基于移動(dòng)預(yù)測(cè)的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)的研究.pdf

1、移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)（MANET）是一種沒有固定基礎(chǔ)設(shè)施的動(dòng)態(tài)、自配置的無線網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有路由功能、移動(dòng)性的特點(diǎn)。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)在軍事領(lǐng)域、自然災(zāi)害應(yīng)急處理以及分布式協(xié)作計(jì)算等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)關(guān)鍵的問題是如何有效的傳送數(shù)據(jù)到目的節(jié)點(diǎn)而盡可能的減少開銷。因此，路由協(xié)議成為Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)研究的重點(diǎn)。 由于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的易變性和節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性，網(wǎng)絡(luò)中的鏈路常常會(huì)斷裂，節(jié)點(diǎn)

2、不得不為了完成數(shù)據(jù)的傳輸進(jìn)行路由重建，而頻繁的路由重建勢(shì)必會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載和開銷，降低了數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒β省Ｒ虼?，建立一條較穩(wěn)定的路由顯得尤為重要，移動(dòng)預(yù)測(cè)技術(shù)為此提供了支持。 在動(dòng)態(tài)的、移動(dòng)的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中支持QoS路由是非常困難的。提供QoS保證的實(shí)時(shí)應(yīng)用是一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。QoS支持的實(shí)時(shí)應(yīng)用依賴于資源的分配，網(wǎng)絡(luò)提供特定QoS的需求能力決定于如何分配資源。此外，在動(dòng)態(tài)的、分布式管理的和多跳的網(wǎng)絡(luò)中提供可靠的、高速的端

3、到端通信也是一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。 近年來，國內(nèi)外學(xué)者在路由協(xié)議方面做了大量的研究，但仍然存在許多尚未解決的問題，特別是在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)上基于移動(dòng)預(yù)測(cè)技術(shù)路由技術(shù)的研究方面尚處于初期階段。本文在總結(jié)前人研究工作的基礎(chǔ)上，著重研究了Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議、Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的QoS保障問題和Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)模型、移動(dòng)預(yù)測(cè)的方法及性能分析；提出了一種根據(jù)鏈路鏈接時(shí)間的有限路由請(qǐng)求方案，據(jù)此提出

4、了Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中基于移動(dòng)預(yù)測(cè)QoS路由優(yōu)化算法；設(shè)計(jì)了一種Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中基于熵的多路徑路由算法和建議一種Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中穩(wěn)定的能量有效的多播路由算法。最后分析和討論了Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)中的若干關(guān)鍵問題、應(yīng)用及研究展望。 本文就以下幾個(gè)方面進(jìn)行了創(chuàng)新性的研究工作： 1．Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中基于移動(dòng)預(yù)測(cè)的QoS路由優(yōu)化算法在移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，分組的重傳和路由的重構(gòu)比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)更加頻繁。在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化

5、頻繁、節(jié)點(diǎn)移動(dòng)不確定情況下提供穩(wěn)定的傳輸路徑是Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由的主要難題。本文論述了Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中QoS路由的網(wǎng)絡(luò)模型，在傳統(tǒng)路由算法的基礎(chǔ)上，提出了一種基于移動(dòng)預(yù)測(cè)的QoS路由優(yōu)化算法。該算法中利用有限的路由請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制來減少路由請(qǐng)求包的轉(zhuǎn)發(fā)率，限制轉(zhuǎn)發(fā)范圍；利用移動(dòng)預(yù)測(cè)的技術(shù)，計(jì)算路由的鏈路連接時(shí)間，由此獲取最大鏈路時(shí)間，即最穩(wěn)定的路由；同時(shí)算法還支持以帶寬為前提，延遲和代價(jià)優(yōu)化的QoS條件。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該優(yōu)化算法能夠

6、較好地降低路由開銷，提高了數(shù)據(jù)傳輸成功率。 2．Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中基于熵的多路徑QoS路由算法由于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中無線連接的不可靠特性和無線節(jié)點(diǎn)不停移動(dòng)導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的持續(xù)變化，使單一路徑的移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)路由性能一直不能獲得太大的突破。如果能為各個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)都建立一條或多條替換路徑，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的路由可靠性和容錯(cuò)性就會(huì)得到提高，而路由的可靠性正是Ad Hoc這種隨機(jī)移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)所面臨的主要問題。本文設(shè)計(jì)了一種Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中基于熵的

7、多路徑路由算法。其基本思想是尋找從源點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的多條路徑，并利用熵尺度衡量路徑的穩(wěn)定性，從而選擇幾條較穩(wěn)定的路徑作為從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的傳輸路徑。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法的可靠性較高、路由重構(gòu)次數(shù)降低。由于多路徑所具有的穩(wěn)定和提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率的特性，該算法比原來的單路徑更適合于QoS路由的要求。 3．Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中穩(wěn)定的能量有效多播路由算法由于Ad hoc網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)一般是用電池來提供能量，因此Ad hoc網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)能量受

8、限系統(tǒng)。對(duì)于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)而言，希望它能夠在不充電的情況下盡可能長時(shí)間的工作。同時(shí)，隨著移動(dòng)節(jié)點(diǎn)性能的提高和功能的加強(qiáng)，對(duì)能量的需求也不斷地提高。本文在原有Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)多播路由協(xié)議研究的基礎(chǔ)上，建議了AdHoc網(wǎng)絡(luò)中一種穩(wěn)定的能量有效多播QoS路由算法。該算法在路由發(fā)現(xiàn)階段建立以能量有效為基礎(chǔ)，帶寬為優(yōu)化的多播樹；在多播樹的維護(hù)階段利用移動(dòng)預(yù)測(cè)的技術(shù)，根據(jù)該時(shí)間判斷是否需要對(duì)該鏈路進(jìn)行修復(fù)，從而達(dá)到維護(hù)多播樹的目的。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算