爱思维尔

Ad Hoc网络

第63卷,2017年8月,第104-114页
Ad Hoc网络

一种有效的移动自组网负载均衡多路径路由协议

https://doi.org/10.1016/j.adhoc.2017.05.008获取权限和内容

摘要

在本文中,我们提出了一种新的路由协议,称为最小公倍数路由(LCMR公司)用于负载平衡多径路由在里面移动Ad hoc网络秒(MANET(移动自组网)s) ●●●●。首先,我们发现源到目的地之间存在多条路径(如果存在),以及沿着每条路径路由数据包所需的估计时间。然后,源到目的地的数据包沿着这些多条路径分布,使得沿着任何这样的路径发送的数据包数量与通过该路径的路由时间成反比。此分发策略使负载平衡的使得用于发送数据分组的总路由时间被最小化。给定源-目的地对之间的路由的发现方式与即席按需距离向量(AODV公司)路由协议的不同之处在于,不测量跳数,而是测量每条路由到达目的地的路由时间,如果存在多条路由,也将由路由发现过程确定。我们提出的沿不同路由分发数据包的技术非常优雅,比现有的负载平衡路由协议(如Fibonacci多路径负载平衡(FMLB公司)和多AODV(MAODV公司)根据理论分析和仿真结果确定。

介绍

在中路由移动Ad hoc网络秒(MANET(移动自组网)s) 是一个很好的研究课题[1],[2],[3],[4],[5],[6],[7],[8],[9]。这个即席按需距离向量(AODV公司)[3]路由协议是MANET(移动自组网)s.一些研究人员也考虑了具有拥塞意识和自适应性的路由[10]。最近,在[11]中提出了一个协议,该协议基于估计路由时间(而不是跳数,如AODV公司)在路由发现阶段沿着不同的路径,然后选择路由时间最短的路由。这种路由协议考虑了基于信道容量的链路延迟以及中间节点拥塞导致的排队延迟。请注意,路由时间可能更多地沿着一条路径,例如,1在一条路径上跳跃的次数少于2如果路径上的节点更拥塞,则跳数会更多1而不是路径上的节点2.

中的另一类路由协议MANET(移动自组网)s基于在给定的源-目的地对之间找到多个可能的路径,然后沿着所有这些可能的路径将数据包的总数据集从源分布到目的地。除了减少通过多条路径路由所有消息包的时间外,多径路由的另一个优点是增加了通信的可靠性。例如,让我们考虑两条具有可靠性的节点不相交路径第页1第页2分别为0≤第页1,第页2≤1,定义为沿相应路径正确接收消息的概率。然后,通过这两条路径进行通信的组合可靠性由下式给出1(1第页1)(1第页2)=第页1+第页2第页1第页2这将超过任何一个第页1第页2例如,如果第页1=110=0.999第页2=1104=0.9999,那么综合可靠性将由下式给出1107=0.9999999.

基于Fibonacci序列的多路负载平衡(FMLB公司)是一种这样的多路径路由协议[12],它将总负载(即数据包)分布在不同的路径中,遵循斐波那契序列中的数字,以平衡不同路径上的负载。具体来说,考虑图1所示的情况S公司D类作为源节点和目标节点。协议双方:S公司D类,有三种可能的路径:)路径1贯穿节点u个1,u个2u个具有T型1作为路由时间,ii(ii))路径2通过节点u个4,u个5u个6具有T型2作为路由时间,以及)路径通过节点u个7u个8具有T型作为路由时间。假设由于信道容量的差异和各个节点的拥塞,T型1>T型2>T型.遵循FMLB公司如[12]所示,我们采用三个连续的斐波那契数列F类1,F类2F类所以对于每一个F类1+F类2+F类=4小包,F类1=1路由时间最长的路径上的数据包T型1,F类2=1路径上具有下一个最大路由时间的数据包T型2F类=2路由时间最短的路径上的数据包T型已路由。路由所有这四个数据包的总时间为最大值(T型1,T型2,第2页T型).

近二十年来,MANET中的多径路由问题得到了广泛的研究。除了上面提到的工作[10]、[11]、[12]外,文献中还存在一些关于在adhoc网络中通过多条路径进行路由的其他结果。下面我们介绍一些重要的工作。

Ganjali和Keshavanian[13]引入了一个评估多径路由中负载平衡的模型,其中第一个模型是K(K)最短路径(对于预先指定的K(K))然后在这些路径中均匀分布载荷。Pearlman等人。[14] 演示了路由耦合对备用路径路由的(四月的延迟性能。在多通道环境中,四月能够将突发数据流的端到端延迟减少20%。Wang等人。[15] 提出了一种adhoc无线网络的多径路由协议多路径源路由(汽水分离再热器),是的扩展动态源路由(DSR公司). 根据测量RTT公司工具,他们提出了一种在多条路径之间分配负载的方案。他们证明了这一点汽水分离再热器很好地减少了网络拥塞,提高了路径容错能力。Parissidis等人。[16] 给出了三种多径路由协议的详细仿真研究结果拆分多路径路由(SMR公司),即席按需多路径距离矢量路由(AOMDV公司)和即席按需距离向量多路径(A类O(运行)D类V(V)_M(M)u个t吨第页t吨小时). 他们的模拟研究表明AOMDV公司协议在高移动性场景中实现了最佳性能,而A类O(运行)D类V(V)_M(M)u个t吨第页t吨小时在低移动性和高节点密度的场景中性能更好。SMR公司在节点密度低的网络中性能最佳。然而,随着节点密度的增加,协议性能会降低。Pham和Perreau[17]从开销、流量分布和连接吞吐量方面分析并比较了反应式单路径和多路径路由与自组网中的负载平衡机制。结果表明,与一般的单路径路由协议相比,如果路由长度在一定的上限内,多径路由机制需要更多的开销,但在拥塞和容量方面会有更好的性能。仿真结果进一步证实了分析结果。Nasipuri等人。[18] 专注于动态源路由(DSR公司)他们还展示了智能使用多路径路由技术如何降低查询洪水频率。他们开发了一个分析建模框架,以确定各种技术下查询洪水的相对频率。他们的模型表明,虽然多路径路由明显优于单路径路由,但对于较长的路径长度,除了少数路径外,性能优势很小。他们还表明,为主(最短)路由中的所有中间节点提供备用路径比仅为源提供备用路径具有更好的性能。

我们在这里提出了一个称为最小公倍数路由(LCMR公司)在移动adhoc网络中,流量负载沿不同的可能路径平衡。当给定源-目的地对之间存在多条路径时,首先通过估计每个路径的路由时间来发现它们。然后,从源到目的地的数据包沿着这些多条路径分布,这样,沿着任何这样的路径发送的数据包的数量与通过该路径的路由时间成反比。这种分布策略使负载在所有路径上保持平衡,从而使发送数据包的总路由时间最小化。按照这个策略,为了找到沿一条路径发送的数据包数量,我们计算了最小公倍数(L(左))沿源-目的地对之间的所有路径的路由时间。分割这个L(左)通过沿路径的路由时间,我们可以得到沿该路径发送的数据包的相对数量。这将使负载平衡,因为所有数据包都可以通过多条路径发送,每条路径的路由时间几乎相等。例如,有三条路径1,2从源到目的地,路由时间分别为40、30和20个时间单位。我们发现40、30和20的最小公倍数为120。我们将120除以40、30和20,分别得到3、4和6。因此,对于每个+4+6=13数据包,我们沿着路径发送3个数据包1,4个数据包2和6个数据包因此,沿着每条路径的路由时间是120个时间单位。我们注意到这个问题的定义类似于调度问题N个独立任务k统一或无关并行处理器[19]、[20]、[21],已知为N个小时第页d日在本文中,我们从理论和仿真结果两方面证明了所提出的LCMR公司多路径路由协议性能优于多路径路由FMLB公司协议[12]。我们提出的改进路由时间的直观原因LCMR公司协议是我们的负载分配技术负责不同路径上的实际路由时间,而在FMLB公司协议没有考虑到这一点。沿不同可能路径的实际路由时间比率可能与对应的斐波那契数比率有很大不同,斐波那奇数与沿不同路径的路由时间没有任何自然对应关系。提议的LCMR公司路由协议也比多路径AODV(MAODV公司)协议[13],每条路径上的数据包数量相等,如LCMR公司我们沿着需要较少路由时间的路径发送更多的数据包(假设所有数据包的大小都相同),而不是沿着所有路径路由相同数量的数据包。

节代码段

建议的多路径路由协议

这个LCMR公司负载平衡多路径路由协议是基于首先在每条路径中找到从源到目的地的几个可能的路径和相关联的飞行时间(即路由时间)。给定源-目的地对之间的路由的发现方式与AODV公司路由协议的不同之处在于,测量的不是跳数,而是沿着每条路由到达目的地的路由时间,如果存在多条路由,也会有多条路由

绩效评估

在本节中,我们从理论上分析了LCMR公司该协议基于以下假设:用于路由数据包的所有多路径都是节点不相交的。如上所述,在实践中,这些路径可能并不总是节点不相交,甚至边缘不相交,在这种情况下,路由时间将大于理论推导的值。然而,我们通过模拟来考虑这些情况,如后面一节所述。

对于理论分析,我们首先

仿真结果

在本节中,我们展示了对我们提出的LCMR公司实际情况下的协议,假设用于路由的多路径可能不是节点不相交或边缘不相交。我们比较了LCMR公司协议与四个现有协议的协议FMLBRT公司[11],FLMBHC公司[12],MAODVRT公司MAODVHC公司[13] ,其中FMLBRT公司[11] 发现k-根据路由时间确定最短路径,然后按照斐波那契数列沿着不同路径分配数据包

结论

我们提出了一种新的负载平衡协议,称为最小公倍数路由(LCMR公司)多路径路由协议MANET(移动自组网)s.与LCMR公司在沿多条路径分配数据包的同时,沿不同路径的路由时间被适当地用于计算沿每条路径路由的数据包的数量,从而使总路由时间最小化。这与FMLB公司协议(基于跳数[12]和路由时间[11]),其中

安苏曼·巴塔卡赫里亚2006年在加尔各答西孟加拉邦理工大学获得电子和通信工程学士学位,2008年在加尔各答加尔各达大学获得放射物理和电子学硕士学位。2016年,他在加尔各答印度统计研究所获得博士学位。2008年10月至2009年1月,他加入Tech Mahindra,担任技术助理。2009年3月至2009年7月,他在Guru Nanak担任讲师

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本文的全文版本中提供了更多参考。

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  • MWSN中区分服务的按需负载平衡多径路由协议

    2021年,计算机通信
    引文摘录:

    在多径路由中,可以通过路径之间的负载平衡来实现能量平衡。为了实现负载平衡,提出了一种基于最小公倍数的路由(LCMR)协议[16]。在路由发现过程中,估计沿每条路径从源到目的地传输数据包所需的时间,数据传输期间沿这些路径发送的数据包数量与通过该路径的路由时间成反比。

  • PRS-LD:MANET路由中基于优先级的秩选择负载分配协议

    2022年,《国际先进技术与工程勘探杂志》
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安苏曼·巴塔卡赫里亚2006年在加尔各答西孟加拉邦理工大学获得电子和通信工程学士学位,2008年在加尔各答加尔各达大学获得放射物理和电子学硕士学位。2016年,他在加尔各答印度统计研究所获得博士学位。2008年10月至2009年1月,他加入Tech Mahindra,担任技术助理。2009年3月至2009年7月,他在Guru Nanak理工学院担任讲师。2009年7月,他加入加尔各答印度统计研究所(Indian Statistical Institute,Kolkata),担任项目相关人员,自2011年4月至2014年7月期间,他在高级计算和微电子部门担任高级研究员。现在,自2014年8月起,他一直在北印度理工大学梅加拉亚分校计算机科学与工程系担任助理教授。他的研究兴趣包括认知无线电网络中的信道分配和路由、安全无线通信和节能通信。他是IEEE的成员。

库什克·辛哈是卡本代尔南伊利诺伊大学计算机科学系助理教授。在此之前,他在卡塔尔计算研究所的社会计算小组工作。此前,他是休利特-帕卡德实验室的研究科学家。他还作为首席研究科学家在霍尼韦尔工作了7年。他拥有7项授权专利,著有50多本出版物和一本书。库什克于2009年获得印度科学大会颁发的青年科学家奖。他目前的研究领域是社交计算、无线传感器网络和P2P网络。他是IEEE的高级成员。

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