移動自組織網(wǎng)絡(luò)按需單播路由協(xié)議研究.pdf

1、隨著便攜式移動計算設(shè)備的小型化和實用化，移動無線網(wǎng)絡(luò)在人類社會生活中的地位越來越重要，有著廣泛的應(yīng)用需求。移動自組織網(wǎng)絡(luò)是移動無線網(wǎng)絡(luò)的一個重要發(fā)展方向，路由協(xié)議是移動自組織網(wǎng)絡(luò)研究的核心問題之一。移動自組織網(wǎng)絡(luò)拓撲變化快，網(wǎng)絡(luò)資源有限，要求路由協(xié)議具有較小的路由控制開銷和較好的自適應(yīng)性。按需路由協(xié)議僅在需要時才尋找路由，適用于移動自組織網(wǎng)絡(luò)。
　　本文以國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)等項目等為研究背景，針對車載自組織網(wǎng)絡(luò)(

2、VANET)、無線網(wǎng)狀網(wǎng)(WMN)等移動自組織網(wǎng)絡(luò)的特點，研究按需單播路由協(xié)議。從提高路由協(xié)議性能，對路由協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)流量復(fù)雜度分析和提高路由協(xié)議的安全性三個方面進行研究，具有一定的理論價值和重要的工程應(yīng)用價值。主要研究工作和創(chuàng)新點如下：
　　1)因鏈路錯誤導(dǎo)致的頻繁重啟路由發(fā)現(xiàn)過程會增大網(wǎng)絡(luò)控制開銷，并導(dǎo)致路由協(xié)議性能降低。傳統(tǒng)的后備路由協(xié)議僅在鏈路出錯時才使用后備路由來進行局部修復(fù)，無法適應(yīng)快速的網(wǎng)絡(luò)拓撲變化。本文提出的后備路由

3、協(xié)議及時對路由進行微調(diào)，減少了整條路由斷開的概率，降低了網(wǎng)絡(luò)控制開銷，提高了路由協(xié)議的自適應(yīng)性。同時在小范圍內(nèi)進行局部路由修復(fù)，提高了局部修復(fù)的成功率和效率。
　　本文提出的后備路由協(xié)議在經(jīng)典后備路由協(xié)議AOD V-AB L的基礎(chǔ)上改進而來。通過合并主路由和后備路由，并在監(jiān)聽數(shù)據(jù)分組時同步更新路由，路由能盡快地得到優(yōu)化。本文提出的路由協(xié)議有兩種實現(xiàn)方案：AODV-FABL和AODV-BFABL。AODV-FABL通過監(jiān)聽數(shù)據(jù)分組實

4、時維護正向路由信息。AOD V-BFAB L則針對雙向不對稱流量的應(yīng)用場景，同時維護正反兩個方向上的路由信息。仿真實驗表明，提出的兩種后備路由協(xié)議提高了響應(yīng)速度，減低了網(wǎng)絡(luò)控制開銷，對節(jié)點運動速度和網(wǎng)絡(luò)負載的自適應(yīng)性也較強。提出的后備路由協(xié)議平均時延僅為AODV的70％以下，表現(xiàn)出良好的時延性能。
　　2)不穩(wěn)定的路由會帶來頻繁的路由發(fā)現(xiàn)過程，增大網(wǎng)絡(luò)控制開銷，降低路由協(xié)議性能。車載自組網(wǎng)(VANET)是移動自組織網(wǎng)絡(luò)的一種實用形

5、式，其運動信息可作為路由判據(jù)來提高路由的穩(wěn)定性。針對車載自組織網(wǎng)，兼顧考慮路由的穩(wěn)定性和時延，提出了一種由鏈路有效時間、隊列飽和度和跳數(shù)組成的綜合路由判據(jù)。使用此綜合路由判據(jù)，對經(jīng)典按需路由協(xié)議 A OD V進行改進，實現(xiàn)了一種基于鏈路穩(wěn)定性加權(quán)的路由協(xié)議AOD V-C M。該協(xié)議通過尋找穩(wěn)定的路由，減少了路由斷開的概率，均衡了網(wǎng)絡(luò)負載，從而提高了路由協(xié)議性能。實驗結(jié)果表明，AODV-CM的路由發(fā)現(xiàn)頻率僅為 AODV的70%左右，穩(wěn)定性

6、高于AODV。
　　3)分析路由協(xié)議導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)流量復(fù)雜度，可為路由協(xié)議設(shè)計提供重要依據(jù)。移動自組織網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)流量在不同的時間尺度下表現(xiàn)出不同的復(fù)雜度。網(wǎng)絡(luò)流量復(fù)雜度成因復(fù)雜，難于精確描述。路由協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)流量復(fù)雜度之間關(guān)系的研究仍處于起步階段。本文引入基于多尺度熵的復(fù)雜度分析方法對路由協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)流量復(fù)雜度之間的關(guān)系進行研究和分析。
　　以經(jīng)典路由協(xié)議AOD V和本文提出的AOD V-FAB L和A OD V-CM路由協(xié)議引起的

7、網(wǎng)絡(luò)流量為研究對象，定量的分析了其在不同時間尺度下的復(fù)雜性。分析結(jié)果驗證了這些路由協(xié)議在小時間尺度下網(wǎng)絡(luò)流量復(fù)雜度高且波動較大，在大時間尺度下網(wǎng)絡(luò)流量復(fù)雜度低且具有長程相關(guān)性。指出并分析了這些路由協(xié)議網(wǎng)絡(luò)流量復(fù)雜度與網(wǎng)絡(luò)拓撲變化速度之間的關(guān)系。
　　4)路由協(xié)議安全性是路由協(xié)議研究的一個重要問題?；叶垂羰且环N常見的內(nèi)部路由攻擊方式，具有隱蔽性和破壞性。傳統(tǒng)的移動自組織網(wǎng)絡(luò)灰洞檢測方法利用鄰居監(jiān)聽技術(shù)來判斷灰洞節(jié)點，未考慮到無線網(wǎng)

8、狀網(wǎng)(WMN)的結(jié)構(gòu)特點，缺乏全局判斷。此外，當(dāng)多個節(jié)點發(fā)現(xiàn)某個節(jié)點是灰洞節(jié)點時，將向全網(wǎng)廣播此信息，導(dǎo)致廣播風(fēng)暴。
　　無線網(wǎng)狀網(wǎng)是移動自組織網(wǎng)絡(luò)的一種擴展形式，網(wǎng)關(guān)節(jié)點連接其中的有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)。本文針對無線網(wǎng)狀網(wǎng)分布式控制和中心控制混合結(jié)構(gòu)的特點，提出了一種基于網(wǎng)關(guān)的灰洞檢測路由協(xié)議GBG HD。GBG HD中，網(wǎng)關(guān)節(jié)點分析和綜合處理無線節(jié)點收集到的監(jiān)測信息來判斷出灰洞節(jié)點，并通過捎帶技術(shù)來降低路由開銷，避免網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴。實驗