无状态路由无线网络使用贪婪的周长

安瓦尔Ahsan¹T, U Nagdeve²

部门的计算机工程,Anjuman Polyetchnic那格浦尔,印度马哈拉施特拉邦
MIET、Gondia Mahrashtra,印度

文摘

我们贪婪的周边无状态路由(RPSR),一个novelrouting协议使用的路由器和无线数据报网络数据包的目标包forwardingdecisions。RPSR使ravenousforwarding决定通过路由器的信息直接邻居在网络拓扑。当一个包到达地区贪婪的转发是不可行的,路由算法恢复的周边地区的秩序。通过保持国家只有言之凿凿localtopology RPSR尺度per-router状态比shortest-pathand特别targetsincreases路由协议的网络。在流动的频繁的拓扑变化;RPSR可以局部拓扑信息,快速找到正确的新航线。我们描述了RPSR协议,使用广泛的便携式无线网络仿真来比较其性能与ofDynamic源路由(域)。我们的模拟演示RPSR 'sscalability密集部署无线网络

关键字

自组网、无线路由、无状态的路由、地理路由的数据包,移动networksforwarding决策。

介绍

网络由完全的无线电台,各源和目标节点可能需要traversalof多个啤酒花,广播范围是有限的。ad-hocnetwork社区人员提议,实施,和measureda多种路由算法等网络。观察帽子拓扑变化更迅速地移动,无线networkthan有线网络,使用距离矢量(DV),链接状态(LS)和路径向量路由算法是他,激励这身体的工作。DV和LS算法需要不断循环的currentmap整个网络的拓扑结构对所有路由器。DV bellman方法构造这个全球图片过渡形式;每个路由器包含其所有网络距离目标在每个intermittentbeacons我顶。LS的Dijkstracome直接洪水announcementsof任何链接的变化每个路由器在网络的地位。小错误状态下路由器DVand LS都可以导致路由迴圈或超然。当thetopology invariableflux流动下,LS生成torrentsof链接状态变化信息,和DV患有过时的状态,或产生种子的触发更新。

两个主导因素扩展的路由算法是:

一个¯·拓扑的变化速度的价值。

一个¯·路由器在路由区域的总数。

一个¯·这两个因素影响DV的消息复杂性和LS routingalgorithms:直觉,推动当前全球成本packetsproportional状态变化的速度和数量的目标更新状态。

层次结构是最广泛的部署方法扩展路由网络目标随着数量的增加。没有层次,网络路由不能支持Internetleaf数量也仅为目前的网络规模。一个自治系统运行境内一个intra-domainrouting协议,和作为一个单一的实体出现骨干域间路由协议,边界网关协议。这hierarchyis基于定义良好的,很少改变administrativeand拓扑边界。因此不容易特别适用于自由移动的无线网络,在拓扑中没有明确的界限,路由器可能没有共同administrativeauthority。

缓存已经成为扩展ad-hocrouting协议的策略。动态源路由(域),Ad-HocOn-Demand距离向量路由(AODV)和区域路由协议(ZRP)避开不断推动currenttopology全网的信息。相反,请求拓扑信息随需应变路由器运行theseprotocols fashionas所需的数据包转发负载,并积极和缓存。当他们的缓存的拓扑信息变得过时,这些路由器必须获得更多成功继续提供当前拓扑路由。缓存减少了routingprotocols”消息负载在两个方面:它避免了推topologicalinformation转发负载不需要它(例如,atidle路由器),它通常减少啤酒花为之间的数量所需的拓扑信息和routerthat需要(即。比改变链接,一个节点可能alreadyhave缓存的新状态,链接)。我们建议积极使用地理实现scalabilityin无线路由协议,贪婪的周边无状态路由(RPSR)。我们的目标是在网络中越来越多ofnodes的可伸缩性,并增加移动速度。随着这些factorsincrease,我们可伸缩性的措施有:

¯·路由协议消息的成本:多少路由协议数据包路由算法发送吗?

一个¯·应用程序包交付成功率:什么分数的应用程序的成功交付数据包的路由算法?

¯·每个节点的状态:一个路由算法需要多少存储在每个节点?

网络推动流动性,或同时包含的节点数量:

¯·特别网络:也许最调查类别,这些移动网络没有固定的基础设施,和支持应用程序用于军事用户,灾后救援人员和临时临时伙伴之间的合作。

¯·传感器网络:组成的小型传感器,这些移动网络可以部署大量节点,和非常贫穷的每个节点资源。最小化网络中每个节点的成千上万的memory-poor传感器是至关重要的。

一个¯·屋顶。谢泼德,提出网络:这些无线网络不移动,但部署非常密集的大都市(这个名字是指天线在每个建筑的屋顶,视线与邻国)替代传统telecommunicationsproviders有线网络提供的。这样一个网络还提供了另一种基础设施在conventionalone失败的事件,如灾后。路由系统selfconfigures(没有一个可信的权威配置路由层次结构)等成千上万的大都市中的节点代表一个重大比例的挑战。

传统的最短路径(DV和LS)算法需要国家比例在每个路由器的数量可及的目标。按需临时路由算法要求国家至少proportionalto远期packetstoward目标节点的数量,并且经常更多,在安全域,在这路线节点aggressivelycaches所有来源听到减少propagationscope其他节点的淹没了路由请求。我们将显示地理路由允许nearlystateless路由器,并且需要的拓扑信息传播onlya单跳:每个节点只需要知道它的邻居的位置。位置的自描述特性是地理的关键'susefulness路由。的位置一个数据包的目标候选人的andpositions啤酒花足以让correctforwarding决定,没有任何其他的拓扑信息。我们假设在这个工作,所有无线路由器知道ownpositions,要么从GPS设备,如果在户外,或通过其他。固定的实际解决方案包含测量、无线路由器;惯性传感器,车辆;和声学测距usingultrasonic .chirps。在室内。我们进一步假设bidirectionalradio达到能力。 The widely used IEEE 802.11 wirelessnetwork MAC [11] sends link-level acknowledgements for all unicastpackets, so that all links in an 802.11 network must be bidirectional.We simulate a network that uses 802.11 radios to evaluateour routing protocol. We consider topologies where the wirelessnodes are roughly in a plane. Finally, we assume that packetsources can determine the locations of packet targets, to markpackets they originate with their target's location. Thus, weassume a location registration and lookup service that maps node addresses to locations. Queries to this system use the samegeographic routing system as data packets; the querier geographicallyaddresses his request to a location server. The scope of thispaper is limited to geographic routing. We argue for the eminentpracticality of the location service briefly in Section 3.7. We adopt IP terminology throughout this paper, though RPSR can be applied to any datagram network. In the following sections, we describe the algorithms that comprise RPSR, measure and analyze RPSR's performance and behavior in simulated mobile networks, cite and differentiate related work, identify future research opportunities suggested by RPSR, and conclude by summarizing our findings.

二世。算法和例子

我们现在描述贪婪的周边无状态的路由算法。算法包括两个转发数据包的方法:ravenousforwarding,尽可能使用,perimeterforwarding,贪婪的转发不能使用的区域。

二世。IRavenous转发

在引言中提到,在RPSR,数据包被他们的发起者与目标的位置。因此,转发节点可以局部最优,贪婪的选择选择一个数据包的下一跳。特别,如果一个节点知道radioneighbors的位置,接下来霍皮人的邻居的局部最优选择地理位置最接近数据包的目标。转发这个政权先后离地理啤酒花,直到到达目标。的一个例子ravenousnext跳选择出现在图1。这里,收到一个数据包destinedfor D . x的广播范围用虚线圈对x,和弧半径等于y之间的距离和D是shownas冲弧对D x将数据包转发到y, y到D小于,D和x的任何'sother邻居之间。这个贪婪的转发过程重复,直到thepacket达到D。

一个简单的报警算法提供了所有节点和他们的邻居'positions:定期每个节点传输一个灯塔thebroadcast MAC地址,只包含自己的标识符(例如,IPaddress)和位置。我们编码地位两个四字节floatingpointquantities, x和y坐标值。为了避免synchronizationof邻居的灯塔,弗洛伊德和雅各布森,观察到我们每个信标抖动的传输之间intervalB信标的50%,这样意味着inter-beacon transmissioninterval是B,均匀分布在(0.5 bb, 1.5 B)

在没有收到一个邻居的灯塔超过超时intervalT, RPSR路由器假设邻居failedor已经超出范围,从其表和删除你的邻居。The802.11 MAC层也给直接链路级别的迹象retransmissionfailures邻居;我们解释这些indicationsidentically。我们使用T = 4.5 b,最大jitteredbeacon间隔的三倍,在这工作。贪婪的转发最大的优势在于,它只依赖于知识立即转发节点的邻居。国家requiredis可以忽略不计,依赖thewireless网络中节点的密度,不是目标网络的总数。网络上有用,多跃点路由中的大量的邻居节点的广播范围必须大幅低于网络中节点的总数。节点位置的同事和邻居变得不那么currentbetween邻居移动信标。的准确性theset的邻居也降低;老邻居们可能离开,newneighbors进入广播范围。由于这些原因,correctchoice报警间隔保持节点的邻居表currentdepends在网络中流动的速度和范围的节点'radios。 We show the effect of this interval on RPSR's performance in our simulation results. We note that keeping current topologicalstate for a one-hop radius about a router is the minimum required todo any routing; no useful forwarding decision can be made withoutknowledge of the topology one or more hops away.This beaconing mechanism does represent pro-active routing protocoltraffic, avoided by DSR and AODV. To minimize the cost of beaconing, RPSR piggybacks the local sending node's position onall data packets it forwards, and runs all nodes' network interfacesin promiscuous mode, so that each station receives a copy of allpackets for all stations within radio range. At a small cost in bytes(twelve bytes per packet), this scheme allows all packets to serveas beacons. When any node sends a data packet, it can then resetits inter-beacon timer. This optimization reduces beacon traffic inregions of the network actively forwarding data packets.In fact, we could make RPSR's beacon mechanism fully reactive byhaving nodes solicit beacons with a broadcast .neighbor request.only when they have data traffic to forward. We have not felt it necessaryto take this step, however, as the one-hop beacon overheaddoes not congest our simulated networks.The power of ravenous forwarding to route using only neighbor nodes'positions comes with one attendant drawback: there are topologiesin which the only route to a target requires a packet move temporarilyfarther in geometric distance from the target [7].A simple example of such a topology is shown in Figure 2. Here,xis closer to D than its neighbors w and y. Again, the dashed arc

AboutD半径等于x和d . Althoughtwo路径之间的距离。x→→→z D, x v w→→→D, D存在,不会选择期待w x或y使用贪婪的转发。切除酶的局部最大值接近d .其他mechanismmust转发数据包在这些情况下使用。

二世。IITheRightHand规则:周长

出于图2中,我们注意到x circularradio范围和圆的交点的D半径|一个¯害怕½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½|(也就是说,看情景segmentxD行)是空的邻居。显然我们展示该地区在图3。从节点x的角度来看,我们没有节点项theshaded地区一个空白。X寻求转发数据包totargetD之外的边缘空白。凭直觉,x寻求toroute周围的空白;如果存在一个路径D x,它不包含节点位于空白(或x会转发给themgreedily)。x y z→→→D知道右手定则为遍历图depictedin图4。这条法则规定,当到达节点从nodey x,下一个边缘遍历是下一个顺序counterclockwiseabout x (x, y)边缘。众所周知,右手ruletraverses内部的一个封闭的多边形区域(脸)clockwiseedge秩序。在这种情况下,三角edgesbetween节点有限的x, y,和z,顺序(y z→→→x y)。规则遍历一个外部地区,在这种情况下,该地区在sametriangle之外,在逆时针顺序。我们寻求利用这些路由aroundvoids cycle-traversing属性。 In Figure 3, traversing the cycle x → w→v → D → z → y → x by the righthand rule amounts to navigating around the picturedvoid, specially, to nodes closer to the target than x (in thiscase, including the targetitself, D). We call the sequence of edges traversed by the right-hand rule a perimeter.

在先前的研究中,我们建议映射由sendingpackets周边旅游,用右手定则。这些包的stateaccumulated缓存节点,recoverfrom最大值在贪婪的转发路由到一个节点在acached周边接近目标。这种方法需要启发式,无交叉的启发式,迫使右手ruleto发现周边封闭孔隙边缘地区的图形。这种启发式方法可以提高整体可达性的结果,但仍留下了严重的责任:算法alwaysfind路线,当他们不存在。无交叉的启发式盲目removeswhichever遇到第二一双crossingedges边缘。删除的边缘,然而,可能网络分区。如果,该算法将找不到路线交叉这个分区。

三世。相关工作

芬恩我们知道[7]是最早提出的路由使用thelocations节点。他认识到小ravenousforwarding需要转发状态,观察ravenousforwarding在到达当地最大的失败。他提出洪水搜索论坛近节点作为当地最大限度的恢复策略。我们首先提出了贪婪的转发和周边遍历,简要地讨论了在2.2节。这个工作模拟olderalgorithm静态网络,在一个理想化的(竞争少,无限带宽)模拟器,并提出国家每个节点(includingperimeter节点列表,值得注意的是,在当前工作),信息成本从冷开始收敛,和频率withwhich路线不发现,由于不完美的no-crossingheuristic。这个工作之前不提供任何移动simulationresults,和前面的算法在很多方面遭受itsmaintenance之外的国家在所有路由器的邻居列表:increasedstate周长大小列表节点,定期主动路由协议交通周界探测生成,和过时ofperimeter列表下会发生流动。unreachabilityof甚至是一小部分的目标在静态网络因为无交叉的启发式的失败也有问题;suchrouting故障是永久性的,而不是暂时的。

约翰逊和麦克斯维尔[12]提出的动态源路由(域)协议。安全域生成路由流量反动地:路由器floodsa整个网络路由请求包。requestreaches目标时,目标返回路线回复therequest的发起者。节点缓存路线,他们积极学习,以便查询器和目标之间的中间节点maysubsequently答复代表目标,并限制传播的请求。Broch等。[4]DSDV的性能进行比较,托,安全域和AODV路由协议在模拟移动IEEE802.11网络。50他们模拟网络节点,在论坛页面迁移率和流量的负载。他们测量的国民安全域的缓存的有效性最小化这些50-node域路由协议的交通网络。在comparabilityof结果的兴趣,我们使用这个工作的模拟环境forIEEE 802.11, tworay地排斥模型和域。Ko和Vaidya描述位置辅助路由(政治),anoptimization在哪些节点域限制routerequest包的传播到最probablethe目标所在地理区域。守护神使用基地安全域与目标建立firstconnectivity;此后,路线查询器学习thetarget直接从目标节点的位置,和usesthis信息标记路由请求传播只有withina地区的一些关于目标的最后已知位置的大小。安全域的缓存,守护神是限制propagationof请求路由策略。 When a circuitous path, outside the region LARlimits route request propagation within, becomes the only path toatarget, LAR reverts to DSR's flooding-with-caching basecase. Under LAR, DSR's routes are still end-to-end source routes.Geography is not used for data packet forwarding decisions underLAR; only to scope routing protocol packet propagation.Li et al propose GLS, a scalable and robust location databasethat geographically addresses queries and registrations. Their systemdynamically selects multiple database servers to store eachnode's location, for robustness against server failure. This propertyalso ensures that a cluster of nodes partitioned from the remainderof the network continues to have location database service, providedby nodes inside the cluster. GLS uses a geographic hierarchyto serve queries at a server topologically close to the querier.Bose et al. independently investigated the graph algorithms forrendering a radio network's graph planar. They suggest the GabrielGraph, and analyze the increase in path length over shortest pathswhen traversing a graph using only perimeters. Motivated by thelonger-than-optimal paths perimeter traversal alone finds, they suggestcombining planar graph traversal with ravenous forwarding, and verify that this combination produces path lengths closer to trueshortest paths. They do not present a routing protocol, do not simulatea network at the packet level, and assume that all nodes arestationary and reachable.

四、未来的工作

一个假设的使用平面周长我们想进一步调查是一个节点可以达到itsradio范围内所有其他节点。GG和RNG整平都依赖一个节点鉴别谎言的能力,准确地知道是否有证人w广播范围内,当考虑消除边缘的一个已知的邻居。Ouruse GG和RNG可以断开与particularpatterns图节点之间的障碍。这个断开easilyavoided迫使两个节点优势同意在边缘接壤的命运,与两个节点的规则必须决定eliminatethe边缘,或者也不会这样做。然而,这modificationto整平算法将RNG和GG整平的离开一个或多个交叉边缘withobstacles在这些地区。我们打算进一步研究这些案例。一promisingapproach在处理这些障碍可能是有obstructednodes选择可及节点在合作伙伴网络,通过合作伙伴的目标和路线都做不到因为整平的局部破坏。虽然我们这里显示地理的好处为一个可伸缩系统路由系统,测量RPSR的组合行为和一个位置数据库系统将揭示更多关于界面的使用地理路由。一个高效的分布式locationdatabase将提供一个网络服务在许多otherlocation-aware计算应用程序有用。比较的行为RPSR使用RNG和GGplanarization将揭示性能影响的tradeoffbetween交通浓度越大,发生在稀疏的RNG perimeterforwarding,和增加空间diversitythat RNG提供由于稀疏。甚至在上下文ofRPSR之外,这可能会限制边缘用于forwardingin无线电网络的RNG或GG可能减少争用和提高效率在MAC协议敏感相互发送站数量范围。我们希望延长RPSR主机放置在三维空间中,除了平面拓扑探索。 A promisingapproach is to implement perimeter forwarding for 3-D volumesrather than 2-D faces.

诉的结论

我们有了贪婪的周边无状态路由、RPSR引起算法,使用地理位置来实现小每个节点路由状态,小的路由协议消息复杂性,极为健壮的包交付密集部署无线网络。我们的模拟移动网络与200节点在一个完整的IEEE 802.11 MAC演示这些属性:RPSR始终提供94%以上的数据包成功;在这方面与域的竞争在50-node网络环礁暂停时间,比安全域和越来越成功随着节点数的增加,在112 -节点和200 -节点网络。RPSRgenerates路由协议流量的quantityindependent通过网络线路的长度,因此生成一个常数,低容量的路由protocolmessages随着流动性增加,然而不遭受找到路由鲁棒性降低。域必须查询更长航线网络直径的增加,而且必须做得更多mobilityincreases,和缓存变得不那么有效。因此,DSRgeneratesdrastically更多的路由协议流量在200 - 112年nodeand节点比它在我们50-node的模拟。最后,RPSR使国家与邻国的数量成正比,而流量来源和中间域路由器缓存状态成正比的数量的产品路线学习和啤酒花的路线长度。RPSR的好处都源于地理路由使用的只有immediate-neighbor信息转发决策。Routingprotocols依赖于端到端的状态转发路由器之间的路径和数据包的目标,source-routed一样,DV,和LS算法,面对一个缩放挑战网络diameterin啤酒花和流动性增加,因为这些twofactors的产品决定了端到端路径的速度变化。Hierarchyand缓存已经证明这些算法成功地扩展。Geography, as exemplified in RPSR, represents another powerful lever for scaling routing.

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