1、Ad hoc網(wǎng)絡按需路由協(xié)議緩存策略研究摘要緩存技術(shù)是影響按需路由協(xié)議性能的關(guān)鍵因素，如何組織緩存構(gòu)造并及時更新緩存信息是緩存技術(shù)目前的主要研究方向。本文分析了DSR協(xié)議兩種緩存存儲構(gòu)造，途徑緩存和鏈路緩存，提出了一種針對鏈路緩存的鏈路生命周期的預測方法，并使用PNET對使用了鏈路生命周期預測方法后的DSR協(xié)議進展仿真分析，結(jié)果說明新的協(xié)議比原協(xié)議在包傳輸率、平均端到端時延和路由開銷方面都有所改善。關(guān)鍵詞鏈路緩存；生命周期；DSR1引言挪動Adh網(wǎng)絡是由一組帶有無線收發(fā)裝置的挪動終端組成的一個多跳、臨時和無中心網(wǎng)絡。由于沒有固定根底設施的支持，路由協(xié)議是Adh網(wǎng)絡和核心問題。目前Adh網(wǎng)絡的路

2、由協(xié)議有表驅(qū)動路由協(xié)議和按需路由協(xié)議。從挪動自組網(wǎng)的挪動性、拓撲動態(tài)性、帶寬受限、功率約束等特點來看，按需驅(qū)動路由更能適應挪動網(wǎng)絡的需要1-2。按需路由協(xié)議為了防止每次發(fā)送數(shù)據(jù)分組前都要進展一次路由發(fā)現(xiàn)過程，使用了緩存技術(shù)來存儲得到的路由信息，如何合理地組織緩存構(gòu)造并及時更新緩存信息是影響按需路由協(xié)議性能的關(guān)鍵因素。2DSR協(xié)議的緩存技術(shù)分析DSR協(xié)議中，在路由發(fā)現(xiàn)過程中返回給源節(jié)點是一條完好的路由信息。當把這條途徑信息獨立存儲起來時，就構(gòu)成了途徑緩存構(gòu)造，途徑緩存實現(xiàn)起來比擬簡單，當有數(shù)據(jù)分組需要發(fā)送時，可以很容易的從緩存中搜索出到目的節(jié)點的路由信息。在鏈路緩存中，節(jié)點把獲得的路由信息按照每

3、條鏈路的方式存儲到節(jié)點關(guān)于網(wǎng)絡的拓撲圖中，當有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，節(jié)點執(zhí)行圖的搜索算法，比方Dijkstra算法，查找到目的節(jié)點的路由3。與途徑緩存相比，鏈路緩存可以更加有效地利用路由信息。當回復的路由信息一樣時，使用鏈路緩存方式往往能找到比途徑緩存更多的路由。在發(fā)現(xiàn)某條鏈路中斷時，使用途徑緩存的節(jié)點要刪除包含斷開鏈路的整條路由信息；而使用鏈路緩存的節(jié)點只需刪除斷開的鏈路信息，這條路由上的其它鏈路信息仍然可用。例如，節(jié)點A在路由回復中得到2條路由信息A-B-E和A-D-E-F，當使用途徑緩存時，節(jié)點A的緩存構(gòu)造如圖1所示。當使用鏈路緩存時，節(jié)點A的緩存構(gòu)造如圖2所示。當鏈路A-中斷后，在途徑緩存中將

4、刪除所有包含鏈路A-的路由，從而找不到到節(jié)點D和F的路由。假如有數(shù)據(jù)分組要發(fā)往節(jié)點D或F，那么節(jié)點必須進展一次新的路由發(fā)現(xiàn)過程，產(chǎn)生較大的路由開銷；而在鏈路緩存中，節(jié)點A只會在拓撲圖中刪除鏈路A-的信息，通過圖的搜索算法A仍能找到到節(jié)點D和F的路由信息A-B-D和A-B-E-F，從而防止一次新的路由發(fā)現(xiàn)過程。因此，使用鏈路可以充分利用路由信息，防止不必要的洪泛過程。圖1途徑緩存圖2鏈路緩存3鏈路生存時間預測方法由于在Adh網(wǎng)絡中節(jié)點節(jié)點可以任意挪動，當兩個節(jié)點挪動出彼此的通信范圍之外時，它們之間的鏈路就會中斷，因此一條鏈路的生存時間是有限的。在按需路由協(xié)議中，鏈路的狀態(tài)只有在使用時才會被發(fā)現(xiàn)，

5、假如使用了過期路由大量的路由錯誤，還會造成分組的喪失。因此，能否及時刪除過期的路由信息是影響協(xié)議性能的重要因素。一種常用的方式是為每個鏈路設定一個生存時間，當超過這個生存時間后將鏈路從緩存中刪除。這個生存時間應該真實的反映鏈路實際的生命周期，假如這個時間設置得過小，那么過早刪除會導致不必要的路由發(fā)現(xiàn)過程；假如設置得過大，那么使用無效路由會導致大量分組喪失。下面介紹一種可以準確估計鏈路生存時間的方法。Adh網(wǎng)絡中通信鏈路的中斷多是由于節(jié)點的挪動造成的，假如網(wǎng)絡中各節(jié)點收發(fā)器工作特性一致，那么無線節(jié)點間的信號衰減規(guī)律是自由空間模型和雙射線反射模型的一種結(jié)合，即當無線節(jié)點間的間隔 較小時，節(jié)點間的信

6、號變化規(guī)律符合自由空間模型；而當節(jié)點間的間隔 較大時，符合雙射線地面反射模型，函數(shù)形式為：式中，P0為發(fā)送器信號發(fā)送強度，Pr為接收器端的信號接收強度；r為某兩直接通信節(jié)點間的間隔 ，n隨著傳輸間隔 在2到4之間變化，當節(jié)點間的間隔 大到一定程度時，接收端信號強度低于接收器的接收靈敏度，信號不能被正確接收，兩點間的鏈路斷開，這時它們之間的間隔 就是最大有效間隔 。也就是說，隨著節(jié)點間的運動，當它們超出了它們之間最大的通信間隔 ，該鏈路就會斷開。在路由發(fā)現(xiàn)過程中，要求每個節(jié)點添加自己坐標及運動參數(shù)(運動速度和運動方向)，在路由回復時回復這些信息，以便對每條鏈路的生存時間進展預測。預測方法如下：首

7、先假定N1，N2為兩個運動中的節(jié)點，v1，v2分別為兩個節(jié)點的平均挪動速度，1，2為節(jié)點主機的挪動方向，(x1，y1)和(x2，y2)分別為節(jié)點N1和N2的坐標，由于我們只研究這兩個節(jié)點的相對運動，因此我們可以設N1靜止在坐標原點，N2相對于N1在運動，那么此時N1的坐標為(0，0)，N2的坐標為(x2-x1，y2-y1)。將N2相對N1的運動速度正交分解，在X上的速度為，Y軸上的速度為，設那么經(jīng)過時間t后，N2的新坐標為(a+t，b+dt)，此時N1與N2的間隔 為r，那么當r為兩點間的有效傳輸間隔 時，此時的t就是兩點間能保持連接的最短時間，也就是鏈路的估計生存時間(LIFETIE)。為了

8、防止根據(jù)瞬態(tài)的兩節(jié)點的運動狀態(tài)進展預測帶來的偏向，我們使用統(tǒng)計的方法以加權(quán)的方式對預測值進展修正。統(tǒng)計的生存時間值是在鏈路從緩存中移除時計算的。當鏈路是由于收到路由錯誤分組的原因刪除時，剩余生存時間L如下計算：L=當前時間-鏈路參加緩存時間當鏈路是由于過期刪除時：L=上次使用時間-鏈路參加緩存時間鏈路估計生存時間LIFETIE計算如下：LIFETIE=(1-a)LIFETIE+aL其中a取值為0.05。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.4仿真及結(jié)果分析4.1仿真環(huán)境與實驗參數(shù)本文采用PNETdeler10.5網(wǎng)絡仿真器對使用途徑緩存的DSR協(xié)議及使用改良算法后的鏈路緩存DSR協(xié)議(DSR_SA)進展仿真和

9、性能比擬，仿真直接在PNET自帶的ANET模塊上進展。節(jié)點鏈路層采用IEEE802.11標準A協(xié)議DF，節(jié)點的通信范圍是250。網(wǎng)路模型由50個節(jié)點組成，挪動范圍為1500500的矩行區(qū)域，挪動模型使用randaypint模型，節(jié)點挪動速度在020/s隨機選擇。仿真時間是900s，仿真采用BR流量源，以每秒4個的速率發(fā)送包，每個包的大小均為64字節(jié)，網(wǎng)絡中有20個BR源4。4.2性能參數(shù)(1)包傳輸率：目的節(jié)點正確接收到的分組個數(shù)與源節(jié)點產(chǎn)生分組數(shù)個數(shù)之比。(2)平均端到端延時：從源節(jié)點產(chǎn)生數(shù)據(jù)包到目的節(jié)點接收到數(shù)據(jù)報的平均延時。(3)歸一化路由開銷：每交付給目的節(jié)點一個數(shù)據(jù)分組所需要發(fā)送的路

10、由分組的數(shù)量。4.3仿真結(jié)果4.3.1包傳輸率圖3包傳輸率從圖3中可以看出，使用了鏈路緩存和新的生存時間估計方法后，協(xié)議的包傳輸率比途徑緩存有所進步。原因是新的存儲方法可以從回復信息中組合出更多的路由信息，當使用途徑緩存找不到到目的節(jié)點的路由時，鏈路緩存可能會使用圖的搜索算法找到至目的節(jié)點的路由。4.3.2平均端到端時延圖4平均端到端延時從圖4可以看出，使用了鏈路緩存和新的鏈路生存時間估計方法后，端到端時延比原來有所下降。原因是節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)分組時，源節(jié)點往往可以找到最正確路由，從而防止了使用過期路由后再次重新選擇路由進展發(fā)送的時間。同時新的方法可以及時刪除過期路由，防止使用無效路由造成的時延

11、。4.3.3歸一化路由開銷圖5平均端到端時延從圖5可以看出，使用了鏈路緩存和新的鏈路生存時間估計方法后，路由開銷有所降低，因為新的方法可以查找到更多的路由信息，防止不必要路由發(fā)現(xiàn)帶來的宏大網(wǎng)絡開銷，并且新的方法可以及時刪除過期路由。5完畢語緩存存儲構(gòu)造對按需路由性能影響很大，使用鏈路緩存可以更加充分利用節(jié)點所知的關(guān)于網(wǎng)絡拓撲的信息。本文通過一種基于挪動預測的方法來對緩存中鏈路的生存時間進展預測，以便及時地刪除緩存中的過期路由信息，并且使用統(tǒng)計平均的方法來防止根據(jù)瞬時狀態(tài)進展預測帶來的偏向。仿真結(jié)果說明新的方法在包傳輸率、傳輸延時和路由開銷等性能上都有改善。參考文獻1陳林星，曾曦，曹毅.挪動AdH網(wǎng)絡.北京：電子工業(yè)出版社，2022.2HUY，JHNSNDB.ahingstrategiesinn-deandrutingprtlsfrirelessadhnetrksA.Preedingsfbi2000.NeYrk，USA，2000.3ALTZD，BRHJ，JETHEVAJ，etal.Theeffetsfn-deandbehavirinrutingprtlsfrulti-hpirelessadhnetrksJ.IEEEJurnalnSeletedAreasinuniatins，1999，