移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中路由自愈技術(shù)的實現(xiàn).pdf

1、移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種復(fù)雜的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它不依賴于任何基礎(chǔ)設(shè)施，網(wǎng)絡(luò)中的移動節(jié)點(diǎn)通過無線信道自組，建立動態(tài)的、多跳的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而允許人們和裝置在沒有預(yù)先存在的通信基礎(chǔ)設(shè)施（如災(zāi)后重建）的環(huán)境中進(jìn)行無縫的互連互通。移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)具有足夠的智能連續(xù)偵聽和尋找其它臨近節(jié)點(diǎn)，動態(tài)的確定數(shù)據(jù)分組的最佳傳輸路徑而把分組逐跳逐跳的轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)中的任何其它節(jié)點(diǎn)。然而節(jié)點(diǎn)的移動、信道的干擾和能源消耗等因素，使得移動Ad Hoc網(wǎng)

2、路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有動態(tài)變化的特性，這給高性能路由協(xié)議的設(shè)計帶來很大的挑戰(zhàn)。本文正是針對這種路由不穩(wěn)定導(dǎo)致通信質(zhì)量變差的不足建立了一種高效的移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由自愈模型，從而避免了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的移動、RF傳播條件變化、節(jié)點(diǎn)被毀等原因造成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上的損傷，減少頻繁發(fā)起路由尋找耗費(fèi)的能量以實現(xiàn)移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的抗毀性以及路由的可用性。
　　本文對移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議進(jìn)行了深入的研究，特別是就路由的設(shè)計思想以及路由維護(hù)的方式

3、進(jìn)行了對比和分析。為了能夠在鏈路失效時盡快建立新的路由，而不影響通信的進(jìn)行，本文建立了一種基于線性規(guī)劃的最優(yōu)搜索模型，這種模型是基于目標(biāo)的運(yùn)動狀態(tài)和搜索過程的數(shù)學(xué)模型。自愈節(jié)點(diǎn)周圍的空間被等分為若干個子空間，最優(yōu)的搜索方案通過最小化代價泛函來實現(xiàn)?？紤]到移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的實際應(yīng)用，并結(jié)合靜態(tài)目標(biāo)、確定性運(yùn)動目標(biāo)以及隨機(jī)運(yùn)動目標(biāo)這三種實際組網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的可能狀態(tài)，建立了最優(yōu)搜索方程，分析可知靜態(tài)目標(biāo)的搜索方程只是把運(yùn)動目標(biāo)搜索方程的參數(shù)常

4、數(shù)化了。解確定性目標(biāo)的搜索方程可以用經(jīng)典的“射線法”來求解，即用射線法求解了一個拋物型偏微分方程；而對于隨機(jī)運(yùn)動目標(biāo)搜索方程求解，本文通過定義Hamiltonain函數(shù)，將原方程化簡為Eikonal方程和傳輸方程的形式，通過“射線法”得到了這個一階非線性偏微分方程的解。
　　為了能夠在實際通信中實現(xiàn)這種最優(yōu)搜索，本文設(shè)計了一種把搜索范圍約束于指向目的節(jié)點(diǎn)的扇形區(qū)域的自愈模型。當(dāng)通信路由發(fā)生中斷時，自愈節(jié)點(diǎn)在并不通知源節(jié)點(diǎn)當(dāng)前路由失

5、效的情況下自行啟動局部路由修復(fù)，向周圍節(jié)點(diǎn)廣播一個含有指向目的節(jié)點(diǎn)矢量夾角的RREP信息。接到該包的節(jié)點(diǎn)將迅速計算自己是否屬于該扇形轉(zhuǎn)發(fā)區(qū)域，若屬于該區(qū)域則繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)該包，否則將其丟棄。為了使路由切換的代價最小，本文為此設(shè)計了一種鏈路監(jiān)測方式以預(yù)告當(dāng)前鏈路的質(zhì)量，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果來決定何時需要發(fā)起自愈路由的尋找。定向泛洪的扇形區(qū)域并不能保證能得到唯一的最優(yōu)解，很有可能會出現(xiàn)兩條或多條路由同時存在的情況。在這樣的情況下，自愈節(jié)點(diǎn)必須采取某種判斷

6、準(zhǔn)則使得從中選出最優(yōu)解；另外路由重構(gòu)后可能使路徑變長，路徑總跳數(shù)的增加反過來會降低路徑的穩(wěn)定性并導(dǎo)致端到端的時延的增加。因而，本文在適當(dāng)時機(jī)對重建后的路徑進(jìn)行優(yōu)化，以保證在穩(wěn)定的前提下路徑最短。為了不增加自愈節(jié)點(diǎn)的負(fù)擔(dān)，將路由優(yōu)化工作交予源節(jié)點(diǎn)，也就是說，路由重構(gòu)完成之后，當(dāng)前的自愈路由并非正式路由。此時，仍將其看成是臨時路由，只有當(dāng)源節(jié)點(diǎn)完成優(yōu)化驗證以后，該自愈臨時路由才成為當(dāng)前正式路由。在優(yōu)化過程當(dāng)中，信息的傳輸并不中斷。
　

7、　本文基于NS-2網(wǎng)絡(luò)模擬仿真器對路由自愈AODV算法的一般性能和自愈性能進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)通信性能的模擬仿真。首先在隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)模式下，分別在移動性和源節(jié)點(diǎn)數(shù)量可變以及網(wǎng)絡(luò)承載載荷可變的條件下對網(wǎng)絡(luò)的分組交付率、數(shù)據(jù)分組的平均端到端時延、路由載荷和MAC載荷進(jìn)行仿真分析。結(jié)果表明盡管當(dāng)網(wǎng)絡(luò)采用路由自愈AODV協(xié)議，即AODV-SH時，節(jié)點(diǎn)在傳送信息的同時還要傳送矢量角，實時監(jiān)測通信鏈路的通信狀態(tài)，并在鏈路中斷時進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)域計算，但是在隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中

8、的性能與傳統(tǒng)AODV差別不大。由此可見，本文基于AODV所設(shè)計的AODV-SH并未對網(wǎng)絡(luò)通信造成過多額外負(fù)擔(dān)。在自愈性能仿真中，對當(dāng)前鏈路進(jìn)行人為中斷，缺省時為1條/s，通過與采用傳統(tǒng)AODV路由協(xié)議時的網(wǎng)絡(luò)分組交付率、通信總開銷以及平均時延等的對比發(fā)現(xiàn)，在節(jié)點(diǎn)高速運(yùn)動、源節(jié)點(diǎn)數(shù)量增多、高密度網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布、數(shù)據(jù)發(fā)包率上升以及鏈路失效率變大的情況下，成功分組交付率、總開銷以及傳輸時延等指標(biāo)有明顯的改善。這意味著，采用AODV-SH的網(wǎng)絡(luò)性