移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由算法及協(xié)議研究.pdf

1、移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)是一種把移動(dòng)通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起的網(wǎng)絡(luò)，它具有分布式、自組織、自配置、自管理等特征，不需要固定基礎(chǔ)設(shè)施的支持，能夠在不能或不便利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的情況下提供一種通信支撐平臺(tái)，從而拓寬了移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場(chǎng)合，可廣泛應(yīng)用于國(guó)防戰(zhàn)備、搶險(xiǎn)救災(zāi)、應(yīng)對(duì)突發(fā)事件等無(wú)法得到有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)支持或只是臨時(shí)需要通信的環(huán)境，是下一代網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。路由技術(shù)擔(dān)負(fù)著為數(shù)據(jù)分組尋找路由和將其傳送到目的地的任務(wù)，是移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)中的一項(xiàng)

2、關(guān)鍵技術(shù)，而路由算法和協(xié)議則是路由技術(shù)的核心內(nèi)容，直接關(guān)系到時(shí)延、吞吐率和成功率等網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)劣。移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)所具有的多跳、動(dòng)態(tài)拓?fù)洹r(shí)變信道、資源受限等特點(diǎn)，給路由算法和協(xié)議的設(shè)計(jì)帶來(lái)很大挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的有線(xiàn)網(wǎng)和有中心無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的路由算法和協(xié)議無(wú)法在移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)中直接應(yīng)用。為此，需要根據(jù)移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的路由算法和協(xié)議，這是移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)研究和設(shè)計(jì)的主要技術(shù)難點(diǎn)之一。本文針對(duì)移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)中的路由技術(shù)，圍

3、繞平面結(jié)構(gòu)移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)中的表驅(qū)動(dòng)和按需兩大類(lèi)路由算法和協(xié)議，集中研究了以下幾方面內(nèi)容：基于拓?fù)渚S護(hù)的多信道表驅(qū)動(dòng)路由算法、基于源路由的表驅(qū)動(dòng)多徑路由算法、基于跨層設(shè)計(jì)的高效按需路由協(xié)議、基于跨層設(shè)計(jì)的按需定向路由協(xié)議、基于MPR泛洪的按需路由算法。 表驅(qū)動(dòng)路由算法，也被稱(chēng)為先應(yīng)式路由算法，采用了表驅(qū)動(dòng)的路由發(fā)現(xiàn)機(jī)制。在這種機(jī)制中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過(guò)周期性廣播控制消息來(lái)交換路由信息并利用收到的路由信息生成路由表，供數(shù)據(jù)分組尋找路由

4、時(shí)使用。周期性廣播控制信息會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)銷(xiāo)，但節(jié)點(diǎn)根據(jù)存儲(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系(即路由表)為數(shù)據(jù)分組尋路，則能減小分組的端到端時(shí)延。移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)表驅(qū)動(dòng)路由算法中具有代表性的是OLSR路由算法。OLSR算法本質(zhì)上是一種鏈路一狀態(tài)算法，它通過(guò)MPR泛洪方式減少了廣播控制消息的開(kāi)銷(xiāo)以適應(yīng)移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)中資源受限的環(huán)境。針對(duì)OLSR中的節(jié)點(diǎn)在動(dòng)態(tài)環(huán)境下會(huì)出現(xiàn)路由表項(xiàng)不全的問(wèn)題以及多信道條件下的信道選擇問(wèn)題，本文在第二章中提出了一種基于拓?fù)渚S

5、護(hù)的控制消息發(fā)送控制方法和一種基于剩余帶寬的信道選擇算法，并把它們結(jié)合起來(lái)，得到了一種新的基于拓?fù)渚S護(hù)的自適應(yīng)多信道表驅(qū)動(dòng)路由算法—MOLSR-TM(MultichannelOptimizedLinkStateRoutingbasedonTopologyMaintenance)。MOLSR-TM同時(shí)工作在8個(gè)MAC信道上，能夠根據(jù)節(jié)點(diǎn)的拓?fù)渚S護(hù)狀態(tài)自適應(yīng)地調(diào)整控制消息的發(fā)送，以便增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錉顩r的了解，為更多的數(shù)據(jù)分組找到通往目的

6、地的路由。性能分析和仿真結(jié)果驗(yàn)證了MOLSR-TM的有效性和對(duì)OLSR算法性能的提升。 與第二章的多信道自適應(yīng)算法不同，第三章重點(diǎn)研究了多徑路由。多徑路由是指尋找并使用多條路徑來(lái)傳送數(shù)據(jù)分組，它的主要優(yōu)點(diǎn)是：增加會(huì)話(huà)的帶寬和系統(tǒng)吞吐率，減少單個(gè)路徑上的業(yè)務(wù)突發(fā)性和分組時(shí)延，更好地適應(yīng)信道質(zhì)量的變化，增加會(huì)話(huà)連接的可靠性。針對(duì)以表驅(qū)動(dòng)路由算法為基礎(chǔ)的并發(fā)多徑路由研究較少的問(wèn)題，本文以O(shè)LSR為基礎(chǔ)，提出了能夠生成多條不相交路徑的多

7、重Dijkstra算法，設(shè)計(jì)了在控制分組中捎帶節(jié)點(diǎn)負(fù)載信息的路由信息交換方式，并創(chuàng)造性地使用源路由機(jī)制來(lái)分離路徑以減輕路由耦合影響，由此得到了一種新的并發(fā)多徑表驅(qū)動(dòng)路由算法—SBMTR(Sourcerouting-BasedMultipathTable-drivenRouting)，并從數(shù)學(xué)推導(dǎo)、性能分析和仿真實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié)中進(jìn)行了驗(yàn)證：SBMTR在吞吐率、分組端到端時(shí)延和分組傳送成功率等性能上優(yōu)于同類(lèi)的單徑路由算法。 第四章將關(guān)注

8、的重心轉(zhuǎn)向按需路由算法及協(xié)議。按需路由算法(協(xié)議)也被稱(chēng)為反應(yīng)式路由算法(協(xié)議)，它采用按需的路由發(fā)現(xiàn)機(jī)制，在需要傳送的數(shù)據(jù)分組沒(méi)有路由通往目的地的情況下，節(jié)點(diǎn)發(fā)起路由查找過(guò)程，如果找到路由則使用并維護(hù)它，分組傳送完之后刪除路由。按需機(jī)制沒(méi)有周期性的控制分組全網(wǎng)廣播操作，減少了開(kāi)銷(xiāo)，但尋路過(guò)程增加了時(shí)延。AODV中設(shè)計(jì)了一種可選的HELLO消息機(jī)制，能夠?yàn)楣?jié)點(diǎn)提供本地連接性信息，有利于路由，但帶來(lái)了一定的開(kāi)銷(xiāo)，本章為了減少HELLO消息

9、機(jī)制的開(kāi)銷(xiāo)，運(yùn)用跨層設(shè)計(jì)的方法設(shè)計(jì)了一種新的HELLO消息機(jī)制，在此基礎(chǔ)上提出了一種新的基于跨層設(shè)計(jì)的按需路由協(xié)議—CLAODV(Cross-LayerAdhocOn-demandDistanceVectorroutingprotocol)，該協(xié)議以AODV路由協(xié)議為原型，用跨層協(xié)同的思路重新設(shè)計(jì)了HELLO消息機(jī)制，在保證其功能的前提下顯著減少了開(kāi)銷(xiāo)，達(dá)到了既縮短尋路時(shí)延，又提高協(xié)議效率的效果。 第五章繼續(xù)研究按需路由協(xié)議，針

10、對(duì)同頻共享無(wú)線(xiàn)信道中的隱藏/暴露終端問(wèn)題，同時(shí)根據(jù)AODV路由協(xié)議中節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)分組和部分控制分組時(shí)使用單播方式的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種跨網(wǎng)絡(luò)、MAC和物理三層的信息共享和協(xié)同操作的方法，結(jié)合使用這種方法和智能天線(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)單播分組的定向發(fā)送和廣播分組的全向發(fā)送，由此提出了一種新的基于跨層設(shè)計(jì)的按需定向路由協(xié)議—CAODR(Cross-layerAdhocOn-demandDirectionalRoutingprotocol)。CAODR通過(guò)

11、跨層定向操作，成功減少了隱藏終端引起的分組碰撞和暴露終端引起的節(jié)點(diǎn)不必要等待，增加了網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬。性能分析和仿真試驗(yàn)表明了CAODR在端到端時(shí)延、吞吐率等方面具有優(yōu)良的性能。 為了實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，第六章將表驅(qū)動(dòng)和按需路由算法融合在一起研究，針對(duì)AODV算法尋路階段泛洪開(kāi)銷(xiāo)大的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)的MPR泛洪機(jī)制來(lái)改善它，并對(duì)HELLO消息機(jī)制進(jìn)行了擴(kuò)展，同時(shí)也改進(jìn)了RREP的處理方式，從而增加了節(jié)點(diǎn)所獲得的有效路由信息。在以上研

12、究的基礎(chǔ)上，提出了一種新的基于MPR泛洪的按需路由算法—MBOR(MPR-flooding-BasedOn-demandRouting)。MBOR在尋路時(shí)的全網(wǎng)泛洪開(kāi)銷(xiāo)被改進(jìn)的MPR機(jī)制有效減少；通過(guò)改進(jìn)的HELLO消息機(jī)制，節(jié)點(diǎn)可以直接掌握兩跳內(nèi)所有鄰居節(jié)點(diǎn)的情況；在路由查找過(guò)程中對(duì)路由答復(fù)分組的充分利用增加了節(jié)點(diǎn)的路由信息，為尋路帶來(lái)方便。理論分析表明MBOR優(yōu)于經(jīng)典的按需路由算法，并從數(shù)學(xué)推導(dǎo)、性能分析和仿真試驗(yàn)中得到了驗(yàn)證。