移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由算法研究.pdf

1、隨著社會(huì)信息化進(jìn)程的不斷加快，無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為人們生產(chǎn)生活中不可替代的重要組成部分，其相關(guān)技術(shù)研究的不斷深入和發(fā)展促使人類朝著“信息化世界和數(shù)字化地球”的目標(biāo)大踏步前行。作為無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的重要分支，移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)無需依賴預(yù)先架設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施以及能夠快速組網(wǎng)和靈活開展等優(yōu)點(diǎn)，使得其具有良好的環(huán)境適應(yīng)性和結(jié)構(gòu)健壯性，可以被廣泛的應(yīng)用到戰(zhàn)場部署、臨時(shí)會(huì)議召開、野外科考、礦區(qū)作業(yè)以及災(zāi)后救援等有著特殊需求的通信環(huán)境中。然而，正是

2、這些極具優(yōu)勢和應(yīng)用潛力的特點(diǎn)卻為移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)的研究帶來了新的問題和挑戰(zhàn)。除了需要面對(duì)與傳統(tǒng)無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)一樣帶寬資源和供電能力受限、無線鏈路連接脆弱、安全性較低以及傳輸質(zhì)量無法保證等問題以外，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的頻繁變化、業(yè)務(wù)分組的多跳轉(zhuǎn)發(fā)以及缺少中心控制機(jī)構(gòu)的調(diào)度協(xié)調(diào)等固有本質(zhì)也極大的制約了移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。
　　沒有中心控制機(jī)構(gòu)以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)頻繁變化的特征使得路由問題成為移動(dòng) Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)最具特色也最難解決的技

3、術(shù)環(huán)節(jié)之一。前者意味著需要采用多跳轉(zhuǎn)發(fā)的形式實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)傳輸，而后者則意味著路由上的每一條鏈路都是不穩(wěn)定、不可靠的。因此，如何在復(fù)雜多變的環(huán)境下通過多跳方式建立端到端的路徑便成為路由技術(shù)需要面對(duì)的重要問題。作為開展最早、所得成果最為豐富的研究領(lǐng)域，路由算法的設(shè)計(jì)仍然還有很多有待解決的問題。本課題的研究內(nèi)容將主要針對(duì)移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由算法對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境適應(yīng)性的不足，從節(jié)點(diǎn)鄰域狀態(tài)的更新維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)集中時(shí)的傳輸均衡以及鏈路失效后的本地修復(fù)三

4、個(gè)方面展開，通過環(huán)路反饋控制算法和最優(yōu)搜索理論算法建立環(huán)境變量與路由因素間的映射關(guān)系，使得路由算法能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化及時(shí)做出反應(yīng)并進(jìn)行調(diào)整，從而提高業(yè)務(wù)分組在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸效率和網(wǎng)絡(luò)整體的服務(wù)質(zhì)量。
　　首先，圍繞移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)，分別從節(jié)點(diǎn)鄰域狀態(tài)的維護(hù)問題、網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)集中的均衡問題以及鏈路失效的修復(fù)問題三個(gè)方面入手，對(duì)問題產(chǎn)生的原因及其對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能產(chǎn)生的影響進(jìn)行了闡述和分析?？偨Y(jié)了目前針對(duì)上述問題從不用角度提出的

5、具有代表性的解決方案，深入研究了這些方案所取得的成果及仍有待解決的問題。對(duì)面向動(dòng)態(tài)環(huán)境的典型路由算法設(shè)計(jì)思想進(jìn)行剖析，分析并給出移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由問題的本質(zhì)以及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與路由算法設(shè)計(jì)間的關(guān)系，并據(jù)此確定文本的研究思想路線。
　　其次，研究了移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)中節(jié)點(diǎn)對(duì)鄰域狀態(tài)的維護(hù)與更新問題。分析了動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中采用固定更新周期進(jìn)行鄰域狀態(tài)維護(hù)將產(chǎn)生大量的控制開銷從而影響網(wǎng)絡(luò)性能的本質(zhì)。基于節(jié)點(diǎn)鏈路連接的變化情況，設(shè)

6、計(jì)了本地拓?fù)湔袷幎?，用于衡量其鄰域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的穩(wěn)定程度。采用環(huán)路控制理論構(gòu)造了狀態(tài)更新周期的控制模型，并據(jù)此建立了本地拓?fù)湔袷幎扰c狀態(tài)更新周期間的映射關(guān)系。結(jié)合本地拓?fù)湔袷幎燃八每刂颇Ｐ停岢隽擞蒆ELLO分組自適應(yīng)廣播、鄰居超時(shí)值自適應(yīng)調(diào)整以及反應(yīng)式 HELLO信息重調(diào)度三種機(jī)制構(gòu)成的鄰域狀態(tài)自適應(yīng)更新算法，以保證狀態(tài)更新周期能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的需要而進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)置和調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)降低網(wǎng)絡(luò)控制開銷并提高業(yè)務(wù)分組傳輸效率的研究目的。

7、　　再次，研究了移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)業(yè)務(wù)集中在某些鏈路或節(jié)點(diǎn)處時(shí)分組傳輸?shù)穆窂骄鈫栴}。分析了在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性較弱的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，由于采用反應(yīng)式路由協(xié)議而較長時(shí)間利用某些路徑進(jìn)行業(yè)務(wù)傳輸對(duì)網(wǎng)絡(luò)生存期及業(yè)務(wù)分組傳輸效率產(chǎn)生的影響?；诠?jié)點(diǎn)緩存業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)后剩余功率的情況，設(shè)計(jì)了業(yè)務(wù)負(fù)載度的度量用于衡量節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)的繁忙程度，并據(jù)此提出了一種包括主動(dòng)均衡和被動(dòng)均衡兩種機(jī)制的自適應(yīng)業(yè)務(wù)均衡路由算法，以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身業(yè)務(wù)負(fù)載度的不同而分別采用業(yè)務(wù)路

8、徑轉(zhuǎn)移和放棄轉(zhuǎn)發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)均衡傳輸?shù)哪繕?biāo)。此外，針對(duì)均衡過程中可能出現(xiàn)的個(gè)別節(jié)點(diǎn)為了保存自身能量而拒絕轉(zhuǎn)發(fā)其它節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)分組從而導(dǎo)致均衡受阻的現(xiàn)象，提出了一種自適應(yīng)業(yè)務(wù)均衡公平性輔助算法，旨在快速、準(zhǔn)確的檢測出自私節(jié)點(diǎn)并迫使其參與到均衡過程中，以實(shí)現(xiàn)提高業(yè)務(wù)均衡效果并延長網(wǎng)絡(luò)生存期的目標(biāo)。
　　最后，研究了移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)由于節(jié)點(diǎn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)或無線環(huán)境變化所引起的鏈路失效的修復(fù)問題。分析了傳統(tǒng)的本地修復(fù)方式采用全網(wǎng)泛洪所產(chǎn)生的

9、大量控制開銷對(duì)業(yè)務(wù)傳輸時(shí)延及分組成功交付率等方面產(chǎn)生的影響?；谧顑?yōu)搜索理論建立了鏈路失效時(shí)本地節(jié)點(diǎn)對(duì)下一跳節(jié)點(diǎn)的搜索模型并構(gòu)造相應(yīng)的狀態(tài)方程，從而將最優(yōu)搜索的數(shù)學(xué)問題轉(zhuǎn)化為鏈路失效時(shí)本地節(jié)點(diǎn)對(duì)當(dāng)前鏈路的修復(fù)問題。根據(jù)業(yè)務(wù)分組接收功率的情況，設(shè)計(jì)了路由質(zhì)量檢測方法用以緩解傳統(tǒng)方式在鏈路失效后才發(fā)起修復(fù)過程對(duì)業(yè)務(wù)傳輸效率產(chǎn)生的影響，并建立網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與路由修復(fù)間的映射關(guān)系。結(jié)合路由質(zhì)量檢測結(jié)果和最優(yōu)搜索模型的射線解，提出了控制修復(fù)信息傳輸范圍