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Ad hoc网络按需路由协议缓存策略研究(1)

2015-03-11 01:04 摘 要 缓存技术是影响按需路由协议性能的关键因素，如何组织缓存结构并及时更新缓存信息是缓存技术目前的主要研究方向。本文分析了DSR协议两种缓存存储结构，路径缓存和链路缓存，提出了一种针对链路缓存的链路生命周期的预测方法，并使用OPNET对使用了链路生命周期预测方法后的DSR协议进行仿真分析，结果表明新的协议比原协议在包传输率、平均端到端时延和路由开销方面都有所改善。 关键词 链路缓存；生命周期；DSR1 引言 移动Ad hoc网络是由一组带有无线收发装置的移动终端组成的一个多跳、临时和无中心网络。由于没有固定基础设施的支持，路由协议是Ad hoc网络和核心问题。目前Ad hoc网络的路由协议有表驱动路由协议和按需路由协议。从移动自组网的移动性、拓扑动态性、带宽受限、功率约束等特点来看，按需驱动路由更能适应移动网络的需要[1-2]。按需路由协议为了避免每次发送数据分组前都要进行一次路由发现过程，使用了缓存技术来存储得到的路由信息，如何合理地组织缓存结构并及时更新缓存信息是影响按需路由协议性能的关键因素。2 DSR协议的缓存技术分析 DSR协议中，在路由发现过程中返回给源节点是一条完整的路由信息。当把这条路径信息独立存储起来时，就构成了路径缓存结构，路径缓存实现起来比较简单，当有数据分组需要发送时，可以很容易的从缓存中搜索出到目的节点的路由信息。在链路缓存中，节点把获得的路由信息按照每条链路的方式存储到节点关于网络的拓扑图中，当有数据要发送时，节点执行图的搜索算法，比如Dijkstra算法，查找到目的节点的路由[3]。 与路径缓存相比，链路缓存能够更加有效地利用路由信息。当回复的路由信息相同时，使用链路缓存方式往往能找到比路径缓存更多的路由。在发现某条链路中断时，使用路径缓存的节点要删除包含断开链路的整条路由信息；而使用链路缓存的节点只需删除断开的链路信息，这条路由上的其它链路信息仍然可用。例如，节点A在路由回复中得到2条路由信息A-B-C-E和A-C-D-E-F，当使用路径缓存时，节点A的缓存结构如图1所示。当使用链路缓存时，节点A的缓存结构如图2所示。当链路A-C中断后，在路径缓存中将删除所有包含链路A-C的路由，从而找不到到节点D和F的路由。如果有数据分组要发往节点D或F，那么节点必须进行一次新的路由发现过程，产生较大的路由开销；而在链路缓存中，节点A只会在拓扑图中删除链路A-C的信息，通过图的搜索算法A仍能找到到节点D和F的路由信息A-B-C-D和A-B-C-E-F，从而避免一次新的路由发现过程。因此，使用链路可以充分利用路由信息，避免不必要的洪泛过程。图1 路径缓存图2 链路缓存3 链路生存时间预测方法 由于在Ad hoc网络中节点节点可以任意移动，当两个节点移动出彼此的通信范围之外时，它们之间的链路就会中断，因此一条链路的生存时间是有限的。在按需路由协议中，链路的状态只有在使用时才会被发现，如果使用了过期路由大量的路由错误，还会造成分组的丢失。因此，能否及时删除过期的路由信息是影响协议性能的重要因素。 一种常用的方式是为每个链路设定一个生存时间，当超过这个生存时间后将链路从缓存中删除。这个生存时间应该真实的反映链路实际的生命周期，如果这个时间设置得过小，那么过早删除会导致不必要的路由发现过程；如果设置得过大，那么使用无效路由会导致大量分组丢失。下面介绍一种能够准确估计链路生存时间的方法。 Ad hoc网络中通信链路的中断多是由于节点的移动造成的，如果网络中各节点收发器工作特性一致，则无线节点间的信号衰减规律是自由空间模型和双射线反射模型的一种结合，即当无线节点间的距离较小时，节点间的信号变化规律符合自由空间模型；而当节点间的距离较大时，符合双射线地面反射模型，函数形式为：