Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)多徑路由協(xié)議相關(guān)技術(shù)研究.pdf

1、Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種多跳的、無(wú)中心的、自組織無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)沒有固定的基礎(chǔ)設(shè)施，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是移動(dòng)的，并且都能以任意方式動(dòng)態(tài)地保持與其它節(jié)點(diǎn)的聯(lián)系。該網(wǎng)絡(luò)具有拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化、節(jié)點(diǎn)高速移動(dòng)、信道帶寬較低和終端處理能力較弱等特點(diǎn)。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)作為一種特殊的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，不僅廣泛應(yīng)用于軍事作戰(zhàn)環(huán)境以及搶險(xiǎn)救災(zāi)，而且已經(jīng)開始應(yīng)用于商業(yè)活動(dòng)。其獨(dú)有的無(wú)線特性使得傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議無(wú)法直接被Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)所使用，因此必須設(shè)計(jì)適合Ad Hoc網(wǎng)

2、絡(luò)的協(xié)議。路由協(xié)議作為支持Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)，直接關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率。
　　多徑路由協(xié)議相比單徑路由協(xié)議而言，在負(fù)載均衡、帶寬利用、容錯(cuò)能力和動(dòng)態(tài)拓?fù)溥m應(yīng)性方面都更具優(yōu)勢(shì)。一般來(lái)說，多徑路由可以分為節(jié)點(diǎn)不相交多徑路由、鏈路不相交多徑路由和相交多徑路由。節(jié)點(diǎn)不相交多徑路由在各方面都更具優(yōu)勢(shì)，但是受網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)密度的限制，節(jié)點(diǎn)不相交多徑也最難尋找。
　　本文以Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的多徑路由協(xié)議為主要研究?jī)?nèi)容

3、，分別討論了適用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的節(jié)點(diǎn)不相交多徑路由協(xié)議、適用于節(jié)點(diǎn)高速移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的節(jié)點(diǎn)不相交多徑路由協(xié)議、以及適用于對(duì)傳輸實(shí)時(shí)性需求較高的大數(shù)據(jù)流傳輸環(huán)境下的最大化無(wú)干擾多徑路由協(xié)議。本文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)從協(xié)議擴(kuò)展性的角度出發(fā)，提出一種基于地理位置信息的不相交多徑路由協(xié)議ZMG（Zone-based Multipath Geographic routing protocol）。該算法將網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)

4、點(diǎn)視為位于同一平面區(qū)域上，充分利用節(jié)點(diǎn)地理位置信息，在該平面區(qū)域上通過橢圓曲線劃分成不相交的子區(qū)域，然后分別在各自區(qū)域內(nèi)尋找一條路徑，以建立最大限度的節(jié)點(diǎn)不相交多徑。在劃分的不相交區(qū)域內(nèi)構(gòu)造多條路徑，既考慮了節(jié)點(diǎn)的不相交性，又避免了簡(jiǎn)單泛洪帶來(lái)的路由發(fā)現(xiàn)開銷，提高了路由尋找的效率。在路由轉(zhuǎn)發(fā)的過程中，定義了兩種路由轉(zhuǎn)發(fā)模式，并提出了相應(yīng)的路由轉(zhuǎn)發(fā)策略以及相互轉(zhuǎn)化的條件。該路由轉(zhuǎn)發(fā)策略能夠保證在節(jié)點(diǎn)密集的情況下，可以構(gòu)造出節(jié)點(diǎn)不相交多徑。

5、即使在節(jié)點(diǎn)稀疏的情況下，也能找到相交路徑條數(shù)盡可能少，相交節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)盡可能少的多條路徑。從與其它協(xié)議的對(duì)比實(shí)驗(yàn)中可以得出，該協(xié)議是一種適用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的節(jié)點(diǎn)不相交多徑路由協(xié)議。
　　(2)從協(xié)議對(duì)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)拓?fù)涞倪m應(yīng)性出發(fā)，提出一種無(wú)信標(biāo)的多徑路由協(xié)議?？紤]到地理路由信標(biāo)機(jī)制的固有缺陷，結(jié)合一種基于地理位置的無(wú)信標(biāo)路由機(jī)制，在ZMG協(xié)議的基礎(chǔ)上做出進(jìn)一步的改進(jìn)，使用相同的區(qū)域劃分方法，但是在轉(zhuǎn)發(fā)策略上融入了無(wú)信標(biāo)機(jī)制。這里引入兩

6、個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)延遲函數(shù)，以保證基于競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的轉(zhuǎn)發(fā)策略能夠?qū)崿F(xiàn)兩種模式下的正常運(yùn)行與轉(zhuǎn)化。為了配合競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，協(xié)議對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)區(qū)域進(jìn)行更加細(xì)化的劃分，并結(jié)合轉(zhuǎn)發(fā)延遲函數(shù)設(shè)計(jì)相應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)發(fā)算法。該協(xié)議不僅能夠進(jìn)一步降低控制開銷，而且更加適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)拓?fù)渥兓且环N適用于節(jié)點(diǎn)高速移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的多徑路由協(xié)議。
　　(3)分析了現(xiàn)有大部分無(wú)信標(biāo)路由協(xié)議由于沒有考慮到實(shí)際無(wú)線信道的不可靠性而導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)不理想的現(xiàn)象，提出了一種基于鏈路質(zhì)量的跨層

7、無(wú)信標(biāo)地理路由協(xié)議。該協(xié)議利用物理層得到的SNR值來(lái)判斷節(jié)點(diǎn)間的通信鏈路質(zhì)量，結(jié)合MAC層的RTS/CTS機(jī)制來(lái)競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)發(fā)。在不額外增加控制報(bào)文的基礎(chǔ)上，并在競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制中充分考慮鏈路質(zhì)量因素，通過選擇通信質(zhì)量較好的鏈路來(lái)減少重傳，提高整體網(wǎng)絡(luò)性能。該協(xié)議在數(shù)據(jù)包投遞率，端到端延遲，包副本數(shù)量等指標(biāo)上都達(dá)到良好的性能。
　　(4)考慮到多條路徑同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)產(chǎn)生的干擾問題，提出一種基于地理位置的最大化無(wú)干擾的多徑路由協(xié)議，適用于對(duì)傳輸實(shí)時(shí)

8、性需求較高的大數(shù)據(jù)流傳輸環(huán)境。協(xié)議將源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)發(fā)區(qū)域劃分為三個(gè)子區(qū)域，并針對(duì)不同的區(qū)域采取相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)策略。在中間區(qū)域根據(jù)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離來(lái)估算節(jié)點(diǎn)的干擾半徑，并采用干擾標(biāo)記算法來(lái)標(biāo)記干擾范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)，使其不參與其它路徑的選擇，有效地降低多徑路徑之間的干擾。在源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)附近區(qū)域采取局部控制機(jī)制，為不可能避免干擾的區(qū)域提供了降低干擾的有效措施。該協(xié)議構(gòu)建了最大化無(wú)干擾的多條路徑，并盡可能的縮短了平均路徑長(zhǎng)度，不僅有效地