2023年7月19日发(作者:)
76 传感器与微系统(Transducer and Microsystem Technologies) 2010年第29卷第ll期 基于负载均衡的DSR改进路由协议 韩煜,孙强,包志华 (南通大学电子信息学院,江苏南通226019) 摘要:提出了一种高效的双通道的源动态路由协议(DDSR),以适应NGN中各网融合、终端频繁移动、 高速率传输的特点,满足MANET网络自身负载均衡的需求。DDSR使用两条有安全距离的独立路由,分 别传输不同的数据包。OPNET网络仿真的性能指标分析表明:在较高负载的情况下,DDSR比DSR在吞 吐量、有效数据包传输比率与网络生存时间上分别提高了20%,10%和28%。 关键词:源动态路由协议;负载均衡;移动无线分组网络;独立多径;OPNET仿真 中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1000-9787(2010)11--0076-03 Improved dynamic source routing protocol based on loading balance HAN Yu,SUN Qiang,BAO Zhi-hua (School of Electronics and Information,Nantong University,Nantong 226019,China) Abstract:A new effective dual—route dynamic source routing(DDSR)is proposed to ift the characteristics of nets mergering,nodes moving frequently and high—speed data transmission in the NGN,while it also meets the requirements of loading balance.The proposed DDSR has two independent paths with secure distance between them for transmitting ditferent data packets.The performance analysis based on simulation results using OPNET show that,when the load is relative heavier,the proposed DDSR improves the throughput by 20%,the percentage of effective packets sending by 10%,and the network life time(the ifrst node dies)by 28%,as compared with the DSR. Key words:dynamic source routing(DSR);loading balance;mobile Ad Hoc network;independent muhipath; 0PNET simUlation 0引 言 据而又没有可用的路由时,才会广播路由请求(route re— quest)。由于发送包的头部含有整个路由的信息,所以,传 输过程中的中间节点没有必要实时地维护路由信息。DSR 路由协议主要由路由发现机制与路由维护机制组成。 1.1路由发现机制 移动无线分组网络(MANET)是国内外研究的热点,由 于其网络拓扑结构的不稳定性,网络协议路由的算法部分 成为其研究的重点。为了提高网络传输速率,增强容错能 力,提高负载平衡,多种多径路由算法的理论被提出,如, AODMV” ,NDMR等。3G网络与MANET的融合是可以预 当节点s希望向目的节点D发送一个分组,而本身发 送缓存(send buffer)中没有到达该节点的路由时,会发送 一期的 J,然而使用传统路由策略的多跳路由的吞吐量会随 着网络中节点数量地增加而急速下降;同时在MANET中, 由于本身节点通信能力的限制和互相干扰,在3G中简单 地增强其下行链路的传输能力并不能增大其吞吐量 。 个包含唯一请求识别码(request ID)的广播。其他节点 收到一个路由请求时,首先判断自己是否是目的节点,若是 则回送一个路由应答(route reply);否则,检查是否收到过 因此,MANET中的路由算法仍有进一步改进的需求。 1 DSR路由简介 源动态路由 (dynamic source routing,DSR)协议是一 该request ID的请求,有则丢弃,无则检查缓存中是否具有 到达该路由请求所指定的目标节点的路径。如果该节点中 有,则反向发送一个包含路径信息的路由应答报文。否则, 种按需路由协议,即当且仅当源节点要向目的节点发送数 收稿日期:2010-04-09 把自己的地址加到路由请求列表中并继续传送,一直到达 基金项目:江苏省科技厅高技术计划(工业)资助项目(GB2007022) 第11期 目标节点。 韩煜,等:基于负载均衡的DSR改进路由协议 数据包的传输机制这2大方面。 2.1路由发现机制 DDSR的路由初始化过程主要分为三步: 1)每个节点在初始化的过程中获得1个本节点传输 范围内的相邻节点表,并定时更新。当有数据传输的需求 1.2路由维护机制 当某个节点的数据链路层检测到路由失效时,该节点 会发送一个包含失效节点信息的路由错误(route error)给 上游节点。相应的上游节点会删除发送缓存中的错误路 由。此时,源节点会使用备用路由。若备用路由亦失效,则 再次发起一个新的路由请求。 时,DDSR首先按DSR的路由寻找机制,找到一条最短路 由。 DSR路由策略适合轻负载、低移动性的工作环境,当负 载变大时,单条路由往往会形成拥塞,而备用路由也常常因 节点的移动而失效 J,这些都是需要改进的地方。 2 DDSR路由策略 2)记录下该条路由的唯一标识ID,最短路由的各个节 点,并以各个节点通信范围内的其他节点,形成一个屏蔽 表。 3)再次发起路由搜索请求,利用屏蔽表,在排除了主路 由节点以及其传输范围内的节点外后,利用DSR的路由寻 找机制再建立一条最短路由。 2.2包的传输机制 本文在DSR的基础上,提出了一种新的有2个独立通 道的路由算法,双重路由的源动态路由(dual—route dynamic source routing,DDSR)协议。该路由协议是一种动态源路由 协议,它在DSR的基础上,建立了2条不但节点不相交而且 有安全距离的独立路由。在传输的过程中,将发送缓存中 通往同一个目的节点的不同数据包按照一定的方式在2条 路径中同时传输,以达到提高传输速率,分担负载平衡的目 的。 在成功地建立两条独立的节点数分别为z 和1。的路 由后,当一群数据包到达源节点的达发送缓存器时,对这群 数据包进行排序,并将结果封装进DSR的选项头中。而 后,在这群数据包路由的创建过程中,路由缓存器根据DSR 的选项头中排序的结果,分配不同的路由。为了平衡负载, 在MANET网络中,节点的吞吐量 与传输时的干扰,, 路径的阻塞C和其他非决定性因素 的关系可以用式(1) 表示 71 1+了1+ 根据2条独立路有的传输效率,2条独立路由所负责传输的 数据包个数的比率m。和m 分别为 ll-2 . (2) . 为了增大吞吐量 ,应尽量减小C和,。在DDSR的规 l2-2 程中,只使用2条独立的路径以提高负载平衡,减小网络阻 塞C,是因为前人已经证明 j,利用2条以上的路由并不能 明显的提高吞吐量;同时,为了尽量减小传输时的干扰,, 2条路径不仅独立,而且其中的节点都互相在传输范围之 外 j。DDSR相对于DSR的改进,主要在路由发现机制和 l ̄tca :ll ̄trat l0),paeke ̄ID I188104) 如图1所示,在DDSR中,当节点74向节点75发送数 据包,会在路由的搜索阶段寻找到2条互相独立的路由,而 后选择性地分别通过这2条按照DDSR要求的独立路由进 行传输。 +ou=ce:execution zD(679599),c口p・Ca ̄)u8 Ne ̄vo=k・Mb-74・Xp encap l0bjid-38793l(processor) >Module:cop・ca砷u3 Network・ Rou ̄es sele ̄ ̄ ,‘・lp lObJld。38797](processo=) fro曩node 192.0.0.74 cc.囊pq0 He ̄vork.№34)des ̄xned co node 192.0.0.75(caius骶 ̄wozk..m 7s) ch gouge 192・0・0・"/4(Campus Ne ̄vork・m ̄74)一>192・0・0・2'7(cupes Network-,盘I.27)一>192・o・0・19{ca坤∞He ̄vork・域b.1 IODB 14.5.A:Eventl ’Ti瞳 :6・s sec,I6s・soo ̄! ‘Ew!at : execution ID(688485),ichedule ID(1692009).t e l●tr劓暇intrp ̄) 5ouzce:exec-d ̄ ̄on ID(688484)・cop・C唧u0 Network・leo?4・tp encap lOeJ ̄d-38793I(processor) _t● :inatr曩lO),packec ID(190318) >Hodule:cop・Campu.9 Xe ̄rk・}0 ̄74・ip[0 ̄1d-38797](p ̄ocessoz) i ̄oucee selec ̄ fr幔node 192-0-O・7‘(Calms Hecvork・Mb-,{}des:lned to node 192・0・0・"/5 lc明pu0 Ner, ̄ork・ 7sI ‘h z-o ̄ge 192・O・0・7●lc・砷q・llet帅r ・鼬 ●'~’192・0・0・62(Ca ̄pus Nec ̄=k・抽-6:卜 >192・O・0・7l‘c.印t1. ̄wo=k・抽』 图I数据包的选择传输 Fig l Select sending of packet 78 传感器与微系统 第29卷 当DDSR 2条路由中的任意一条出现断裂时,都会和 DSR一样,优先从断开的节点中寻找备用路由。在这种情 况下,由于DDSR中的原来2条路由彼此在传输距离之外, 而且,第2条路由有关于第1条路由的屏蔽信息,所以,新 的2条路由仍然是节点不相交的。 3仿真与结果分析 本文采用OPNET Modeler14.5 对DSR与DDSR协议 进行仿真比对。为了验证DDSR由于负载均衡而在整个网 络生存周期上具有优势,设定:每个节点初始有100 J的能 量,每发送一个数据包?肖耗0.5 J,当第1个节点能量耗尽, 则仿真结束。本轮仿真包含2个过程:首先,实现增加了能 量因素的DSR路由协议,然后,实现改进了的DDSR。 仿真的场景范围为1 000m×1 000m的空间内随机分 布100个互相平等的节点,其中随机的6对节点以0.5 s的 间隔传送512byte的数据包;不同的节点分别以静止,1,5, 10m/s的速度运动,所有的节点最大传输距离为250 Ill;无 线收发器工作在2.4 GHz,比特率1 Mbps。 为了比较改进前后路由协议的性能效果,本文就有效 传输数据包比率、吞吐量、网络开销、网络时延以及网络生 存时间进行统计比较,结果如图2~图5所示。 : 萎1 。1 摹9 : 仿真时间/s 图2有效传输数据包比率 Fig 2 Percentage of effective packets sending 避 Fig 3 Throughput 5 0 4.5 。 DDSR 皿40 3.5 《 3.0 DSR 担 2.5 竹 2 0 1.5 l 0 O 5 0 20 4O 仿真时间,s 图4路由开销 Fig 4 Overhead of routing ‘譬 匿 霜 1 仿真时间/s 图5网络时延 Fig 5 LANDelay 图2表明:当发送相同数量的数据包时,DDSR能够比 DSR接收到多10%的数据包,这表明节点的移动性对 DDSR影响较小。在图3中,在设定的较高负载强度的场 景中,改进后的DDSR的吞吐量比DSR有2O%以上的提 高,而相应的路由开销,如图4所示,仅仅增加了12%左 右。图5表明:DDSR路由协议在初始化的过程中,网络时 延增大,但随着时间的推移,在较强移动性的环境中,DDSR 与DSR的网络时延性能趋向一致。另外,若定义了网络生 存时间为第1个节点能量耗尽时间,通过调整不同的移动 节点强度,运用多次仿真求平均值的方法可以发现,DDSR 网络生存时间是DSR的128%左右,这是由于同时使用 2条独立路径,从一定意义上实现了负载的均衡。 4结论 本文在DSR路由协议的基础上,基于提高传输速率和 负载平衡的目的,提出了一种对于数据包来讲是双通道单 路由的DSR路由改进协议DDSR,并利用网络仿真软件 OPNET对DSR改进前后的路由协议仿真,给了出仿真结 果。通过分析得出,在较高负载和较大移动性的场景中, DDSR在负载平衡、吞吐量、接通率等方面均有所提高,更 适合情况复杂、节点移动频繁、高速传输的下一代通信网 络。 参考文献: [1] 陈林星,曾曦,曹毅.移动Ad Hoc网络一自组织分组无线 网络技术[M].北京:电子工业出版社,2006:245_381. 2] Fu Chunyan,Glitho R,Khendek F.Signaling for conferencing in integrated 3G/mobile Ad Hoc Networks[C]//The llth IEEE Symposium on Computers and Communications.2006:838—843. [3]Bhatia R,Li Li(E),Luo Haiyun.ICAM:Integrated cellular and Ad Hoc muhicast[J].IEEE Transactions on Mobile Computing, 2006,5(8):1004--1015. [4]Peng Chaorong,Chen Changwen.Dynamic hybrid multi routing protocol for Ad Hoc wireless network[J].Sensor and Ad Hoc Communications and Networks,3rd Annual IEEE Communica— tions Society,2006,3:809--810. 【5]Abuslaah L,Khokha A,Guizani M.A survey of secure mobile Ad Hoc routing protocols[J].Communications Surveys&Tutorials, IEEE,Fourth Quarter 2008,10(4):78-93. (下转第81页) 第l1期 唐俊龙,等:数字化电源高精密电流传感器性能影响的分析 8l 4 xl0 的偏差,这样能就满足系统测试的要求。 表3 DCCT供电电压变化对输出的影响 Tab 3 Effect of supplied voltage variation on output for the DCCTs 提供了有利的依据,为SSRF电源系统数字化电源技术的 应用打下基础。 表4 L/V转换箱DCCT供电电压的采样数据 Tab 4 The sampled data of supplied voltage for the V transformation box DCCTs 对于数字化电源DCCT测试系统与数字化电源测试系 统来说,提供DCCT±15 V的供电电源的是测试系统中的 L/V转换箱。为了知道I/V转换器所提供的±15 V供电电 压是否达到0.1%的变化精度,通电后,用数字万用表对 +15V供电电源进行1 h的数据采样,L/V转换箱l0个通 道对应的DCCT供电电压采样的数据见表4,表中变化△= (最大值一最小值)/(2×平均值)×10一,标准差 是从每 个通道供电电压1 h的数据计算得出。 从表4中看出:L/V转换箱所提供的±15 V供电电压 都在要求的范围内(±15 V,<±5%),且变化精度在 0.01%以上,完全满足0.1%的变化精度要求。 3结论 在SSRF数字化电源系统的研制中建立了数字化电源 高精密DCCT测试系统与高性能数字化电源测试系统,针 对2种系统,采用了L/V转换箱为DCCT供电,针对数字化 电源研制中系统测试平台的要求,实验研究了供电电压对 DCCT性能的影响,结果显示:L/V转换箱为DCCT提供的 供电电压达Nd,于±15 V,变化小于±5%,DCCT的供电 电压变化精度达到0.1%时,其输出可达3×10 -4×10 参考文献: [1] Shanghai Synchrotron Radiation Center.SSRF Design Report[R]. Shanghai:Shanghai Institute of Applied Physics,2001:89—1o5. [2]唐俊龙,李德明,沈天健,等.基于虚拟仪器的数字化电源 DCCT线性度测试系统[Jj.核技术,2008,31(10):780— 785. 的偏差,且I/V转换箱的DCCT供电电压精度变化在 0.01%以上。通过实验验证了I/V转换箱为DCCT提供的 供电电压满足DANFYSIK高精密电流传感器DCCT要求的 [3]唐俊龙,李德明,沈天睦.SSRF高性能数字化电源检测系 统[J].核技术,2009,32(1):10--13. 供电指标,可以保证DCCT的输出性能要求,能够应用于数 字化电源DCCT测试系统与数字化电源测试系统2个平 台,并为2个测试系统的DCCT供电电压的有效性、准确性 户 、:P・ \。户 t ) 、— 、 、 、 、 ,、\ t \ 户 作者简介: 唐俊龙(1973一),男,湖南武冈人,博士,副教授,主要从事数 字信号处理、测控仪表研究。 t户 ; .≯ 0 、 、户 、 户 户 P (上接第78页) [6] Razak S,Abu.Ghazaleh N B.Self-interference in multi.hop wire. 1ess chains:Geometric analysis and performance study[M .Ber- lin:Springer-Vedag,2008:58-71. sactions,2008,7(9):l124--1137 [8] 陈敏.OPNET网络仿真[Mj.北京:清华大学出版社,2004: 48-一214. 作者简介: 韩煜(1982一),男,江苏南通人,硕士研究生,主要研究方向 [7]Teo Jennyue,Ha Yajun,Tham Chenkhong.Interference—minimized rnuhipath muting with congestion control in wireless sensor net— work for high—rate streaming[J].Mobile Computing,IEEE Tran— 为无线传感器网络。
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