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(luò)，它不需要使用任何現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施或中心化管理，廣泛應(yīng)用于救災(zāi)、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(chǔ)設(shè)施的特點，使自組網(wǎng)作為一個重要的和有前途的研究領(lǐng)域受到極大關(guān)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(zhǔn)確的鏈路狀態(tài)信息和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?。另一方面，繁重的業(yè)務(wù)流量、頻繁的鏈路中斷和網(wǎng)絡(luò)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(luò)拓?fù)涞膭討B(tài)變化和網(wǎng)絡(luò)資源的缺乏使自適應(yīng)分布式路由協(xié)議的設(shè)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(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜途W(wǎng)絡(luò)資源的動態(tài)變化，從而達(dá)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(shè)計主要面臨以下難題：1）如何適應(yīng)快速、頻繁和動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓?）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(luò)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(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，從不同的角度對自組網(wǎng)路由協(xié)議的研究進(jìn)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?fù)涞男阅芊治觥Ｌ岢鲆环N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(yīng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?guī)律進(jìn)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(yùn)動速度、暫停時間等因素對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫阅艿挠绊?，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(jìn)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(yīng)的路徑穩(wěn)定時間的分布概率進(jìn)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(jī)制和主動的無償路由響應(yīng)獲取最新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?。每個節(jié)點在路由發(fā)現(xiàn)階段和路由維護(hù)階段分別利用接收到的路由應(yīng)答包和路由響應(yīng)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(guān)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(fù)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(fù)載情況下性能有所惡化。ASR協(xié)議首次在反應(yīng)型路由協(xié)議中使用周期路由更新機(jī)制，消除了基于事件觸發(fā)的路由維護(hù)機(jī)制在當(dāng)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(guān)的路徑穩(wěn)定性和網(wǎng)絡(luò)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(hù)算法結(jié)合無償QoS響應(yīng)來更新網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜唾Y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(wù)負(fù)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(yù)先重路由機(jī)制極大限度預(yù)防了QoS中斷的出現(xiàn)。與ASR