無線Ad hoc網絡路由技術若干關鍵問題研究.pdf

1、Ad hoc網絡是一種不依賴固定通信網絡基礎設施的新型無線網絡。在這種網絡中，節(jié)點通過自組織的方式迅速構建通信網絡，實現(xiàn)節(jié)點間通信，進行信息的收集、處理和分發(fā)。Ad hoc網絡技術的出現(xiàn)為軍事通信、臨時通信和災難救助提供了有效的解決方案，同時也讓人們能夠在任意環(huán)境下自由地通信。在Ad hoc網絡中，距離相近的節(jié)點可以直接進行通信，而距離較遠的節(jié)點由于節(jié)點傳輸能力的限制必須依靠某種路由協(xié)議通過多跳的方式進行通信。路由協(xié)議的好壞極大影響、甚

2、至決定著Ad hoc網絡的性能。因此，無線Ad hoc網絡技術一提出，作為Ad hoc網絡關鍵技術的路由技術就被廣泛關注，成為了該領域的研究重點、熱點之一，到今不曾改變。
　　本文針對無線Ad hoc網絡路由技術中的一些基礎性、關鍵性問題進行了深入研究。這些問題包括：無線Ad hoc網絡移動模型建模、無線Ad hoc網絡路由協(xié)議性能分析及改進、新型路由協(xié)議設計方法及框架等。通過對這些問題的研究，本文取得了如下研究成果：
　　

3、1.提出一種適用于具有多出入口區(qū)域的節(jié)點移動模型。在仿真研究中選擇最貼近實際、最易于實現(xiàn)的節(jié)點移動模型是研究的基礎，也是成功的關鍵。然而，現(xiàn)有節(jié)點移動模型大多是基于理想環(huán)境設計的，不適用于真實環(huán)境。本文首先提出了具有多個出入口區(qū)域的SMS節(jié)點移動模型(SMS with entrances，SMSPWE)。在該模型中，仿真區(qū)域被設置成擁有若干出入口，移動節(jié)點通過出入口進出區(qū)域，移動節(jié)點在區(qū)域內的移動遵從SMS節(jié)點移動模型，節(jié)點在區(qū)域內外移

4、動的轉移通過駐留概率進行決策。然后對節(jié)點在區(qū)域內運動的平均移動路程、平均駐留時間、穩(wěn)態(tài)移動速度以及節(jié)點空間分布概率等運動特征進行了數學分析，同時還研究了出入口對各項運動特征的影響。SMSWE模型繼承了SMS模型對節(jié)點運動的細粒度控制，同時充分考慮了區(qū)域的出入口對節(jié)點移動的影響。仿真實驗和理論分析的結果表明，SMSWE模型克服了 RWPWE模型存在的節(jié)點向區(qū)域中心聚集的缺陷,更好地描述和模擬了多出入口區(qū)域網絡節(jié)點的實際移動模式和特點。因此

5、，在區(qū)域具有多出入口的真實環(huán)境中，采用SMSWE模型能更好地模擬Ad hoc網絡的拓撲變化，從而對網絡協(xié)議做出更加準確的分析、評價。
　　2.提出了一種實用于多跳無線網絡的網絡編碼感知路由協(xié)議。網絡編碼是有效提高無線多跳網絡吞吐量的新方法之一。為了有效的將網絡編碼技術應用到真實網絡中，本文提出了一種實用于多跳無線網絡的編碼感知單播路由協(xié)議。該協(xié)議以一種新穎的能有效描述網絡編碼和單播會話特性的路由量度為基礎。為了確保這種路由度量能夠

6、與廣泛使用的路徑計算算法進行有效結合，文中使用了一種獨特映射過程將真實網絡映射成虛擬網絡。這種獨特映射過可以確保常用路由計算算法獲得編碼機會最多的路徑。仿真結果顯示本文提出的路由協(xié)議能有效提高網絡吞吐量。
　　3.推導出了基于緩存的路由修復機制的數學模型，提出了適用于大規(guī)模異構無線自組織網絡路由修復策略。通過對基于緩存的路由修復機制進行數學建模和理論分析，得出了基于緩存的路由修復機制的最優(yōu)緩存策略應具有如下三種性質：（1）優(yōu)先緩存

7、壽命長的可用路徑；（2）優(yōu)先探測壽命長的可用路徑；（3）對于每次路由發(fā)現(xiàn)的可用路徑集合，最優(yōu)化緩存閾值總是存在。本文基于這些關鍵性質，設計了一個最優(yōu)緩存算法，并通過仿真對最優(yōu)化緩存策略和最優(yōu)緩存算法的正確性和有效性進行了驗證。
　　4.將路由協(xié)議的設計與遺傳算法和路由代數理論等技術相結合，提出了一種開放的網絡路由協(xié)議設計框架Orchestra。Orchestra框架可以對路由協(xié)議相關研究者們的工作成果進行充分復用，從而極大地簡化路

8、由協(xié)議的設計工作、極大地提高路由設計者們的工作效率，同時，Orchestra框架被設計成一種具有高開放性、高兼容性以及高易用性等特點的無線網絡路由協(xié)議仿真開發(fā)平臺，該框架設計之初就考慮到了對多種已廣泛部署和使用的路由協(xié)議的兼容。Orchestra框架不僅能夠幫助研究者們方便地實現(xiàn)路由協(xié)議的設計和實現(xiàn)，同時還支持如下自動化工作：自動對新開發(fā)模塊進行測試；自動將用戶開發(fā)的不同模塊進行組合；利用智能進化技術，自動地在可選集中搜索適合當前網絡狀