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随着现代无线通信技术和因特网的发展与进步,任何人在任何时间地点都能够获取信息并与他人通信的要求已经成为人们对现代信息网络的切实要求。由于Ad Hoc网络无需固定基础设施支持,能快速简单组网,而且能够自组织、自修复,正在成为下一代无线网络的有力竞争者,其所涉及的学术与实用化问题也日益成为国内外的研究热点。其中路由协议用来建立从源节点到目的节点之间的可达路径,是数据通讯的前提。鉴于路由协议的重要性,路由协议一直是Ad Hoc网络中最为活跃的研究领域。
动态拓扑是Ad Hoc网络的主要特征。拓扑的动态变化引起Ad Hoc网络路由中断频繁,这使得网络性能下降,网络规模扩展受限。寻找稳定路径是减少路由中断是提高路由动态拓扑适应性的有效手段。现有稳定路径寻找方法存在以下局限:需要MAC层将无线信号强度上传到网络层,或需要节点具有地理位置定位的硬件功能支持。此外大多数稳定路径寻找方法缺乏减少信道竞争和避免数据拥塞的机制。
在Ad Hoc网络中,一方面,存在网络中的无线信道容量和网络拓扑结构等多种因素的时变性,另一方面,存在节点所面临竞争和拥塞程度的非公平性,这两个方面的问题将导致网络中的节点难以及时获得全网的拓扑结构。相对而言,局部拓扑结构会比较容易获取和更新。
本课题充分利用节点的连接性反应局部拓扑结构,并以此为依据建立节点稳定度尺度。该尺度的获取不需要从底层协议获取接收信号强度,也不需要地理位置定位硬件功能的支持。这使得该尺度的计算和有关该尺度信息的获取比较容易。
在获取节点稳定度所需的本地连接信息时,本课题利用文献提出的机制。这种机制的优点是:一方面,节点MAC层收到任何帧时都可将有关信息传给路由层以更新路由表项,这使得不用增加额外开销就可以减少Hello消息数;另一方面,将Hello消息的发送和处理机制由原来的路由层控制改为MAC层控制,缩减了Hello消息帧的大小。
同时,由于节点稳定度尺度考虑了信道竞争和数据拥塞,通过对节点度的利用,在不增加系统开销的情况下,使得高稳定度的节点不但面临的信道竞争铰小,同时还能尽力避免数据拥塞。
在建立了节点稳定度尺度的基础上,本课题建立了路径稳定度度量,并以此为依据选择路由。依据该度量,协议倾向于选择一条稳定的、信道冲突较少的,且不易发生数据拥塞的路由。由于路径稳定度度量采用累积法计算,这使得协议还倾向于选择转发跳数较少的路径形成路由,这也从另一个角度提高了路由的稳定性和质量。
为了评估基于路径稳定度的路由选择方法对Ad Hoc网路由选择的指导意义,本课题以AODV路由协议为基础,利用路径稳定度,对其进行了扩展,我们在根据文献的机制所扩展的NS2仿真平台上,实现改进的AODV路由协议:STA-AODV(Based on the stability of Path AODV),并设计两种典型的网络场景用于评估改进后协议的性能。仿真结果表明,与AODV路由协议相比,STA-AODV路由协议能够有效减小路径的中断次数,降低归一化路由控制开销,提高端到端分组投递率,降低端到端时延。由此可见,路径稳定度度量的应用可以提高路由的动态拓扑适应性和网络规模扩展的适应性。