Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的單播和組播路由協(xié)議的研究.pdf

1、AdHoc網(wǎng)絡(luò)無需固定基站的支持，節(jié)點(diǎn)之間通過無線鏈路進(jìn)行通信，使用方便、配置靈活，已經(jīng)引起了人們廣泛的關(guān)注。AdHoc網(wǎng)絡(luò)的研究領(lǐng)域中有許多需要解決的問題，如：路由協(xié)議、能量節(jié)省和網(wǎng)絡(luò)安全等，其中路由協(xié)議是AdHoc網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的關(guān)鍵問題。路由可分為單播路由、組播路由和廣播路由。本文研究具有平面結(jié)構(gòu)的AdHoc網(wǎng)絡(luò)的單播和組播問題，圍繞著優(yōu)化和提高網(wǎng)絡(luò)性能等問題進(jìn)行了深入的研究，主要的研究內(nèi)容和創(chuàng)新性結(jié)果如下： 1.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭討B(tài)

2、性使路由節(jié)點(diǎn)維護(hù)的路由信息具有很強(qiáng)的時效性。針對AdHoc網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟鬃兊奶匦?，必須設(shè)計出簡單有效的路由維護(hù)算法。本文將鏈路狀態(tài)預(yù)測算法引入到AdHoc網(wǎng)絡(luò)的單播路由協(xié)議AODV中。解決了AODV不能及時發(fā)現(xiàn)斷裂鏈路而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)報文丟失和網(wǎng)絡(luò)傳輸時延增加的問題。鏈路預(yù)測算法根據(jù)無線傳播的原理和節(jié)點(diǎn)運(yùn)動的規(guī)律，利用接收報文的能量發(fā)現(xiàn)即將失效的鏈路，然后對即將失效的路徑提前作出處理。本文提出了二個基于鏈路失效預(yù)測的路由維護(hù)算法。第一個算法是：當(dāng)

3、節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)即將失效的鏈路后，在該鏈路失效前，將鏈路即將失效的信息傳遞給所有使用該鏈路的活動路徑的源節(jié)點(diǎn)，由源節(jié)點(diǎn)根據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)的處理。這樣避免了失效鏈路的使用以及報文的丟失，降低了網(wǎng)絡(luò)中報文的投遞時延。第二種方法稱為搶先式路由算法，即在路由失效前不但要報告鏈路失效的信息而且修復(fù)失效路徑，為了避免產(chǎn)生過多的控制開銷，我們使用了局部路由修復(fù)的方法。搶先式路由算法降低了網(wǎng)絡(luò)中報文的投遞時延，減少了因無路由而丟失的報文數(shù)，但導(dǎo)致路由開銷略有增加

4、。 2.組播是Adhoc中的重要應(yīng)用，組播的實現(xiàn)需要良好的組播路由協(xié)議的支持。在已提出的組播協(xié)議中，ODMRP協(xié)議性能良好，對節(jié)點(diǎn)移動導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化的抗毀性也較強(qiáng)。但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送節(jié)點(diǎn)數(shù)較多時，ODMRP協(xié)議中冗余路徑太多，使網(wǎng)絡(luò)中的無效冗余報文占用過多的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源，容易引起信道資源的競爭和網(wǎng)絡(luò)沖突。針對該問題，本文提出了兩個基于概率的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)算法，并將其應(yīng)用到ODMRP協(xié)議中。第一個轉(zhuǎn)發(fā)算法使ODMRP協(xié)議中的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)

5、根據(jù)局部轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的密度，動態(tài)地選擇轉(zhuǎn)發(fā)概率并按此概率轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報文。當(dāng)局部轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)密度較小時，使用較大的轉(zhuǎn)發(fā)概率，這樣不會降低網(wǎng)絡(luò)的報文投遞率；當(dāng)局部轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)密度較大時，則以較小的概率轉(zhuǎn)發(fā)報文，從而控制網(wǎng)絡(luò)中的冗余報文數(shù)，減少網(wǎng)絡(luò)帶寬的浪費(fèi)程度，提高報文傳遞的效率。第二個概率轉(zhuǎn)發(fā)算法使ODMRP中的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到同一個報文的次數(shù)和與發(fā)送報文的節(jié)點(diǎn)距離決定是否轉(zhuǎn)發(fā)該報文，如果同一個報文被收到的次數(shù)達(dá)到某個閾值，則丟棄該報文，否則進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)操

6、作。閾值通過接收節(jié)點(diǎn)與發(fā)送節(jié)點(diǎn)間的距離動態(tài)調(diào)整，如果轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)距離發(fā)送節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)，則設(shè)置較大的閾值，使報文被轉(zhuǎn)發(fā)的概率增加；否則，設(shè)置較小的閾值，使報文被丟棄的概率增加。仿真結(jié)果證實，這兩個轉(zhuǎn)發(fā)算法通過減少網(wǎng)絡(luò)中無效冗余的數(shù)據(jù)報文，提高了ODMRP中報文傳遞的有效性，明顯降低了數(shù)據(jù)報文的傳輸時延，增強(qiáng)了協(xié)議的可擴(kuò)展性。 3.本文還提出了反應(yīng)式的組播路由協(xié)議RMMP。RMMP是基于負(fù)載的反應(yīng)式組播路由協(xié)議，因此能有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源。此

7、外，協(xié)議從所有發(fā)送節(jié)點(diǎn)中選出一個核心節(jié)點(diǎn)，由核心節(jié)點(diǎn)周期性地廣播核心通告信息，網(wǎng)絡(luò)中其它節(jié)點(diǎn)收到該信息后，獲取了到達(dá)核心節(jié)點(diǎn)的最短路徑。核心通告信息傳遞到組成員后，由組成員節(jié)點(diǎn)利用到核心的最短路徑發(fā)送請求加入組的信息，核心節(jié)點(diǎn)和成員節(jié)點(diǎn)間所有最短路徑上的節(jié)點(diǎn)的集合構(gòu)成了網(wǎng)格組播結(jié)構(gòu)。組播結(jié)構(gòu)建立后，發(fā)送節(jié)點(diǎn)首先利用到核心的最短路徑將數(shù)據(jù)向核心節(jié)點(diǎn)方向發(fā)送，任一轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)收到后，在網(wǎng)格中洪泛該報文，使數(shù)據(jù)報文到達(dá)每個成員節(jié)點(diǎn)。RMMP由核心

8、節(jié)點(diǎn)洪泛控制信息，節(jié)省了由每個發(fā)送節(jié)點(diǎn)洪泛控制信息消耗的帶寬資源；由于組播轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)構(gòu)僅由核心節(jié)點(diǎn)與組成員節(jié)點(diǎn)間的最短路徑上的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的數(shù)目和網(wǎng)絡(luò)中的冗余報文數(shù)受發(fā)送節(jié)點(diǎn)數(shù)的影響較??；RMMP使用了基于網(wǎng)狀的組播結(jié)構(gòu)，提高了網(wǎng)絡(luò)對節(jié)點(diǎn)移動導(dǎo)致的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化的抗毀性。除核心節(jié)點(diǎn)外的發(fā)送節(jié)點(diǎn)無需加入組播結(jié)構(gòu)就可發(fā)送數(shù)據(jù)，避免了不需要數(shù)據(jù)的發(fā)送節(jié)點(diǎn)接收到組播報文。RMMP不依賴任何單播協(xié)議，因此實現(xiàn)靈活。仿真結(jié)果表明，與ODMRP協(xié)議相