爱思维尔

计算机网络

第50卷第16期,2006年11月14日,第3165-3182页
计算机网络

CNPGSDP:一种高效的移动自组网服务发现协议

https://doi.org/10.1016/j.comnet.2005.12.004获取权限和内容

摘要

发现服务的能力是移动电话. 基于组的服务发现(GSD)协议是一种典型的移动自组网服务发现协议。但是,由于大量冗余分组传输,它的包开销很高。本文结合GSD,提出了一种新的移动adhoc网络服务发现协议:候选节点剪枝增强型基于群的服务发现协议(CNPGSDP)。在CNPGSDP中,引入了两种增强GSD的方案:广播模拟单播(BSU)和候选节点剪枝(CNP)。在BSU,有几个单播请求数据包被替换为一个在广播模式下传输的请求包,所有的单播接收器都被封闭起来。CNP通过减少候选节点的数量来进一步减少请求包的数量。数学分析和仿真实验都表明,CNPGSDP是一种非常有效、高效、快速的移动自组网服务发现协议。

介绍

移动adhoc网络(MANETs)[1]是一种临时性的无基础设施的多跳无线网络,由许多自主的无线移动节点组成。灵活性和最小的用户干预对于这种未来的通信网络至关重要[2]。服务发现是manet的一个重要组成部分,它允许设备向网络的其余部分发布自己的服务,并自动定位具有请求属性的网络服务。

在服务发现的上下文中,服务是任何节点可以利用或受益的任何硬件或软件特性;服务描述是描述服务特征的信息,如服务的类型和属性、访问方法等。;服务器是提供某些服务的节点;客户机是请求其他节点提供的服务的节点。当一个节点需要来自其他节点的服务时,它生成一个服务请求包。当接收到请求包时,提供匹配服务的每个节点用服务应答包进行响应。没有匹配服务的节点进一步转发数据包。所有这些包传输,包括请求包和应答包,形成一个服务发现协议(SDP)会话。

服务发现协议的目标是在保持服务可发现性的同时减少服务请求包冗余。服务发现最初是在有线网络的背景下研究的。已经建立了几个不同的行业联盟和组织来标准化各种服务发现协议,例如IETF的服务定位协议(SLP)[3],Sun的Jini[4],微软的通用即插即用(UPnP)[5],IBM的问候语[6],对象管理组(OMG)的公共对象请求代理体系结构(CORBA)[7]等。

随着无线技术的发展,人们提出了几种无线环境下的服务发现协议和技术[8]、[9]、[10]。然而,这些协议是为单跳无线网络设计的。它们不适用于多跳移动自组网。

许多最近的研究集中在移动自组网的服务发现协议[11]、[12]、[13]、[14]、[15]、[16]、[17]、[18]、[19]、[20]、[21]、[22]。其中一些协议是从有线网络中的服务发现协议[11]、[12]、[13]改编而来的,但由于基础协议体系结构的限制,它们不太适合移动自组网。其他努力的目标是移动自组网0-0。根据减少分组冗余的方法,针对移动自组网的服务发现协议可以分为两类:基于概率的方案[14]、[15]、[16]、[17]、[18]和基于语义路由的方案[19]、[20]、[21]。

在基于概率的服务发现方案[14]、[15]、[16]、[17]、[18]中,当接收到请求包时,不知道任何匹配服务的每个节点都将以概率转发该包P.

什么时候?P固定为1时,格式退化为泛洪。泛洪用于安全服务发现[14]、Konark[16]和[15]等。然而,泛洪可能导致大量的数据包冗余、严重的争用和频繁的冲突(称为广播风暴问题)[23]。

什么时候?P如果小于1,则请求数据包的冗余将减少。同时,在普通的manet中,请求包的覆盖率也会降低,这将极大地影响到查找匹配服务的能力。另外,什么时候P为常数,且请求包可以传输的最大跃点数相对较小(在服务发现任务中是这样),成功请求的数量将以与值相同的速度减少P. 这个缺点已经在[17]、[18]和[24]中通过仿真得到了证明。因此,在灵活的基于前向概率的服务发现协议(FFPSDP)[17]中,概率P随着请求包的移动,使其逐渐减少。Reply Info Cache enhanced FFPSDP(RICFFP)[18]通过在应答包中临时缓存服务信息来增强FFPSDP。此缓存信息可以用作匹配服务的有效源。

在基于语义路由的方案[19]、[20]、[21]中,节点可以通过检查服务描述语义和局部拓扑结构,智能地选择下一跳节点请求数据包。当接收到请求包时,这些选择的节点将转发该包,而其他节点则不会。这些方案用于基于组的服务发现协议(GSD)[20]、服务环[21]等。

在服务环中,节点被组织成多层层次环。该体系结构具有良好的可扩展性。但是,在高度动态的移动自组网中维护如此复杂的体系结构是困难和昂贵的,这一点已经通过仿真证明了[22]。因此,分层服务器环不太适合移动自组网。

在GSD中,服务被分为几个组。每个服务器定期生成服务广告包。服务广告包包括关于发送方提供的服务的信息以及发送方附近的一些服务器提供的服务所属的组的信息。当转发请求包时,当前节点的一些邻居可能已经看到一些服务与请求的服务属于同一组。这些节点被称为候选节点。服务请求将以较高的概率在这些节点上匹配。因此,GSD不向所有邻居广播请求分组,而是以单播模式选择性地将请求分组转发给这些候选节点。

Klein等人[21]认为语义路由是朝着服务发现的正确方向迈出的一步。由于服务器环的层次结构很难维护,GSD更容易被接受。然而,对于每个候选节点,GSD以单播方式转发一个请求包,这导致了严重的冗余。因此,本文提出了一种新的基于组的服务发现协议:候选节点剪枝增强型基于组的服务发现协议(CNPGSDP)。在CNPGSDP中,多个单播请求包被一个以广播方式发送的请求包代替。另外,借助于少量附加信息,以广播模式发送的请求分组的有效接收器的数量显著减少。因此,由接收器发送的连续请求分组的数目被减少。

论文的其余部分安排如下。在第2节中,对GSD进行了概述。第3节介绍了CNPGSDP。在第四节中,我们对CNPGSDP进行了数学分析,以显示可以保存的请求包数。第五部分通过大量的仿真,对CNPGSDP和其他几种服务发现协议进行了比较研究。文中给出了仿真结果并作了详细说明。最后,在第六节中,得出结论。

节代码段

GSD概述

GSD中的三个基本操作是服务广告包传播、服务请求包转发和服务应答包路由。在前两个操作中,分别使用了两种有效的机制:服务广告包的对等缓存和基于组的服务请求包的智能转发。得益于这些机制,GSD实现了高效的网络带宽利用率,并提高了服务匹配过程的灵活性。

CNPGSDP新方案

在CNPGSDP中提出了两种增强GSD的方案:候选节点剪枝(CNP)和广播模拟单播(BSU)。

理论分析与验证

在本节中,将执行数学分析来估计通过GSD保存的CNPGSDP请求包的数量。通过matlab仿真验证了理论结果。

模拟结果

为了评估CNPGSDP相对于GSD的改进,实现了这两个协议。我们还实现了flooding和FFPSDP进行比较。回想一下P表示没有提供匹配服务的节点转发数据包的概率。泛滥的P = 1,以下简称基本)作为基准。在FFPSDP[17]中,概率P根据以下公式随请求包的行程而变化:P=PF,最小+(PF,最大值-PF,最小)·H保持H最大值,哪里PF,最大值

结论

本文提出了一种有效的移动自组网服务发现协议:候选节点剪枝增强型基于群的服务发现协议(CNPGSDP)。CNPGSDP引入了两种增强GSD的方案:广播模拟单播(BSU)和候选节点修剪(CNP)。使用BSU,GSD中的几个单播包被一个包含所有接收机的广播包所代替。利用CNP,减少了候选节点的数目。因此,连续请求数据包的数量

振国高1999年和2001年分别获得哈尔滨工业大学机电工程学士和硕士学位。现为哈尔滨工业大学计算机科学与技术博士研究生。他的研究兴趣包括服务发现、广播和移动自组织网络路由。

工具书类(二十五)

  • R。赫尔曼等等。

    普适设备的DEAPspace临时adhoc网络

    计算机网络

    (2001年)
  • U、 C。科扎特等等。

    移动adhoc网络中的服务发现:体系结构选择和网络层支持问题的总体观点

    自组织网络

    (2004年)
  • IETF,移动自组网(MANET)工作组,移动自组网(MANET)。[在线]可从以下网址获得:。。。
  • E、 Guttman,C.Perkins,J.Veizades,M.Day,《服务定位协议》,第2版,IETF RFC 26081999年6月。[在线]。。。
  • Sun Microsystems,Jini体系结构规范,1999年11月。[在线]可从以下网址获得:。。。
  • 微软公司,通用即插即用:背景。[在线]可从以下网址获得:。。。
  • 问候语联盟,问候语体系结构规范,1999年。[在线]可从以下网址获得:。。。
  • CORBA,公共对象请求代理:体系结构和规范,2.6版。[在线]可从以下网址获得:。。。
  • 蓝牙信号,蓝牙规范,1.0B版。[在线]可从以下网址获得:。。。
  • M。奈德

    DEAPspace中的服务发现

    IEEE个人通信

    (2001年)
  • S、 《无线自组织网络服务发现》,第五届会议论文集。。。
  • M、 巴博著,自组织网路服务发现协议,载于:自组织通讯研讨会论文集。。。
  • 引用人(25)

    查看Scopus上所有引用的文章

    振国高1999年和2001年分别获得哈尔滨工业大学机电工程学士和硕士学位。现为哈尔滨工业大学计算机科学与技术博士研究生。他的研究兴趣包括服务发现、广播和移动自组织网络路由。

    王玲1992年获黑龙江大学数学学士学位,1995年获黑龙江大学控制工程硕士学位。她于2003年获得美国内华达大学拉斯维加斯分校电气工程博士学位。2004年,她加入计算机科学与技术学院,担任助理教授。她的主要兴趣是超大规模集成电路设计和计算机辅助设计的各个方面,包括无线网络、软硬件协同设计、高级综合和低功耗系统设计。

    杨梅2003年获得德克萨斯大学达拉斯分校计算机科学博士学位。2003年8月至2004年8月,她被任命为哥伦布州立大学计算机科学系的助理教授。她现在是拉斯维加斯内华达大学电子与计算机工程系的助理教授。她的研究方向包括无线传感器网络、网络生存性和安全性、交换机调度和控制、计算机体系结构和嵌入式系统。

    杨孝宗哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院教授。他目前的研究方向是:计算体系结构、容错计算、故障注入、无线网络。

    查看全文