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

1、隨著社會信息化進程的不斷加快，無線移動通信網(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”的目標大踏步前行。作為無線移動通信網(wǎng)絡(luò)的重要分支，移動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，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、臨時會議召開、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)用潛力的特點卻為移動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)。除了需要面對與傳統(tǒng)無線移動網(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，拓撲結(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Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。
　　沒有中心控制機構(gòu)以及拓撲結(jié)構(gòu)頻繁變化的特征使得路由問題成為移動 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)容將主要針對移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由算法對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境適應(yīng)性的不足，從節(jié)點鄰域狀態(tài)的更新維護、網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)集中時的傳輸均衡以及鏈路失效后的本地修復(fù)三

4、個方面展開，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)境的動態(tài)變化及時做出反應(yīng)并進行調(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Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)，分別從節(jié)點鄰域狀態(tài)的維護問題、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)問題三個方面入手，對問題產(chǎn)生的原因及其對網(wǎng)絡(luò)性能產(chǎn)生的影響進行了闡述和分析?？偨Y(jié)了目前針對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。對面向動態(tài)環(huán)境的典型路由算法設(shè)計思想進行剖析，分析并給出移動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Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)中節(jié)點對鄰域狀態(tài)的維護與更新問題。分析了動態(tài)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中采用固定更新周期進行鄰域狀態(tài)維護將產(chǎn)生大量的控制開銷從而影響網(wǎng)絡(luò)性能的本質(zhì)?；诠?jié)點鏈路連接的變化情況，設(shè)

6、計了本地拓撲振蕩度，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)此建立了本地拓撲振蕩度與狀態(tài)更新周期間的映射關(guān)系。結(jié)合本地拓撲振蕩度及所得控制模型，提出了由HELLO分組自適應(yīng)廣播、鄰居超時值自適應(yīng)調(diào)整以及反應(yīng)式 HELLO信息重調(diào)度三種機制構(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)境的需要而進行動態(tài)設(shè)置和調(diào)整，從而實現(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Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中當業(yè)務(wù)集中在某些鏈路或節(jié)點處時分組傳輸?shù)穆窂骄鈫栴}。分析了在拓撲結(jié)構(gòu)動態(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)議而較長時間利用某些路徑進行業(yè)務(wù)傳輸對網(wǎng)絡(luò)生存期及業(yè)務(wù)分組傳輸效率產(chǎn)生的影響。基于節(jié)點緩存業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)后剩余功率的情況，設(shè)計了業(yè)務(wù)負載度的度量用于衡量節(jié)點業(yè)務(wù)的繁忙程度，并據(jù)此提出了一種包括主動均衡和被動均衡兩種機制的自適應(yīng)業(yè)務(wù)均衡路由算法，以實現(xiàn)節(jié)點根據(jù)自身業(yè)務(wù)負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)的方式實現(xiàn)業(yè)務(wù)均衡傳輸?shù)哪繕恕４送?，針對均衡過程中可能出現(xiàn)的個別節(jié)點為了保存自身能量而拒絕轉(zhuǎn)發(fā)其它節(jié)點的業(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、準確的檢測出自私節(jié)點并迫使其參與到均衡過程中，以實現(xiàn)提高業(yè)務(wù)均衡效果并延長網(wǎng)絡(luò)生存期的目標。
　　最后，研究了移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)由于節(jié)點相對運動或無線環(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、大量控制開銷對業(yè)務(wù)傳輸時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本地節(jié)點對下一跳節(jié)點的搜索模型并構(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)化為鏈路失效時本地節(jié)點對當前鏈路的修復(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