, India:IEEE, 2015.

[17] Dargahi T, Rahmani A M, Khademzadeh A. SP-AODV: a semi-proactive AODV routing protocol for wireless networks[C]∥International Conference on Advanced Computer Theory and Engineering. Phuket, Thailand: IEEE, 2008:613-617.

[18] 白乐强, 王玉涛. 基于非均匀分簇机制的ZigBee混合路由算法[J]. 计算机应用, 2016, 36(1):81-86. BAI Le-qiang,WANG Yu-tao. ZigBee hybrid routing algorithm based on uneven clustering mechanism[J]. Journal of Computer Applications, 2016, 36(1):81-86.(in Chinese)

[19] 王帅. 一种基于相对移动性和链路稳定性的AODV路由算法的研究与仿真[D]. 上海:东华大学, 2015. WANG Shuai. A research and implementation of an AODV routing protocol based on relative mobility and links’ stability[D]. Shanghai:Donghua University, 2015. (in Chinese)

A Hybrid Routing Protocol for Differentiating Route Frequencies in MANET

LI Xu1, HE Hao-xiong1, PENG Jin-lin2, SONG Gu-yang1, SHAO Xiao-tao1

(1.School of Electronic and Information Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044,China;2.Beijing Institute of Tracking and Telecommunication Technology, Beijing 100094, China)

As a result of the widely use of mobile Ad Hoc network (MANET) in formation communication and emergency communication, the high and low frequency routes appear in real situations. In these scenarios, no matter what routing protocol is used, on-demand routing protocols or proactive routing protocols always use fixed maintenance strategy, and obviously none of them can bring their advantages into play. Regarding this scenario, a totally new hybrid routing algorithm is put forward based on Ad Hoc on-demand distance vector (AODV) routing protocol, which makes use of both on-demand and proactive strategies. In this new protocol, the high frequency route is obtained by estimating the traffic flow to maintain the frequently used route through proactive strategy and deal with the low frequency route with on-demand strategy. The qualitative analysis and simulation show that the new hybrid routing algorithm makes the end-to-end packet average transmission delay is reduced by about 20% when compared with AODV protocol.

ordnance science and technology; mobile Ad Hoc network; hybrid routing protocol; Ad Hoc on-demand distance vector routing

2016-06-20

国家自然科学基金项目(61371068); 国家“863”计划项目(2015AA01A705); 国家科技支撑计划项目(2014BAK02B04)

李旭(1970—), 女, 教授, 博士生导师。 E-mail: xli@bjtu.edu.cn; 何浩雄(1992—), 男, 硕士研究生。 E-mail: 14120067@bjtu.edu.cn

TP393.04

A

1000-1093(2016)12-2308-09

10.3969/j.issn.1000-1093.2016.12.017

猜你喜欢
数据包路由时延
二维隐蔽时间信道构建的研究*
民用飞机飞行模拟机数据包试飞任务优化结合方法研究
5G承载网部署满足uRLLC业务时延要求的研究
路由选择技术对比
《舍不得星星》特辑:摘颗星星给你呀
基于GCC-nearest时延估计的室内声源定位
路由重分发时需要考虑的问题
C#串口高效可靠的接收方案设计
基于AODV 的物联网路由算法改进研究
空基Ad Hoc路由协议研究