無線移動自組網(wǎng)中路由度量和路由策略的研究.pdf

1、無線移動自組網(wǎng)是一個由移動節(jié)點的集合臨時和動態(tài)形成的多跳無線網(wǎng)絡，它不需要使用任何現(xiàn)有的網(wǎng)絡基礎設施或中心化管理，廣泛應用于救災、分布式協(xié)作計算和戰(zhàn)場自動化等場合。自組織、快速部署和無需任何固定基礎設施的特點，使自組網(wǎng)作為一個重要的和有前途的研究領域受到極大關注。然而由于節(jié)點移動、信號干擾和功率損耗等因素的影響，在自組網(wǎng)中本質(zhì)上難以得到準確的鏈路狀態(tài)信息和網(wǎng)絡拓撲信息。另一方面，繁重的業(yè)務流量、頻繁的鏈路中斷和網(wǎng)絡分離將引發(fā)傳輸中斷，造

2、成數(shù)據(jù)包的延遲和丟失。網(wǎng)絡拓撲的動態(tài)變化和網(wǎng)絡資源的缺乏使自適應分布式路由協(xié)議的設計極具挑戰(zhàn)性。在自組網(wǎng)路由協(xié)議的研究中，路由度量的選取和路由策略的采用必須適應網(wǎng)絡拓撲和網(wǎng)絡資源的動態(tài)變化，從而達到提高包分發(fā)率、降低端到端延遲和減少控制開銷的目的。自組網(wǎng)所具有的無中心、多跳、分布式特性使其路由協(xié)議的設計主要面臨以下難題：1）如何適應快速、頻繁和動態(tài)的網(wǎng)絡拓撲變化；2）如何有效地處理鏈路中斷，提高包分發(fā)率；3）如何減少控制開銷、降低端到端

3、延遲并提高吞吐量；4）如何利用不精確信息，實現(xiàn)網(wǎng)絡資源的全局最優(yōu)利用。為解決上述難題，本文的研究圍繞以下四個方面展開：1）自組網(wǎng)路由協(xié)議綜述。在對自組網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)進行分析的基礎上，從不同的角度對自組網(wǎng)路由協(xié)議的研究進行了歸納和總結(jié)，分別就單播路由協(xié)議、多播路由協(xié)議、QoS路由協(xié)議展開討論，指出了各種路由策略所具有的特點和存在的不足，并從路由度量的選取和路由策略的采用兩個方面提出了解決思路。2）自組網(wǎng)動態(tài)拓撲的性能分析。提出一種基于快照的統(tǒng)

4、計分析方法，對兩種不同路由度量（最短路徑和基于最短路徑的最穩(wěn)定路徑）所對應的網(wǎng)絡拓撲的變化規(guī)律進行研究。選用平均路徑穩(wěn)定時間和平均路徑長度作為性能度量，考查節(jié)點密度、運動速度、暫停時間等因素對網(wǎng)絡拓撲性能的影響，對不同長度路徑的平均路徑穩(wěn)定時間和平均新增中間節(jié)點數(shù)進行統(tǒng)計分析，獲得不同路徑長度的分布規(guī)律，并對出現(xiàn)概率最大的路徑長度所對應的路徑穩(wěn)定時間的分布概率進行研究。結(jié)果表明依據(jù)不同的路由度量所選擇的路徑具有不同的變化規(guī)律，但新舊最優(yōu)

5、路徑的組成節(jié)點差異較小。平均路徑穩(wěn)定時間隨路徑長度和移動速度的增加而降低，平均路徑長度隨節(jié)點密度的增大而下降。3）基于周期路由更新的主動源路由協(xié)議。提出一種按需主動源路由協(xié)議ASR，它使用周期性的路由更新機制和主動的無償路由響應獲取最新的網(wǎng)絡拓撲信息。每個節(jié)點在路由發(fā)現(xiàn)階段和路由維護階段分別利用接收到的路由應答包和路由響應包獲取或者更新到目的節(jié)點的多條路徑，每條路徑與一個過期時間相關聯(lián)。如果在規(guī)定時間內(nèi)該路由未被使用或者更新的話，將被自

6、動刪除，以防止陳舊路由的出現(xiàn)。仿真結(jié)果表明，低負載情況下，ASR協(xié)議的吞吐量接近理想值，且能提供相對穩(wěn)定的平均延遲時間。協(xié)議整體性能不受節(jié)點暫停時間的影響，受節(jié)點移動速度的影響也較小，隨節(jié)點密度的增加性能相反略有提高，僅在高負載情況下性能有所惡化。ASR協(xié)議首次在反應型路由協(xié)議中使用周期路由更新機制，消除了基于事件觸發(fā)的路由維護機制在當前路由有效期間無法動態(tài)選取最優(yōu)路由的固有弊端。4）軟帶寬約束的QoS路由協(xié)議。提出一種使用多條不相交路

7、徑支持軟帶寬約束QoS需求的主動多徑QoS路由協(xié)議AMQR。它使用一種分布式路由發(fā)現(xiàn)算法發(fā)現(xiàn)多條不相交路徑，每條路徑指定相關的路徑穩(wěn)定性和網(wǎng)絡資源信息。此外，基于周期狀態(tài)更新的主動動態(tài)路由維護算法結(jié)合無償QoS響應來更新網(wǎng)絡拓撲和資源信息，幫助源節(jié)點在所選中的路由上動態(tài)調(diào)整業(yè)務負載以實現(xiàn)數(shù)據(jù)分流。同時它利用所獲取的路徑穩(wěn)定性和資源使用情況及時發(fā)現(xiàn)擁塞節(jié)點和不穩(wěn)定鏈路，利用備份路徑或者預先重路由機制極大限度預防了QoS中斷的出現(xiàn)。與ASR