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无线自组网由于其鲁棒性、抗毁性、适应环境能力强等特点,被广泛用在国防战备、军用通信、紧急救灾等不需要基础通信设施或者只需要临时通信的环境.随着移动通信和移动终端技术的高速发展,无线自组网技术将越来越多地被用在民用移动通信中,被认为是下一代移动通信系统解决方案中最有希望被采用的末端网络.在无线自组网中,节点之间常常需要信息共享或者相互协作以共同完成某项任务,例如紧急救灾、移动会议、联机游戏等.因此,组通讯技术是无线自组网最常用的应用模式之一.然而由于无线自组网高度动态的网络拓扑、有限的传输带宽、节点能力受限以及节点易断开、网络易分割等特点,对无线自组网组通讯技术的研究带来了很大挑战.
论文首先在充分调研国内外相关技术基础上,分析了无线自组网组通讯协议设计和实现的关键技术,定义了其性能评价指标.对现有无线自组网组通讯协议,从组播结构出发,将其分为基于树、基于网格、基于gossip和基于洪泛四种,依据性能评价指标对各类组通讯协议进行分析和评价,指出其优缺点.
论文利用基于gossip和基于树组播结构的优势,提出了一种层次化并跨层优化的组通讯协议HCLP(Hierarchical Cross Layer Protocol).HCLP利用节点能力异构性和从路由表跨层获取的路由跳数信息,来构造一个由超级节点和叶子节点组成的层次化覆盖网拓扑.HCLP通过周期性检查路由表来调整和维护覆盖网拓扑,并结合gossip机制和单播转发方法进行数据分发.论文运用NS2仿真实验对HCLP的数据传输成功率和带宽开销大小进行了评估,并与gossip组通讯协议进行了比较.仿真数据表明,HCLP保证了数据传输的可靠性并大大降低了带宽开销,是一个高可靠、低开销并可扩展的组通讯协议.
HCLP由于较大程度依赖于底层路由协议提供全局拓扑信息,因此更适用于运行在主动路由协议之上.本文基于HCLP提出了一种改进的层次化组通讯协议EHP(Enhanced Hierarchical Protocol).EHP采用分布式ERS(Expanding Ring Search)机制来实现节点加入,用超级节点和叶子节点之间的周期性探测方法来维护和调整覆盖网拓扑,并基于gossip和推拉结合机制来进行数据分发.由于EHP不需要底层路由协议实时维护到网络所有节点的路由信息,因此不仅适用于主动路由协议,更适用于按需路由协议.仿真实验采用AODV按需路由协议,通过改变组大小、节点移动速度和信号传输距离,验证了EHP组通讯协议的更高可靠性、自适应性和更好的可扩展性.