国际计算机与通信工程创新研究杂志
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B.Sindhuja1, Dr.J.Shanthini2
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| 有关文章载于Pubmed，谷歌学者 |
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移动自组织网络(Mobile Ad Hoc Networks, MANET)是由多个节点通过无线链路组成的具有动态拓扑结构的网络。MANET的节点被划分为集群，用于从源到目的的临时通信。集群中的每个节点都由一个称为簇头(CH)的领导节点监督。簇头的工作是维护所属节点列表，并与其他簇进行通信。簇头维护具有快速通信、拓扑管理、更好的路由等优点。簇头可以提高路由时延、带宽消耗和吞吐量等网络参数的性能。对于簇头的选择，参数如移动性，连通性，电池电量等。本文综述了不同的簇首选择方案，比较了不同参数因素的权重，并在计算节点权重后进行决策。
关键字 |
| 移动自组织网络，集群，网关，簇头选举。 |
介绍 |
| 自组织网络是一种无线的、基础设施较少的、多跳的、由移动节点集合建立的动态网络。自组网在基础设施、成本效益和安装方便等方面存在不足。基于集群的manet的主要问题是拓扑分配、机动性管理、簇头开销和频繁的leader重选。没有固定节点或基站，网络中的每个节点都充当路由器，将数据包转发给其他节点。由于节点的异质性，节点将具有高度可变的资源量，这就产生了网络中它们角色的层次结构。具有较大计算能力和通信能力的节点，功率大的电池适用于MANET。 |
| 集群头选择有助于维护与集群相关的信息。提供集群中节点列表和每个节点的路径等信息。选举集群的领导者是一项非常重要但复杂的工作。簇首的选择考虑了节点的位置、移动性、能量和吞吐量等因素。与另一个集群中的节点的通信可以直接由集群头完成，也可以通过网关完成。 |
A.移动Ad Hoc网络中的路由: |
| 路由可以定义为在不同的网络中选择将数据包从源发送到目的的路径的过程。移动自组织网络中经常出现的问题是路由问题，因为每个节点都扮演着路由器的角色。网络中的每个节点在能量、内存和移动性方面都是不同的。路由可以是静态的也可以是动态的。 |
| A1。静态路由 |
| 静态路由是网络管理员在路由器上手动配置的路由。路由表保存着网络信息，与路由器直接相连。 |
| A2。动态路由 |
| 路由利用路由协议来查找路由。它知道到达目的地的路径。 |
路由特点 |
| MANET的重要特征是: |
| ïÂ‑·节点的动态性质 |
| ï ·有限带宽 |
| ï ·节点使用电池，因此它限制了电力使用 |
| ï ·安全问题 |
| B1。路由中的术语 |
| 本文简要介绍了常用的路由术语，但它们不限于: |
| 我)路由 |
| 它是从一个节点到在其传输范围内(或)外的另一个节点通信数据包的过程。 |
| (二)路由器 |
| 它充当在网络中指导数据包的通道。 |
| iii)路线发现 |
| 在通信过程中，当源希望建立到目的地的路由时，它会在网络中搜索以找到目的地(或)包含到目的地路由的中间节点。 |
| iv)路线设置 |
| 当一个源想要与其他节点通信时，它会在整个网络上广播请求，并试图进行通信，以便将数据包传输到目的地。 |
| v)路由删除 |
| 发送方和接收方之间的路由将被维护，直到在组播中不再需要它为止，然后使用路由删除过程将该路由删除。 |
| vi)路由表 |
| 在MANET中，每个节点都有充当主机和路由器的特权，它周期性地将其他节点的所有已知路由更新到一个称为路由表的表中。 |
集群方案 |
A)最小id聚类算法(LIC) |
| 在这个算法中，每个节点都被分配一个唯一的标识符(ID)，并根据给定的步骤形成集群: |
| 1.它将ID广播给所有节点，包括它自己 |
| 2.该节点将听到所有比特定节点大的其他节点的ID |
| 3.ID最低的节点被认为是簇头，除非ID最低的节点放弃其作为簇头的角色 |
| 4.网关是具有两个或多个簇头的节点，否则该节点为普通节点。 |
| 该算法的主要缺点是偏向id较小的节点，这可能会导致某些节点的电池耗尽，并且它没有尝试在所有节点上均匀地平衡负载。 |
B)最高连通性聚类算法(HCC) |
| 每个节点都会将自己的ID广播给传输范围内的邻居节点。该算法又称为基于连通性的聚类算法;这里计算每个节点的度数。邻居个数最大的节点被选为簇首。一些缺点是 |
| 当节点的度数增加时，吞吐量会减少，因为集群头可用的资源是在它的邻居之间共享的。 |
| 集群中的节点数量没有限制 |
| 由于节点的移动，节点的重新隶属数很高 |
C)负载均衡集群(LBC) |
| 它在选定的集群头上提供负载平衡。选出的节点作为clusterhead保留到某个指定的最大时间或预算是可取的。预算是用户在启发式上定义的约束，可以修改以满足系统的特定特征。维护两个局部变量物理Id (PID) -每个节点的唯一Id和虚拟Id (VID)。最初，PID和VID是一样的。在此基础上，将VID作为聚类选择的启发式算法，对其进行了改进。在其所在区域中id最高的移动节点首先被选为簇头。LBC通过预算限制一个节点可以连续作为clusterhead的最大单元，因此当其持续时间预算超过时，它将其VID重置为0，小于任何其他节点，并成为一个非clusterhead节点。当两个集群头移动到彼此的范围内时，VID较高的集群头将赢得集群头角色。当一个clusterhead辞职时，邻域中VID值最大的非clusterhead可以恢复clusterhead功能。 |
D)电源感知连接域集' |
| 这是一种节能聚类算法，在不影响支配集(DS)功能的情况下，减少了支配集的大小。这里的路由基于已连接的支配集，因此它删除了不必要的节点。根据每个主机的能量等级和节点度连接支配集。能量级别被用作簇头选举的度量。DS中的节点比集合外的节点消耗更多的能量，因为它们承担了额外的责任，如更新路由信息和处理流量。因此，要求DS的能耗最小化。当一个移动节点的近邻集被一个或两个支配邻居覆盖时，它可以从DS中删除，同时它的剩余能量小于支配邻居。 |
E)加权聚类算法(WCA) |
| WCA是基于使用组合权重度量的。对于clusterhead选举，使用的度量标准是邻居的数量，与所有邻居的距离，移动性和节点作为clusterhead的累计时间。通过重广播，每个节点都知道系统中所有其他节点的权重值和其他簇头的信息。因此，WCA会产生很高的开销。WCA的缺点是，如果一个节点移动到一个没有被任何集群头覆盖的区域，那么集群建立过程将再次被调用，这将导致重新隶属关系。Hello消息包含其ID和位置。每个节点根据接收到的Hello消息构建其邻居列表。每个节点通过以下算法计算其权重值。 |
| 步骤1:找到每个节点v的邻居集合N(v)。(例如v和v'之间的距离小于v的传输距离，则v'是v的邻居)，设dv, v的度。 |
| 步骤2:计算每个节点的度数差。预定义阈值表示一个clusterhead可以理想处理的节点数。 |
| 步骤3:对于每个节点，计算v D与其所有邻居的距离之和。然后计算每个节点在当前时间t之前的运行平均速度，这给出了移动v M的度量，其中它定义了节点v在瞬间t的位置。计算节点v作为簇头的累积时间v P。v P表示已消耗的电池电量，假设集群头比普通节点消耗的电池电量更多。 |
| 步骤4:计算每个节点v的组合权重v W |
| 步骤5:v W最小的节点被选为簇头。然后所选clusterhead中的所有普通节点都不允许参与选举过程 |
| 步骤6:对于尚未被选择为簇头或分配给集群的其余节点，重复步骤2至5 |
F)分布式加权聚类算法 |
| 它的工作原理与WCA相同，除了电源管理和分布式集群设置是通过本地化配置和重新配置集群来完成的。消耗的电池电量比在WCA中使用的节点作为集群头的累计时间更好，因为它反映了实际的电量使用量。如果电池电量不足，则可以通过将集群头的角色切换到普通节点来增加拓扑的生命周期。有两种情况可以调用集群维护阶段:当节点移动到集群边界之外时，以及当集群头的电池消耗过多时。当一个普通节点移动到它的集群边界之外时，它需要找到一个新的集群头来关联。如果它发现了一个新的clusterhead，它将移交给新的集群。如果不是，它将自己声明为群集头。每个clusterhead在发送和接收数据包时更新所消耗的电池电量。如果消耗的电池电量超过预定义的阈值，则集群头退出并成为普通节点。该算法在重新连接的数量、端到端吞吐量、初始聚类设置阶段的开销和节点的生命周期方面都优于WCA算法。 |
G)一种有效的加权分布聚类(CBMD) |
| 它使用不同的权重函数，考虑节点的连通性(C)、剩余电池电量(B)、平均迁移率(M)和距离(D)等参数来选择局部最优的簇首。这种聚类算法的优点是实现了簇之间的负载均衡，并且通过指定一个簇头可以理想地处理的最大和最小节点数，可以形成更少的簇。此外，每个移动节点在n(小整数，以最小化内存需求)连续HELLO消息后开始测量其权重，其中结果指定了移动和电池电量的准确值。该算法用于在不降低整个网络性能的前提下，选出最优簇首并划分最优簇数，以满足簇间负载均衡，最大限度地提高簇的稳定性，减少通信开销，减少集群维护带来的显式控制消息。 |
比较分析 |
| 下表显示了某些技术的比较分析 |
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结论及未来工作 |
| 基于集群的路由是实现MANET中高效路由方案的一种最简便的方法。但它必须解决集群形成和维护的控制开销、电池功率、集群稳定性、公平性、负载均衡等问题。因此，在MANET中优化簇首选举算法，实现高效的基于簇的路由，有必要考虑所有指标，而不是只关注某一指标。 |
参考文献 |
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