GPSR协议详解(3)——周边转发

GPSR协议详解(1)——简介
GPSR协议详解(2)——贪婪转发

周边转发

如图一所示,阴影区域是半径为xD的圆和节点x的圆形信号辐射范围的重叠面。在这个范围内找不到x的邻节点。即所有邻节点,都要比节点x离目的节点距离更远。这个区域被称为节点x的空洞区域(void)。x节点需要尝试寻求其它的转发路径,绕过空洞区域。


图一:路由空洞

在GPSR协议中,当贪婪转发遇到路由空洞的时候,进入周边转发模式绕过路由空洞。在Brad Karp和H. T. Kung的论文中,周边转发模式有两个关键工具:右手定则和构造平面拓扑图

右手定则

右手定则如图二所示:当数据包从节点y到达节点x的时候,采用以节点x为轴心,将(x,y)按照顺时针旋转,到达的第一条边则是下一次转发所要经过的路径。如图所示,转发顺序应该是y→x→z→y。而为了绕过图一中出现的空洞区域,釆用x→w→v→D→z→y→x的顺序转发数据分组。这种由右手定则构成的路径,称为周边(perimeter)

图二:右手定则

当转发数据包遇到路由空洞的时候,记录当时的状态(位置),使用右手定则来走出路由空洞。这需要一种无交叉启发式搜索算法,使右手定则在互相相交的图中,找到一个包含路由空洞的周边(perimeter)。这个启发式搜索有以下责任:1.简化拓扑图,使周边转发更快走出路由空洞; 2.不能造成网络分区。 如果出现网络分区,算法将不会找到跨越此分区的路由。所以引入构造平面图的这个工具。

构造平面图

平面图就是没有任何两条边相交的图。假设节点的信号范围为半径为r的圆,而节点m在节点n的信号范围内,即距离d(n,m)≤r,则称存在边(n,m)在节点n和m之间。(PS:我们忽略节点的高度差异,假定所有节点都在同一平面)。
 要构造复合我们的应用要求的平面图,需要达到以下要求:
 (1) 删除不属于平面图的边,构造一个没有交叉边的网络拓扑图
 (2) 平面图算法必须能够以分布式运行在每个节点上,而且只需要用到与节点有关的本地拓扑信息作为算法的输入
 (3) 将图中多余的边删除,到平面图构造完成的过程中,不能使图断开,导致网络拓扑分割。
 相对邻域图RNG(Relative Neighborhood Graph)和加布里埃尔图GG (Gabriel Graph)是常见的、满足以上条件的平面图。

1. RNG平面图

RNG平面图的定义

若顶点U,V和任意其它顶点W之间的距离,全都大于或等于顶点u和v之间的距离d(u,v),则在顶点U和V之间存在RNG边(u,v)。用方程式表示如下:


下图形象地说明了RNG平面图的定义。以节点u和节点v各自形成一个半径为d(u,v)的圆形,半月形阴影区域则是这两个圆的重叠部分。若(u,v)是RNG中的边,则在节点U和V之间的阴影半月形区域内,不能包含有任何证明节点w。


RNG平面图的定义

RNG的算法

对于每个节点u,有完整的邻节点列表N,用以下伪代码去除非RNG连接:

2. GG平面图

GG平面图的定义

如果节点u和节点v之间,直径为uv的圆内,不存在其它顶点W,则节点u和节点v存在GG边(u,v)。用方程式表示如下:


下图形象地说明了RNG平面图的定义,节点u和节点v之间形成一个直径为d(u,v)的圆形,节点u和节点v都在圆上,即是圆形阴影区域。若(u,v)是GG中的边,则在节点U和V之间的圆形阴影区域,不能包含有任何证明节点w。


GG平面图的定义

GG平面图的算法

直径为uv的圆形阴影的圆心也是uv的中点。对于每个节点u,有完整的邻节点列表N,用以下伪代码去除非GG连接:

从两者的定义可以看出,RNG是GG的子集,差别在GG只是在节点间较小的圆形阴影区域内搜寻证明节点。如下图所示,左图是无线网络的完整拓扑图;200个节点被随机部署在2000*2000米的区域,无线电范围为250米;中间表示整个拓扑图的GG子图;右图表示整个拓扑图的RNG子图。


完整拓扑图、GG图、RNG图

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