移动ad hoc网络路由算法研究

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无线通信技术和计算机网络技术的快速发展为无线移动通信网络奠定了基础。移动ad hoc网络正是在此环境下诞生的,并逐渐成为当前移动网络研究的重点。它不需要固定基础设施的支持,能够在不能或不便利用现有网络基础设施的情况下提供一种通信平台,从而拓宽移动通信网络的应用场合,可广泛应用于国防战备、抢险救灾、应对突发事件等无法得到有线网络支持或临时需要通信的环境,是下一代网络的重要组成部分。 路由技术担负着为数据分组寻找路由和将其传送到目的地的任务,是移动adhoc网络中的一项关键技术,而路由算法和协议则是路由技术的核心内容,直接关系到成功率、吞吐率和时延等网络性能的优劣。移动ad hoc网络中不存在固定的基础设施,如基站等;每个节点都兼有终端及路由功能,可以为其它的节点转发数据包。如何在众多节点中合理高效地分配无线资源以及在源节点和目的节点间建立稳定有效的路由成为移动ad hoc网络的核心问题。 移动ad hoc网络所具有的分布式、多跳、自组织、动态拓扑、时变信道、资源受限等特点,使得传统的有线网和有中心无线网络的路由算法和协议无法在移动ad hoc网络中直接应用。为此需要根据移动ad hoc网络的特点设计专门的路由算法和协议,而这些特点也给路由算法和协议的设计带来具大的挑战。 本文针对移动ad hoc网络中的路由技术,对移动ad hoc网络中的基于拓扑和基于位置的两大类路由算法和协议进行了总结和分析,集中研究了以下几个方面的内容:基于位置的无信标的路由算法,基于拓扑和基于位置路由算法的性能比较,基于拓扑和位置信息的混合路由算法,以及利用位置信息对动态源路由的路由维护进行改进的算法。主要的研究成果如下: 1.基于位置的路由算法根据其路由决定是否需要邻近节点的位置信息可以分为两类:有信标的路由算法和无信标的路由算法。有信标的路由算法需要周期性的信标来维护邻近节点的位置信息,从而根据邻节点的位置信息来做出明确的路由决定。周期性的信标的使用占用了大量的宝贵的无线资源。无信标的路由算法不需要任何周期性的消息来维护邻近节点的位置信息,它的路由决定是由所有接收到数据包的节点根据其相对于发送节点和目的节点的位置信息来做出的。针对已有的基于位置的贪婪路由策略中仅仅考虑了进程或方向中一个度量的缺陷,本文定义了一种结合了传统的进程和方向的综合度量指标一改进进程,使用此度量寻找到的路由在进程和方向上的综合指标得到提高。将此新的度量与无信标的贪婪转发策略相结合,提出了改进进程的基于位置的无信标的路由算法I_PBBLR(improved progress position based beaconless routing algorithm)。 2.在总结和分析移动ad hoc网络中的多种基于拓扑的路由算法的基础上,对动态 源路由协议(DSR)进行了深入的分析,并用OPNET对其进行了建模和仿真。将所提出的改进进程的基于位置的无信标的路由算法与动态源路由的性能通过仿真进行了比较。 3.基于拓扑的路由算法是依靠网络中链路的信息来进行路由,它至少要维护网络中现在要使用的路由。基于位置的路由算法既不建立路由,也不维护路由,它仅仅根据节点的位置将将包向目的节点的方向上转发,但是它必须先知道目的节点的位置。本文提出了一种基于拓扑和基于位置的混合路由算法,它通过对包头的修改,利用DSR的各种包的发送同时扩散节点的位置信息,完成了位置服务的功能,使得采用基于位置的路由算法成为可能。仿真结果表明这种混合路由算法大大提高了网络路由的性能,比单纯的基于拓扑的DSR和基于位置的路由算法的性能都要高很多。 4.在动态源路由(DSR)中,往往采用一种泛洪的方法来建立路由。当所用的源路由失败后,如果路由缓存中没有其它的可用路由时,又不得不采用泛洪来维护路由。当网络中节点的移动速度增加时,经常的泛洪使得用于路由维 护的开销大大增加。本文提出了一种利用位置信息对DSR进行路由维护的算法,它大大减少了DSR启动泛洪的次数。这种改进不仅大大提高了DSR的性能,而且使得改进后的DSR路由算法更加适合节点快速移动、网络拓扑快速变化的移动ad hoc网络。
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