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移动自组织网络中基于位置预测的贪心周界无状态路由改进算法

作者:未知

  摘 要: 针对移动自组织网络的工作机理、通信方式和应用,分析了基于地理位置的贪心周界无状态路由(GPSR)算法的路由协议.节点相对速度过快时,GPSR通信性能不稳定.考虑在原有协议的基础上,修改并实现了改进的贪心周界无状态路由(IGPSR)算法.IGPSR协议考虑了源节点、目的节点、备选中继节点的速度和方向,根据节点的当前速度,计算之后某一时间内节点的位置,以此确定最佳中继节点.仿真结果表明:当节点高速移动时,IGPSR协议比GPSR协议具有更低的丢包率.
  关键词: 移动自组织网络; 贪心周界无状态路由(GPSR)算法; 改进的贪心周界无状态路由(IGPSR)算法
  中图分类号: TN 929.52文献标志码: A文章编号: 1000-5137(2019)01-0070-05
  Abstract: This paper elaborated the working mechanism,communication mode and application of mobile ad hoc network.Besides,it analyzed the greedy perimeter stateless routing (GPSR) protocol based on geographic location.For the reason that the GPSR protocol may result in a higher packet loss rate because of high relative speed,this paper modified and implemented the improved greedy perimeter stateless routing (IGPSR) algorithm which took into account the speed and direction of the source nodes,destination nodes,and alternative relay nodes.The position of the node could be calculated and predicted with the current speed of the node,thus the best relay node was identified.Simulation experiments showed that the IGPSR routing protocol had a lower packet loss rate than the GPSR routing protocol when nodes moving at high speed.
  Key words: mobile ad hoc network; greedy perimeter stateless routing (GPSR) algorithm; improved greedy perimeter stateless routing (IGPSR) algorithm
  0 引 言
  贪心周界无状态路由(GPSR)算法是基于地理位置信息实现路由的一种协议.当节点需要向节点发送数据分组时,选择一个最邻近的节点作为数据分组的下一跳目标,并传送数据.该过程不断重复直到数据分组到达目的节点[1-2].
  LI等[3]为保证GPSR路由协议建立的链路稳定性,提出了一种结合节点关联强度预测和GPSR-R的混合路由协议.CLAUSEN等[4]分析了传统GPSR协议在城市交通条件下存在的缺陷,针对其链路质量低、投递率受速度影响大、低节点密度适应性差等问题,在GPSR协议的基础上提出了一种改进路由协议.
  上述研究都未考虑因节点的高速运动而导致其实际地理位置与所记录位置的偏差问题,节点间链路持续时间较短、易毁,会导致信息的传输成功率下降.针对这一问题,本文作者提出了改进的贪心周界无状态路由(IGPSR)算法,该算法考虑了源节点、目的节点、备选中继节点的速度和方向等因素,并根据节点的当前速度计算之后某一时间内节点的位置,并据此选择最佳中继节点.
  2 IGPSR算法
  考虑加入速度参數作为选择下一跳的另一指标,并且调节位置参数与速度参数的权重,以适应不同节点密度下的路由转发情况.原GPSR协议中的报文包含节点IP地址和地理位置信息,在IGPSR协议中,则需额外添加节点的运动速度信息.
  节点的运动速度信息是一个二维向量,假定节点只在x和y方向上有速度.IGPSR依然采取原协议中的beacon算法,周期性地更新各个节点的IP地址、位置信息和节点的速度信息,并根据这些信息维护邻居节点列表.计算源节点、目的节点、可选中继节点的加权位置,并选取邻居节点中加权距离最小的节点作为中继节点.
  3 仿真结果
  为了探究IGPSR路由协议的性能,在公路场景下对比IGPSR和GPSR路由协议的传输成功率Packet Deliver Ratio(PDR)和时延.使用Network Simulation 3软件作为仿真平台,Mac层选择802.11作为接入协议,节点间最大传输距离设置为250 m,业务数据包的发送频率为1个·s-1.
  分源节点和目的节点同向运动及反向运动两种情况进行仿真,并计算两种路由协议下的传输成功率(PDR)和时延.
  同向运动时,构建直线双向模型,模型中包含50个节点,平均节点密度为10节点·km-1,节点速度分别为20,30,40,50,60,70,80 km·h-1,节点初始位置在一定范围内随机放置.引入随机速度,使仿真更加接近真实节点的运动状态.随机地从节点中选取15对节点作为源节点和目的节点,并发送250个数据包测试它们之间的PDR和时延.   4 结 论
  在高度动态的自组织网络中,传统的GPSR协议由于节点的实际位置与beacon中的位置信息有较大差距,导致信息的传输成功率较低,当节点运动速度变大时,尤为明显.本文作者提出的基于節点运动方向与速度的IGPSR算法,能够通过对节点的当前位置做出预测,从而提高信息的传输成功率.对于高速移动的自组织网络,本算法在提高信息传输成功率方面的工作具有显著成效.
  参考文献:
  [1] 倪红彪,李卓.基于节点关联强度预测和GPSR-R的混合路由算法[J].计算机工程与设计,2018,39(10):3024-3028,3038.
  NI H B,LI Z.Hybrid routing protocol combined with node correlation strength prediction and GPSR-R[J].Computer Engineering and Design,2018,39(10):3024-3028,3038.
  [2] 高田翔,石英,刘子伟,等.城市VANET中基于路网和QoS模型的GPSR协议改进方法[J/OL].计算机工程,2018[2018-03-13].https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0049361.
  GAO T X,SHI Y,LIU Z W,et al.Improvement of GPRS protocol based on road network and QoS models for urban VANET[J].Computer Engineering,2018[2018-03-13].https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0049361.
  [3] LI K,FOY E,FERREON J C,et al.Immune evasion by hepatitis C virus NS3/4A protease-mediated cleavage of the Toll-like receptor 3 adaptor protein TRIF[J].Proceedings of the National Academy of Sciences,2005,102(8):2992-2997.
  [4] CLAUSEN T,JACQUET P.Optimized link state routing protocol (OLSR)[R].Paris:INRIA,2003.
  (责任编辑:冯珍珍,包震宇)
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