移動Ad Hoc網絡自適應路由算法研究.pdf

1、隨著社會信息化進程的不斷加快，無線移動通信網絡已經成為人們生產生活中不可替代的重要組成部分，其相關技術研究的不斷深入和發(fā)展促使人類朝著“信息化世界和數字化地球”的目標大踏步前行。作為無線移動通信網絡的重要分支，移動Ad Hoc網絡無需依賴預先架設的基礎設施以及能夠快速組網和靈活開展等優(yōu)點，使得其具有良好的環(huán)境適應性和結構健壯性，可以被廣泛的應用到戰(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)勢和應用潛力的特點卻為移動Ad Hoc網絡相關技術的研究帶來了新的問題和挑戰(zhàn)。除了需要面對與傳統(tǒng)無線移動網絡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量無法保證等問題以外，拓撲結構的頻繁變化、業(yè)務分組的多跳轉發(fā)以及缺少中心控制機構的調度協(xié)調等固有本質也極大的制約了移動Ad Hoc網絡的發(fā)展。
　　沒有中心控制機構以及拓撲結構頻繁變化的特征使得路由問題成為移動 Ad Hoc網絡最具特色也最難解決的技

3、術環(huán)節(jié)之一。前者意味著需要采用多跳轉發(fā)的形式實現業(yè)務傳輸，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域，路由算法的設計仍然還有很多有待解決的問題。本課題的研究內容將主要針對移動Ad Hoc網絡路由算法對網絡環(huán)境適應性的不足，從節(jié)點鄰域狀態(tài)的更新維護、網絡業(yè)務集中時的傳輸均衡以及鏈路失效后的本地修復三

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系，使得路由算法能夠根據網絡環(huán)境的動態(tài)變化及時做出反應并進行調整，從而提高業(yè)務分組在網絡中的傳輸效率和網絡整體的服務質量。
　　首先，圍繞移動Ad Hoc網絡路由技術，分別從節(jié)點鄰域狀態(tài)的維護問題、網絡業(yè)務集中的均衡問題以及鏈路失效的修復問題三個方面入手，對問題產生的原因及其對網絡性能產生的影響進行了闡述和分析?？偨Y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計思想進行剖析，分析并給出移動Ad Hoc網絡路由問題的本質以及網絡環(huán)境與路由算法設計間的關系，并據此確定文本的研究思想路線。
　　其次，研究了移動Ad Hoc網絡路由技術中節(jié)點對鄰域狀態(tài)的維護與更新問題。分析了動態(tài)網絡環(huán)境中采用固定更新周期進行鄰域狀態(tài)維護將產生大量的控制開銷從而影響網絡性能的本質。基于節(jié)點鏈路連接的變化情況，設

6、計了本地拓撲振蕩度，用于衡量其鄰域網絡環(huán)境的穩(wěn)定程度。采用環(huán)路控制理論構造了狀態(tài)更新周期的控制模型，并據此建立了本地拓撲振蕩度與狀態(tài)更新周期間的映射關系。結合本地拓撲振蕩度及所得控制模型，提出了由HELLO分組自適應廣播、鄰居超時值自適應調整以及反應式 HELLO信息重調度三種機制構成的鄰域狀態(tài)自適應更新算法，以保證狀態(tài)更新周期能夠根據網絡環(huán)境的需要而進行動態(tài)設置和調整，從而實現降低網絡控制開銷并提高業(yè)務分組傳輸效率的研究目的。

7、　　再次，研究了移動Ad Hoc網絡中當業(yè)務集中在某些鏈路或節(jié)點處時分組傳輸的路徑均衡問題。分析了在拓撲結構動態(tài)性較弱的網絡環(huán)境中，由于采用反應式路由協(xié)議而較長時間利用某些路徑進行業(yè)務傳輸對網絡生存期及業(yè)務分組傳輸效率產生的影響?；诠?jié)點緩存業(yè)務轉發(fā)后剩余功率的情況，設計了業(yè)務負載度的度量用于衡量節(jié)點業(yè)務的繁忙程度，并據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業(yè)務均衡路由算法，以實現節(jié)點根據自身業(yè)務負載度的不同而分別采用業(yè)務路

8、徑轉移和放棄轉發(fā)的方式實現業(yè)務均衡傳輸的目標。此外，針對均衡過程中可能出現的個別節(jié)點為了保存自身能量而拒絕轉發(fā)其它節(jié)點的業(yè)務分組從而導致均衡受阻的現象，提出了一種自適應業(yè)務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，以實現提高業(yè)務均衡效果并延長網絡生存期的目標。
　　最后，研究了移動Ad Hoc網絡由于節(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問題。分析了傳統(tǒng)的本地修復方式采用全網泛洪所產生的

9、大量控制開銷對業(yè)務傳輸時延及分組成功交付率等方面產生的影響?；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)點的搜索模型并構造相應的狀態(tài)方程，從而將最優(yōu)搜索的數學問題轉化為鏈路失效時本地節(jié)點對當前鏈路的修復問題。根據業(yè)務分組接收功率的情況，設計了路由質量檢測方法用以緩解傳統(tǒng)方式在鏈路失效后才發(fā)起修復過程對業(yè)務傳輸效率產生的影響，并建立網絡環(huán)境與路由修復間的映射關系。結合路由質量檢測結果和最優(yōu)搜索模型的射線解，提出了控制修復信息傳輸范圍