部分连接自组织网络按需路由技术研究

部分连接自组织网络按需路由技术研究 2010 年第 01 期～第 43 卷通 信 技 术Vol.43～No.01,2010总第 217 期 Communications Technology No.217,Totally 部分连接自组织网络按需路由技术研究 朱玉颖～ 刘 雷～ 余 超 (西南科技大学 信息学院，四川 绵阳 621010) 【摘 要】自组织网络中节点随机移动～能源耗尽等因素易使网络形成部分连接状态。为保证该特殊网络中的数据有效传输～文中提出了一种基于任务接替的按需路由技术～利用数据传输任务接替节点实现部分连接网络中无连接区域间的相互 通信～并采用NS2网络仿真器验证了该路由技术的有效性以及了任务接替节点移动速度、网络节点通信距离对通信时延的 影响。 【关键词】自组织网络,部分连接,按需路由,任务接替 【中图分类号】TP393【文献标识码】A【文章编号】1002-0802(2010)01-0153-03 Study of On-demand Routing Technology in Partially Connected Ad Hoc Network ZHU Yu-ying～ LIU Lei～ YU Chao (Information Institute, Southwest University of Science and Technology, Mianyang, Sichuan, 621010, China) 【Abstract】The random mobility of nodes and the exhaustion of energy make the Ad Hoc network form partially-connected state. In order to guarantee effective data transmission in these special networks, an on-demand routing technology based on task relay is proposed. The communication between connectionless areas is realized by using task relay nodes, and the simulation by NS2 simulation software indicates the availability of this technology. Influence of moving speed and communication distance of the task relay nodes on delay is also analyzed. 【Key words】Ad Hoc network;partially-connected;on-demand routing;task relay 连接网络。针对部分连接网络的路由协议关键点集中0 引言 在消息的运载方式以及节点的选择，如利用交通工具担任 自组织网络由于无有线基础设施支持支持、组网迅速 [1]移动路由器，以实现分离传感器网络与已知目的地的通 等特点常为需建立临时通信的特殊场合提供了便利。当两 [4];基于“节点背景”，考虑某节点运送消息的匹配程度 信个节点在彼此的通信范围内时，可直接建立通信。若节点 [5]来决定下一跳节点的选择等。其次，具有高度动态拓扑结 相隔较远，则需要中间节点协助建立路由，完成二者之间 构的自组织网络采用按需路由方式相比表驱动路由可减少 的通信。但中间节点越多，建立起的整条路由就越不稳定。 无线信道资源的占用。本文提出一种基于任务接替的按需 节点本身的随机移动、能源耗尽引起的节点失效、网络工 路由技术解决部分连接网络中的数据传输问题，并利用 NS2 作场景过大等因素都易使网络形成部分连接状态。如图 1 网络仿真器对该技术进行了验证。 所示，各个区域之间无法建立路由进行信息交互。因此如 何实现在上述特殊场合下的数据可靠传输成为自组织网络 [2-3]研究的一个重点。首先，一般的自组织网络路由协议， 都是基于源目节点存在完整路径的假设，无法适用于部分 区域3 区域1 收稿日期:2009-02-05。 基金项目:国家自然基金项目NSAF(编号:10876035)。 作者简介:朱玉颖(1977-)，女，讲师，主要研究方向为移动通信与智区域2 能控制;刘 雷(1985-)，男，硕士研究生，主要研究方向 为无线自组织网络路由技术;余 超(1985-)，女，硕士研 究生，主要研究方向为信息网络。 图 1 部分连接网络结构 1 任务接替按需路由源以及占用存储空间，且长期工作使节点将可能出现故障。 当网络中的任务接替节点集中存在多个 TRN 时，基于 TRN 节 在自组织网络中，某节点 A 有数据需要向网络中另一节 点属性的协同作业，将有效提高网络的性能。如图 2 中的任 点 B 发送，则利用按需路由进行源目节点之间的有效路径查 务接替节点集中存在两个 TRN。若 TRN1 获取到某区域要求的 找。若二者之间至少存在一条完整路径，节点 A 便将数据通 任务接替任务后遇见 TRN2，TRN1 和 TRN2 相互交换自身的属 过该路径传输到节点 B，完成此次的数据交互任务。相反， 性信息，包括性能状态 State、运动速度 V、通信距离 Dis、 若网络中出现的区域隔离导致节点之间无法进行通信，如图 已占用存储空间 Memory。接着，每个 TRN 节点根据获取到 2 中区域 1 中的节点 A 与区域 2 中的节点 B。 的信息，按照公式(1)所示原则对节点性能进行评估。 节点A 节点B V(i) Dis(i) ,, , Q(TRN (i)) , state(i) , , Memory(i) , (1) , 区域1 1, 节点正常 , ,区域2 , state(i) ,, , , 0, 节点故,;; 障。 Q(TRN(i))表示 TRN(i)的性能质量。若节点出现了某种故 接替节点2 任务接替节点集 障，则 state(i)设为 0，相反，性能良好的 TRN 的 state(i)为 1。 接替节点1 由公式可知，任何无故障 TRN 将存在一个非零的性能质量 图 2 路由方案示意值 Q(TRN(i))。移动速度越快，通信距离越大、已占用存储 针对上述情况，单纯的按需路由机制将无法实现完成 空间越小的无故障 TRN 性能越好。若 TRN1 对自身以及 TRN2 二者间的通信。任务接替机制将协助完成数据交互任务。 的性能进行评估后，得知 TRN2 的性能优于自身，则根据 路由功能模块如图 3 所示。在网络中存在一个接替数据转 Memory 大小将自身携带的部分任务移交由 TRN2 执行。若网 发任务的节点集。该集合由若干特殊节点组成，具有能源 络存在多个任务接替节点，同样根据上述原则进行任务移交 充足，存储空间大等特点。任务接替节点 TRN(Task Relay 判断。 Node)的运行轨迹设定以能覆盖网络所有无连接区域为原 则。在网络中运动期间，TRN 首先处于待命状态，以一定频 率向外广播“问候”消息。该“问候”消息具有两个作用: 3 性能仿真分析? 通知该区域内节点 TRN 已进入该区域;? 用来获取该 本文利用NS2仿真器对部分连接网络进行了仿真。仿真 区域内节点的信息(IP 地址)。若 TRN 此时已有数据任务在 环境如下:1000×1000 m网络场景构成3个无连接区域;2 身，则利用收集到的节点信息判断任务数据目的节点是否 个任务接替节点。节点通信距离为40,240 m，任务接替节 在该区域内。该区域节点内节点收到 TRN 的“问候”消息 点平均运动速度为1,6 m/s。在保证数据到达率在95,以 后，将自身信息告知 TRN。接着，假如某节点有数据需向某 上的情况下，仿真时间为3600 s。当某区域内节点同目的 无法建立连接的其它节点发送，便继续将任务消息告知 节点无法建立路由时，该区域内至少存在一个任务接替节 TRN。收到任务消息的 TRN 节点进入或维持任务执行状态， 点的情况构成最佳状态。相反，若在该时刻，2个任务接替 获取并暂存该区域节点发送的数据后，离开该区域向其它 节点刚已离开该区域。数据发送节点只有等待任务接替节 区域运动。当 TRN 进入某区域后，得知任务数据目的节点 在该区域，则通知目的节点接收数据。当成功转发数据后， 点下一次进入该区域。本文分析了最优状态和最差状态下，TRN 完成该接替任务，进入待命状态或继续执行其它的接替 节点移动速度、节点通信距离对网络通信时延的影响，如任务。综上所述，利用按需路由机制和任务接替机制，保 图4与下页图5所示。 证部分连接网络中的数据通信。 400 最差状态 最优状态350 300 按需路由机制 网Hello机制 路由发现 路由维护 络 250 完数 据 成200 任务接替机制 交 待命状态 任务获取 执行/移交任务 通信时延(t/s) 互 150 100 图 3 路由功能模块关系 50 40 80 120 160 200 240 2 多任务接替节点间信息交互通信距离(d/m) TRN 在网络中运动、执行任务将消耗节点自身的有限能 节点通信距离对时延的影响 图 4 154 550 最差状态 4 结语 最优状态500 本文提出了一种基于任务接替的按需路由技术以实现 450 部分连接网络中的隔离区域间的数据交互，讨论了多任务接 400 替节点对网络性能的作用效果。采用 NS2 网络仿真器验证了 350 该路由技术的有效性以及通信时延的主要影响因素。 300 通信时延(t/s) 250 参考文献 200 [1] 侯祥博, 王一强, 杨金政.移动Ad Hoc 网络技术研究及应用[J].通 150 信技术, 2008,42(08):15-17,20. 100 1 2 3 4 5 6 [2] 钦健, 李鸥, 杨白薇. 一种快速收敛的基于距离矢量的自组织网路运动速度(m/s) 图 5 节点速度对时延的影响 由协议[J].通信技术,2008,41(12):212-214,217. 仿真过程中，在任务接替节点集的协助下，不同区域节 [3] Mohammed Tarique, Kemal E. Tepe and Mohammad Naserian. Energy点在无完整路由的情况下，实现了二者之间的数据交互。接 Saving Dynamic Source Routing for Ad Hoc Wireless Networks[C].替节点平均运动速度和节点通信距离的增加将使接替节点 USA:IEEE Computer Society, 2005: 305-310.在区域间停留的时间变短，从而降低了网络传输时延。如图 [4] LeBrun J, Chuah C N, Ghosal D, et al. Knowledge-based4 所示，任务接替节点平均运动速度在 3 m/s 时，随着节点 通信距离的增加，网络数据传输时延不断减小。如图5 所示， Opportunistic Forwarding in Vehicular Wireless Ad hoc在节点通信距离为 200 m 时，传输时延随着接替节点平均运 Networks[C]. USA:[s.n.], 2005:2289–2293.动速度的增大而减小。当速度高于 5 m/s 时，趋于平稳。最 [5] Musolesi M, Hailes S, Mascolo C. Adaptive Routing for优状态与最差状态间的时延差值随着节点通信距离、接替节 Intermittently Connected Mobile Ad hoc Networks[C]. USA:IEEE点平均运动速度的增加而变小。当网络场景增大时，接替节 点运动速度成为影响传输时延的主要因素。 Computer Society,2005:183-189. ,上接第152页,议的客户端和服务器程序)来担当客户端和服务器角色搭建 char *mail_content; 即时通信系统，通过将本邮件网关以进程的形式添加进服务 //接收邮件的内容 }; 器程序中，成功实现了客户端与主流邮件服务器如 sina 的 邮件收发。 struct STRUCT_MPORTAL_SMAIL //发送邮件消息结构体 { struct STRUCT_MAIL_MSG_HEADER sHeader; 3 结语 本文在分析 XMPP 协议与邮件传输协议的基础上，通过 char chJID[50];//用户 JID 在服务器上添加新的服务模块——邮件网关，进行相应协议 char mail_resp[50]; //发送邮件服务的响应 间的转换，在即时通信终端上成功实现了邮件收发业务。作 };为搭建移动即时通信系统的两个对应部分，下一步还需对客 2.2 域名解析 为了延续用户的使用习惯，我们在客户端采 户端程序及邮件网关代码作进一步改进和优化，以美化操作 用域名地址 界面，提高客户端到邮件服务器间数据传输的效率。 的形式输入邮件服务器地址，因而在邮件网关上需要将用户 填写的邮件服务器域名地址解析为 IP 地址后才能进行 TCP 套接口连接。我们采用 gethostbyname(){}函数进行域名 解析。 参考文献 2.3 邮件的封装和提取 我们将邮件的封装和提取工作放在[1] 徐玉.中国的移动即时通信市场博弈[J].通信世界，2007(16): 客户端完成。发送邮 28-29.件时，由客户端将邮件封装好后发送给邮件网关;接收邮件 [2] 余秦勇.一种统一通信的安全解决方案[J].信息安全与通信保时，邮件网关将邮件内容传递给用户，由客户端进行邮件内 密,2008(08):72-75.容的提取、解码、显示。 2.4 测试结果 [3] 樊燕红,谭香.基于 XMPP 的即时通信网关应用研究[J].电子技术应 我们采用局域网中的两台主机(分别安装基于 XMPP 协 用，2007，33(10):123-124. [4] 李继雄.多业务即时通信网关的设计与实现[D]. 四川:大学，2008.