戰(zhàn)術MANET中的路由協(xié)議及QoS路由算法研究.pdf

1、戰(zhàn)術 MANET是由戰(zhàn)術無線電臺構成的無中心、自組織的戰(zhàn)術通信網(wǎng)絡，是戰(zhàn)術互聯(lián)網(wǎng)中覆蓋范圍最大、通信節(jié)點數(shù)最多的末端子網(wǎng)，是移動自組織網(wǎng)絡在數(shù)字化戰(zhàn)場上的一種典型應用。由于戰(zhàn)術 MANET具有組網(wǎng)靈活、可快速展開、高抗毀性的特點，特別適用于戰(zhàn)場通信指揮和控制，因此現(xiàn)代化戰(zhàn)爭對戰(zhàn)術MANET網(wǎng)絡應用的需求與日俱增。
　　在戰(zhàn)術 MANET中，高效可靠的路由協(xié)議是保證網(wǎng)絡中所有節(jié)點成功通信的前提和基礎，是建立移動自組織網(wǎng)絡的首要問題，

2、同時也是主要的研究熱點和難點；尤其是未來的戰(zhàn)術 MANET拓撲結構變化更快，各種戰(zhàn)術電臺必須要迅速地跟上網(wǎng)絡結構的變化，靈活快捷地組網(wǎng)，因此組網(wǎng)的快捷性和可靠性要求更高，路由協(xié)議的設計面臨著更加嚴峻的挑戰(zhàn)。
　　數(shù)字化戰(zhàn)爭的發(fā)展趨勢決定了未來的戰(zhàn)術互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務綜合性強，網(wǎng)絡中傳輸?shù)男畔⒉辉偈菃我坏脑捯艉椭笓]控制指令，還要完成戰(zhàn)場態(tài)勢信息、戰(zhàn)場偵察視頻、戰(zhàn)場圖像、實時會議等多媒體業(yè)務的綜合傳輸。為了保證多媒體業(yè)務穩(wěn)定而可靠地傳輸，作為

3、末端子網(wǎng)的戰(zhàn)術 MANET必須要為不同的業(yè)務提供相應的服務質(zhì)量保證（QoS），而其中的QoS路由技術是網(wǎng)絡QoS保障的關鍵問題，現(xiàn)階段的研究面臨許多的困難和挑戰(zhàn)。
　　基于以上應用背景，本文在研究分析國內(nèi)外大量相關文獻的基礎上，對戰(zhàn)術MANET中的路由協(xié)議以及路由選擇時的QoS保證技術進行了較為系統(tǒng)和深入的研究，主要就以下幾個方面進行了創(chuàng)新性工作：
　?、偬岢隽嘶陂e時逆尋和路由學習機制的優(yōu)化AODV路由協(xié)議。
　　針

4、對標準AODV路由協(xié)議的局限性，本文在不增加硬件設備和不過多增加節(jié)點處理負擔的前提下，提出了節(jié)點閑時反向路由搜索機制和鄰居節(jié)點路由監(jiān)聽學習機制，進而提出了結合這兩種機制的優(yōu)化的AODV路由協(xié)議──O-AODV。O-AODV協(xié)議能夠在MANET網(wǎng)絡中產(chǎn)生多個局部路由，從而增加網(wǎng)絡中的路由冗余度，提高路由發(fā)現(xiàn)的效率，加快故障路由的本地修復。仿真實驗結果表明， O-AODV協(xié)議提高了分組投遞率，降低了端到端延時，有效地減少了網(wǎng)絡中的重路由開銷

5、，在大規(guī)模和拓撲變化快的網(wǎng)絡環(huán)境中優(yōu)于AODV協(xié)議。
　?、诮Y合戰(zhàn)術MANET的群組特性，設計了基于鄰居穩(wěn)定度的自適應混合式路由協(xié)議。
　　根據(jù)戰(zhàn)術MANET的組成特點和使命要求，本文分析了戰(zhàn)術MANET的群組特性，并利用節(jié)點的鄰居穩(wěn)定度實現(xiàn)群組的自動區(qū)分。在此基礎上，為戰(zhàn)術MANET中的節(jié)點設計了兩種路由工作狀態(tài)：表驅(qū)動路由狀態(tài)和按需路由狀態(tài)，進而提出了一種自適應的混合式路由協(xié)議──NS-AHRA。NS-AHRA協(xié)議在穩(wěn)定

6、群組內(nèi)采用表驅(qū)動路由協(xié)議，在群組之間則采用按需路由協(xié)議，充分利用了表驅(qū)動路由時延小和按需路由開銷小的優(yōu)點。仿真實驗表明，NS-AHRA協(xié)議具有較好的報文投遞率、適中的端到端時延和較小的路由開銷，比單純的表驅(qū)動路由協(xié)議或按需路由協(xié)議性能更好、路由效率更高。
　　③提出了基于多態(tài)轉移策略的多約束條件蟻群優(yōu)化QoS路由算法
　　本文分析了戰(zhàn)術MANET多目標、多約束條件的QoS路由模型，并采用蟻群優(yōu)化算法來解決戰(zhàn)術MANET的Qo

7、S路由問題。為了提高蟻群優(yōu)化QoS路由算法的效率，降低時延和網(wǎng)絡開銷，本文提出了基于多態(tài)轉移策略和資源預約機制的蟻群優(yōu)化 QoS路由算法──MTS-AQRA。MTS-AQRA算法將鏈路穩(wěn)定性和路由擁塞度與常規(guī)的QoS路由約束條件結合起來，利用多態(tài)轉移策略產(chǎn)生的多樣化路由搜索蟻群和并行路由搜索處理，能夠在戰(zhàn)術 MANET網(wǎng)絡中快速地建立滿足業(yè)務QoS要求的穩(wěn)定路由。仿真實驗結果表明，MTS-AQRA在分組到達率、端到端時延等指標上具有較好

8、的綜合路由性能。
　?、芴岢隽私Y合群組特性和業(yè)務優(yōu)先級調(diào)度機制的自適應混合式 QoS路由算法。
　　利用戰(zhàn)術 MANET的群組特性以及網(wǎng)絡中各種業(yè)務優(yōu)先級的區(qū)別，本文設計了一種根據(jù)業(yè)務的優(yōu)先級進行區(qū)分路由的業(yè)務調(diào)度路由機制，提出了一種適合戰(zhàn)術MANET的自適應混合式QoS路由算法──HQRA。HQRA算法在穩(wěn)定群組內(nèi)采用表驅(qū)動式QoS路由，而在群組間則采用按需的蟻群優(yōu)化QoS路由，并且在路由過程中根據(jù)業(yè)務的等級和業(yè)務 QoS

9、指標的優(yōu)先級進行區(qū)分調(diào)度，以滿足戰(zhàn)術MANET網(wǎng)絡中各種業(yè)務的傳輸要求。仿真實驗驗證了HQRA算法能夠按照不同業(yè)務的優(yōu)先級的進行區(qū)分路由，保證戰(zhàn)術 MANET中戰(zhàn)術等級高的業(yè)務優(yōu)先使用網(wǎng)絡資源；同時對于單一業(yè)務的傳輸，融合群組特性和區(qū)分調(diào)度功能的HQRA算法在路由性能上優(yōu)于常規(guī)的路由算法，能夠滿足戰(zhàn)術MANET中QoS業(yè)務的路由需要。
　?、莼谇度胧紸RM硬件平臺、Wi-Fi無線網(wǎng)絡技術和嵌入式Linux操作系統(tǒng)設計研制了 MA

10、NET試驗床，并在該試驗床上對文中提出的各種路由算法進行了實物實景仿真實驗和性能對比研究。
　　為了在物理環(huán)境中驗證路由算法的性能，本文研制了基于ARM技術的Wi-Fi手持式 MANET終端，為其移植了嵌入式 Linux操作系統(tǒng)和無線網(wǎng)卡驅(qū)動程序，設計和移植了多種路由算法驅(qū)動程序以及網(wǎng)絡性能測試軟件，然后用多個MANET手持終端構建了 MANET試驗床，并將其布置在實際的地形地物環(huán)境中對本文提出的路由算法進行了多種實物實景仿真實驗

11、研究和性能驗證。實物實景仿真實驗結果表明，在實際的地形地物環(huán)境和實際的MANET網(wǎng)絡環(huán)境中，文中提出的幾種路由算法具有較好的網(wǎng)絡適應性，能夠滿足一定網(wǎng)絡條件下特定業(yè)務的傳輸需求：O-AODV和NS-AHRA算法適宜于在實際網(wǎng)絡環(huán)境中傳輸無QoS要求的數(shù)據(jù)業(yè)務，有QoS指標要求的實時音頻和實時視頻業(yè)務傳輸則是MTS-AQRA和HQRA算法的優(yōu)勢；此外，具有業(yè)務優(yōu)先級區(qū)分調(diào)度能力的HQRA算法能夠?qū)?zhàn)術MANET中不同優(yōu)先級的業(yè)務傳輸提供強