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改善Ad Hoc网络行为使用NS2的集群热处理工艺

GhaidaaMuttasher Abdulsahib1 3 Norrozila Sulaiman1 2 Osamah Ibrahem Khalaf1, 3
博士生在计算机系统和软件工程学院,大学马来西亚彭亨,26300年,
  1. 关丹县、彭亨马来西亚,在计算机工程学院工作,理工大学,10066 al-sina街,巴格达,伊拉克
  2. 计算机系统和软件工程学院,大学马来西亚彭亨,26300年,关丹县,彭亨马来西亚
  3. 博士生在计算机系统和软件工程学院,大学马来西亚彭亨,26300年,关丹县,彭亨,马来西亚,在信息工程学院工作,Al-Nahrain大学10072 Al-Jadriyah,伊拉克的巴格达
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文摘

移动ad hoc网络(MANET)是一个网络的数据传输从发送者到接收者不需要任何基础设施。在这个网络,连接节点的形式可能是笔记本电脑、手机、个人数字助理(PDA),等等,任何节点作为一个路由器,接收和发送数据包[1]。在一个特设网络,延迟路线交通可以最小化的集群技术,以及网络性能数据传输控制可以提高路由协议的选择类型[2]。本研究调查的影响使用集群技术在ad hoc网络和这种技术如何提高资源节约和降低时间延迟。它还描述了集群,集群结构,集群连接类型和不同类型的聚类算法在簇头选择及其对manet的影响。此外,本研究分析了manet的性能显示使用集群的影响ad hoc网络的性能,以便基于集群路由协议(CBRP)使用被认为是一个集群路由协议。CBRP是与其他类型的路由协议相比,如AODV、安全域,DSDV,没有使用集群技术。讨论的结论和分析结果解释的优点和缺点在manet中使用集群。

关键字

集群、特设网络加权聚类算法(WCA),动态移动自适应聚类(DMAC),最高学位ID算法(HDID)和最低程度ID算法(LDID),基于集群路由协议(CBRP)。

介绍

移动ad hoc网络(MANET)由一个移动节点共同函数作为一个路由器。可以动态地创建MANET没有任何基础设施。在这个网络类型,集群技术的使用,极大地减少了路由在路由过程中发生的交通。
聚类是用于一个特设网络划分为小的节点,每个集群组成的集群,普通节点和网关节点。聚类可以用于大型特设网络资源的有效利用。
本研究主要探讨了集群机制选择簇头的特设网络。机制包括最低程度ID算法(LDID),最高学位(HDID) ID算法,动态移动自适应聚类(DMAC)和加权聚类算法(WCA)。不同类型的路由协议是用来评估这种网络的性能和聚类。NS2模拟器是用于研究和比较结果。
图1显示了ad hoc网络中所有节点连接没有集群,集群和图2显示了相同的网络。

相关的工作

在[3]中,作者提出了一种新的体重依赖型剂量分布的聚类方法,可以动态地修改本身一个特设网络拓扑变化。仿真结果证明了这种新方法的性能优于先前的方法。在[4],Authorssuggested新算法,应用一种退火算法与聚类算法作为一种搜索方法相结合,另一个WCA和发展。仿真结果表明,新的比主要WCA WCA性能更好。在[5],Authorsproved新mobility-based聚类算法计算不同节点之间的距离来评估任何两个节点的移动性。本研究的仿真结果表明,新算法可用于提供一个健壮的层次路由结构,可用于大型马奈。在[6],Authorspresented DWCA消除通信流量通过预测节点移动性。本研究揭示了ad hoc网络的QoS参数的改善。这种改善提高整个网络的性能。在[7]中,作者提出了一种新的算法被称为信号和节能集群(联办)算法来提高马奈性能。该算法依赖于每个节点的能量和信号强度的特设网络。 The simulation results of this study showed that the SEEC algorithm lengthens network lifetime and consumes little energy.In [8], Authorsshowed a theoretical approach to solve the clustering problem in wireless sensor networks. This study suggested that any node must be combined with its neighbouring nodes to make a clustering game for the selection of a cluster head. The results of the study showed that the approach can be used to reduce the problems in the selection of the best node to be a cluster head.

聚类

聚类是一种最受欢迎的技术用于减少交通路线和减少能源消耗的大型无线网络节点分组称为集群。在聚类算法中,每个集群的代理节点称为(集群),负责寻找合适的路线对任何节点在集群;作为中介的其他节点集群中的任何通信称为网关。剩余的节点在网络被称为普通节点[9],如图3所示。
簇头的选择取决于不同的算法。为了满足马奈的要求,任何集群必须验证使用以下属性:
1。任何普通节点必须一个邻居至少一个集群。
2。任何普通节点必须有一个邻居簇头与更大的重量。
3所示。没有两个集群头可以邻居[10]。

集群结构

两种方法可以用来安排集群结构。
- Connectivity-based方法:网络集群的数量安排是基于网络中每个节点的连通性。最高的节点的邻居节点当选为簇头。在这种情况下,如果集群头失去一个邻居节点,其连接减少,其他节点当选为簇头。
B - Identifier-based方法:这种方法取决于每个节点的ID。如果一个节点最低/最高组ID,它是自动当选为簇头[11]。

集群连接类型

集群链接分为两类基于连通性的性质,如图4所示。
集群——双向链接:链接是双向的,如果一个邻居双向链接之间存在两个节点的集群或者两种截然相反的单向链接是发现两个不同的节点之间的两个不同的集群。
B -单向链接:一个集群链接是单向的,如果两个节点之间只存在一个单向链接。

方法对集群HEADSELECTION

几个聚类方法用于选择簇头的特设网络。簇头负责保持路由信息和管理网络节点。现有方法选举簇头要么基于网络的IDs节点或节点的位置信息。如图5所示,现有方法簇头选择LDID, HDID DMAC, WCA。每种方法包括属性和簇头选择的步骤。
最低ID的方法(LDID):LDID聚类是一种最常用的聚类方案特设网络。该算法的主要思想是,最低的节点ID的组选择的集群这一组的负责人。所选簇头管理所有通信和维护所有航线的节点。如流程图所示1,LDID过程的主要步骤如下[12]:
步骤1:每个节点需要一个特定的ID,不同于其他所有其他节点的ID;这个ID传播在其邻近节点的列表。
步骤2:任何节点定期检查其邻居节点的id;如果数量大于节点的ID,那么这样的节点被选为簇头。否则,节点选择邻居节点的最小ID作为集群的头。
步骤3:任何节点和两个邻近的集群头被选中作为网关节点,用于连接两个单独的集群。
步骤4:任何节点没有前面的属性被认为是一个普通的节点。
图像
流程图1。LDID过程的主要步骤
的主要属性LDID方法如下:
1 -任何节点都可以与至少两个节点;因此,这个算法很容易构造。
2 -在这种类型的聚类,不允许重叠集群,只有不相交的集群。
3 -任何节点可以一次只发送一个广播消息;连接是非常有限的[13]。
B-Highest程度方法(HDID):所显示Gerla, HDID方法被称为连接聚类。HDID是最古老的聚类算法用于马奈。它包含三种类型的节点:集群头,网关,和普通节点。集群的主要功能是管理集群中的节点的交通连接。
如流程图所示2,HDID过程的主要步骤如下:
步骤1:每个节点需要一个特定的ID,然后发送到所有其他节点在其特定的传输范围。
步骤2:任何节点收到这个消息插入作为发送方节点的邻居节点。
第三步:发送方与最多的节点的邻居节点当选为簇头。如果具有相同数量的几个节点的邻居节点,然后选择最低的节点ID作为集群的头。
图像
流程图2。HDID过程的主要步骤
的主要属性HDID方法如下:
1 -这种方法没有任何限制在一个集群中节点的数目。
2 -簇头的主要问题是不能同时管理大量的节点,因为数量有限的资源[14]。
c .动态移动自适应聚类(DMAC):DMAC的修改版本的动态聚类算法(DCA),这是使用专业的运动缓慢[15]节点。然而,DMAC比DCA,因为它可以实现高绩效甚至特设网络高速运动。如流程图所示3、DMAC过程的主要步骤如下:
步骤1:每个节点必须放置在一个特定的集群。
步骤2:每个节点需要一个特定的重量。
步骤3:最高的节点重发送一条消息到所有邻居节点集群。
步骤4:权重较小的其他节点等待一个集群头信息来决定哪些适当的集群加入。如果节点不会收到任何消息从集群的头,然后他们不允许加入任何集群。
图像
流程图3。DMAC过程的主要步骤
的主要属性DMAC方法如下:
1 -这种方法可以被认为是一个被动的方法,这意味着节点能耗最低睡眠和空闲模式。
2 -集群维护的开销减少由于这种方法的被动特征[16]。
d .加权聚类方法(WCA):这种方法考虑许多因素,如传播的力量,每个节点,并为每个节点电池能量。所有这些因素都必须在簇头选择使用。WCA总是使用一个特定的阈值来确定在一个集群中节点的数目,从而确保成功操作的介质访问控制(MAC)协议[17]。
如流程图4所示,WCA的主要步骤如下:步骤1:计算每个节点的度(n)在一个特定的传输范围使用eq。(1)。
图像
步骤2:计算节点之间的差异程度,通过使用(2)式。
图像
步骤3:计算所有的总和为每个节点与其邻居节点度用情商。(3)。
图像
第四步:计算的平均移动任何nodeby使用eq。(4)。
图像
在哪里(Xt,欧美)和(Xt-1 Yt-1)节点的位置(n)在时间t, t - 1,分别。
第五步:计算每个节点的时间获得每个节点的功率消耗。
第六步:计算每个节点的权重从以前的结果。
第七步:选择节点(n)与最低重量集群头[3]。
图像
流程图4。WCA过程的主要步骤
WCA的主要属性如下:
1 - MAC协议的方法提供了专业的工作,从而导致效率很高。
2 -大量的电池使用集群头因为转发数据包的过程;任何节点都可以与其他几个节点,在这种情况下,大量的电力消耗[18]。

路由协议

路由是携带信息的行为从源到目的地的互联网络。遇到的至少一个中间节点在网络发生在这个过程。考虑到路由已经受雇于网络自1970年代以来,这一概念已经不再是什么新奇的领域的计算机科学。然而,路由的概念已逐渐流行自1980年代中期。尽管是那么复杂和功能在均匀的环境中,高端和大规模网络互连显示最更新的发展。
从根本上讲,路由的概念处理两种活动:确保路由路径最优和移动组的信息,特别是被称为包,整个互联网络。后者被称为分组交换,这是容易理解的;相比之下,道路的决心会变得复杂。路由协议采用多个指标计算最佳路径在数据包被发送到他们的目的地。这些度量标准的测量使用啤酒花,通常使用的路由算法决定的最优路径,应该使用的数据包到达目的地。确定流程的路径表明,路由算法启动和保持路由表,其中包含整个数据包路由信息在不同路由算法。路由表包含一个广泛的信息生成的路由算法。最常见的路由表中的条目的形式来IP地址前缀和下一跳。路由表目的地或下一跳路由器协会建议,以最优的方式可以达到目的地,将数据包发送到路由器代表的“下一个跃点”在最终的目的地。IP地址前缀搜索一组目的地的路由条目是有效的。 Switching is relatively simpler than path determination, in which a host is determined to send some packets to another server. The host is needed by the router address and sends the packet addressed specifically to the writers of the MAC address; the packet comes with the protocol address from the host to the given destination. The protocol address is then analysed by the router and verified in terms of whether such address knows how the data will reach the destination. If the answer is positive, then the packet is forwarded to its destination; if the answer is negative, then packet would be dropped. Routing is subcategorized into static routing and dynamic routing. Static routing indicates the routing strategy stated through a static and manual manner in the router. This kind of routing keeps intact a routing table that is typically written by a network administrator, and it does not rely on network status or on whether the destination is found active or otherwise. Dynamic routing is the routing strategy that is learnt by either the interior or the exterior routing protocol. This strategy largely depends on the state of the network, which means that the routing table is affected by the destination in an active manner. One great flaw of static routing is that when a new router is introduced or extracted from the network, the administrator is tasked to revise the changes in the routing tables. However, such is not the case with dynamic routing, in which each router is confirmed to be present through the flooding of the information packet into the network; every router within the network is subsequently propelled to learn about the “new visitor” and its entries [19].

路由协议的分类

许多类型的多路径路由协议用于特设网络[20]。这些路由协议要么tabledriven路由协议(主动路由协议)或按需路由协议(反应式路由协议)。许多路由协议是混合,包含属性相结合的主动和被动路由协议。主动路由协议定期更新自己的路由表当请求转发一条消息通过路由表中可用的路线。在被动路由,当接收到路由请求,搜索过程执行路线。在路径搜索过程中,活性的多路径路由协议发现相同的源和目标。一个的多个航线然后选择消息转发到目的节点。图6显示了路由协议的分类。
A-Cluster-based路由协议(CBRP):基于集群路由协议(CBRP)在1999年首次提出的。在这种类型的路由协议,无线网络节点分为分离和重叠集群。每个集群选择的节点成为簇头。这种类型的节点负责路由过程。集群头使用网关节点能够相互通信。另一种类型的集群节点是一个网关,它被定义为与两个或两个以上的簇头节点的邻居。集群技术导致小流量,因为任何路由请求仅在簇头之间传递,通过整个网络没有必要[21]。
B -临时按需距离矢量(AODV):AODV路由协议是一种类型的需求。只在需要时在AODV路由建立减少通信开销。AODV可以有效地修复链接失败。AODV算法允许种路由系统节点之间,都需要建立一个特设网络。AODV还允许移动节点快速找到可用的路线为任何目的节点主动沟通。在AODV,每个节点都有一个相等的距离网络中其他节点。因此,每个节点维护一个与所有已知节点路由表。当一个节点在一个活跃的交流圈失去了与其他节点通信,它可以修复本地发送路由请求路由到目的节点或找到一个新的路线发送路线错误,这说明目的地节点是遥不可及的。然而,AODV的主要问题是“数到无穷大”现象。
C -动态源路由(域):是一种按需路由协议。在这个协议,节点的顺序需要数据包传输数据包报头的计算和处理。发送数据包时,路由缓存内的特定节点与实际的路线。如果结果是阳性,那么数据包转发。否则,重新发起路由发现过程。换句话说,源节点指定整个路线不仅是紧随其后的是一个数据包和下一跳。当源节点没有路线,它发送一个请求路由到任何特定的目的地或节点的路径路由回复当源节点可以达到这样的目的。这个回复包含完整路径嵌入到路由请求包。域的主要优势是,私人没有必要减少循环机制。路由缓存,用于安全域,可以用来消除路由发现的开销。 However, DSR also has several disadvantages, such as collisions between numerous route requests made by neighbor nodes [19].
D - Destination-Sequenced距离向量(DSDV):是一种表驱动路由协议,增加了一个序列号距离矢量路由和保持所有的短期变化。在这个协议中,每个节点传输自己的路由表更新,重要的链接状态更改,其他节点周期性的序列号。当两个路由到目的地节点收到来自两个不同的节点,最高的目的地选择序号。然而,如果两个数是相等的,较小的跳数选择。DSDV总是减少的开销控制通过增量更新和沉淀时间。在DSDV,路线与路由表维护的定期交流。沉淀时间和增量转储也用来减少DSDV控制的开销。DSDV认为只有最好的路径,而不是维护多个路径每一个目的地。因此,路由表空间的数量减少,和表可以用来避免额外的交通增量更新,而不是完整的转储更新。计数到无穷大的问题也减少了在DSDV [22]。

网络仿真

本研究旨在了解的影响在一个特设网络使用集群,集群路由协议的性能,测量和分析网络行为当集群。比较性能分析是performedbetween基于集群的CBRP和其他三个路由协议,也就是说,AODV,安全域,DSDV,基于QoS参数,如包交货率(PDR),平均吞吐量、端到端延迟和丢失的数据包数量。使用网络仿真器NS2模拟执行连续比特率(CBR)流量来源。源目的地节点通过网络随机移动。流动模型利用广场面积400 m×400 m与25日,50和70个节点。仿真时间是120秒。模型参数如表1所示。

性能指标

一个包交货率:包交货率被定义为交付数据包的总数的比值,发送的数据包数量(Σ收到的数据包的总数/Σ发送的数据包的总数)。这一比率是用来说明数据交付到目标节点的水平。高包交货率表明所有数据包的成功交付到目标节点,因此表明性能良好的协议[23]。
B -平均吞吐量:平均吞吐量被定义为接收的数据仿真时间的比率。在逻辑或物理数据可以转让通过一个网络节点。这个比例总是以每秒数据包或数据数据包每时间段。
C -端到端延迟:这个指标被定义为时间的数据包到达目标节点。这样的时间可以计算的总和除以时间差异数据包的发送和接收。较低的端到端延迟平均网络中是一个很好的路由协议的性能指标。
D -丢失的数据包数量:当一个包到达一个网络层,将数据包转发到目的地是否提供一个有效的途径。否则,包缓冲,直到到达目的地。如果缓冲区已满,包下降[24]。

分析和结果

一个数据包交货率:见Table.2the PDR的改善得到当AODV, PDR的价值不同的节点数量,作为一般的结论;有(4%对8%)改善PDR由于AODV的使用,但当节点的数量很小(25节点)之间的差异CBRP(与集群路由协议)和AODV路由协议(集群)很小值(仅为4%),但当节点的数目增加到(50和70节点),CBRP之间的差异和AODV成为越来越多(8%)。
如图7所示,CBRP包交货率排名第三。CBRP适中的性能相比其他的路由协议。其他协议AODV显示了最高的性能,包括CBRP、DSDV和安全域。即使节点数量的增加,AODV的包交货率也增加。因此,AODV的最佳性能包交货率,其次是DSDV、CBRP和安全域。
B-Throughput:见Table.3改善吞吐量得到了CBRP使用时,根据吞吐量的价值也不相同的节点数量,作为一般的结论;有(30到330 Kbps)由于使用CBRP提高吞吐量,这结果比较CBRP之间发生,另一路由协议,但当节点的数量很小(25节点)之间的差异CBRP(与集群路由协议),另一路由协议(没有集群)是小值(30到330 Kbps)但是当之间的节点数量增加到(50和70节点),CBRP和其他路由协议之间的差异变得越来越257 Kbps(9)之间。
如Fig.8所示。CBRP是最高的吞吐量,显示了一个增加的节点数量减少时,可获得最大吞吐量的CBRP(25节点)时,这个值却降低了节点的数量增加到(50和70节点)。CBRP后跟DSDV和安全域。最低的AODV的吞吐量。
C-End-to-End延迟:inTable所示。4the improvements in End to End Delay are obtained when DSR is used, The value of End to End Delayalso changed according to number of nodes, the results show that the maximum End to End Delay in AODV , and the differences ofEnd to End Delaybetween AODV and the other routing protocols is (170 msec)but this value decreased when the number of nodes is became greater (50 and 70 nodes), the most important conclusion is that the End to End Delay in CBRP is slightly changed when the number of nodes increased, the differences between the End to End Delay value for all CBRP cases is between (3 to 8 msec)
如图9所示,端到端延迟的CBRP适中的价格相比其他路由协议。使用安全域可以获得最少的端到端延迟。在本协议中,当节点的数目减少,endto——端延迟增加,反之亦然,但AODV显示最高的延迟。
D-Number丢失的数据包:Table.5所示,丢失的数据包数量的CBRP很小,这个数量略有增加随着节点数量的增加的数量增加(4 - 7包),之间的区别CBRP路由协议和其他在36包(10)之间,这被认为是一个非常伟大的数量和反映显然对整个网络的性能。
Fig.10所示,CBRP寄存器丢失的数据包数量最少,和这个数字增加节点的数量的增加。CBRP DSDV和安全域紧随其后。丢失的数据包数量最大的是在AODV观察;这个数字总是随着节点数的增加而增加。

结论

本研究表明,聚类算法可以用来降低路由流量除以网络成簇的数量。这项研究的结果证明了CBRP中等包交货率,最好的吞吐量,即使网络规模的增加而增加。这些性能结果归因于大洪水减少路由发现过程。CBRP有更多的延迟时间与安全域和DSDV相比,因为它消耗了大量的时间为了维护集群结构。丢失的数据包数量的CBRP路由协议中是最低的,因为任何集群的集群结构和传输过程,这是有限群与其他集群节点。考虑所有调查结果,我们得出这样的结论:聚类算法可以用来提高ad hoc网络的性能。

表乍一看

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数据乍一看

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图6 图7 图8 图9 图10

引用