Ad Hoc網(wǎng)絡多徑路由協(xié)議相關技術研究.pdf

1、Ad Hoc網(wǎng)絡是一種多跳的、無中心的、自組織無線網(wǎng)絡。整個網(wǎng)絡沒有固定的基礎設施，每個節(jié)點都是移動的，并且都能以任意方式動態(tài)地保持與其它節(jié)點的聯(lián)系。該網(wǎng)絡具有拓撲動態(tài)變化、節(jié)點高速移動、信道帶寬較低和終端處理能力較弱等特點。Ad Hoc網(wǎng)絡作為一種特殊的無線網(wǎng)絡，不僅廣泛應用于軍事作戰(zhàn)環(huán)境以及搶險救災，而且已經(jīng)開始應用于商業(yè)活動。其獨有的無線特性使得傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡路由協(xié)議無法直接被Ad Hoc網(wǎng)絡所使用，因此必須設計適合Ad Hoc網(wǎng)

2、絡的協(xié)議。路由協(xié)議作為支持Ad Hoc網(wǎng)絡運行的關鍵技術，直接關系到網(wǎng)絡的實際應用和網(wǎng)絡運行效率。
　　多徑路由協(xié)議相比單徑路由協(xié)議而言，在負載均衡、帶寬利用、容錯能力和動態(tài)拓撲適應性方面都更具優(yōu)勢。一般來說，多徑路由可以分為節(jié)點不相交多徑路由、鏈路不相交多徑路由和相交多徑路由。節(jié)點不相交多徑路由在各方面都更具優(yōu)勢，但是受網(wǎng)絡節(jié)點密度的限制，節(jié)點不相交多徑也最難尋找。
　　本文以Ad Hoc網(wǎng)絡中的多徑路由協(xié)議為主要研究內(nèi)容

3、，分別討論了適用于大規(guī)模網(wǎng)絡環(huán)境下的節(jié)點不相交多徑路由協(xié)議、適用于節(jié)點高速移動網(wǎng)絡環(huán)境下的節(jié)點不相交多徑路由協(xié)議、以及適用于對傳輸實時性需求較高的大數(shù)據(jù)流傳輸環(huán)境下的最大化無干擾多徑路由協(xié)議。本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點如下:
　　(1)從協(xié)議擴展性的角度出發(fā)，提出一種基于地理位置信息的不相交多徑路由協(xié)議ZMG（Zone-based Multipath Geographic routing protocol）。該算法將網(wǎng)絡中的所有節(jié)

4、點視為位于同一平面區(qū)域上，充分利用節(jié)點地理位置信息，在該平面區(qū)域上通過橢圓曲線劃分成不相交的子區(qū)域，然后分別在各自區(qū)域內(nèi)尋找一條路徑，以建立最大限度的節(jié)點不相交多徑。在劃分的不相交區(qū)域內(nèi)構造多條路徑，既考慮了節(jié)點的不相交性，又避免了簡單泛洪帶來的路由發(fā)現(xiàn)開銷，提高了路由尋找的效率。在路由轉發(fā)的過程中，定義了兩種路由轉發(fā)模式，并提出了相應的路由轉發(fā)策略以及相互轉化的條件。該路由轉發(fā)策略能夠保證在節(jié)點密集的情況下，可以構造出節(jié)點不相交多徑。

5、即使在節(jié)點稀疏的情況下，也能找到相交路徑條數(shù)盡可能少，相交節(jié)點個數(shù)盡可能少的多條路徑。從與其它協(xié)議的對比實驗中可以得出，該協(xié)議是一種適用于大規(guī)模網(wǎng)絡環(huán)境下的節(jié)點不相交多徑路由協(xié)議。
　　(2)從協(xié)議對網(wǎng)絡動態(tài)拓撲的適應性出發(fā)，提出一種無信標的多徑路由協(xié)議?？紤]到地理路由信標機制的固有缺陷，結合一種基于地理位置的無信標路由機制，在ZMG協(xié)議的基礎上做出進一步的改進，使用相同的區(qū)域劃分方法，但是在轉發(fā)策略上融入了無信標機制。這里引入兩

6、個轉發(fā)延遲函數(shù)，以保證基于競爭機制的轉發(fā)策略能夠?qū)崿F(xiàn)兩種模式下的正常運行與轉化。為了配合競爭機制，協(xié)議對轉發(fā)區(qū)域進行更加細化的劃分，并結合轉發(fā)延遲函數(shù)設計相應的競爭轉發(fā)算法。該協(xié)議不僅能夠進一步降低控制開銷，而且更加適應網(wǎng)絡的動態(tài)拓撲變化，是一種適用于節(jié)點高速移動的網(wǎng)絡環(huán)境下的多徑路由協(xié)議。
　　(3)分析了現(xiàn)有大部分無信標路由協(xié)議由于沒有考慮到實際無線信道的不可靠性而導致在實際應用中表現(xiàn)不理想的現(xiàn)象，提出了一種基于鏈路質(zhì)量的跨層

7、無信標地理路由協(xié)議。該協(xié)議利用物理層得到的SNR值來判斷節(jié)點間的通信鏈路質(zhì)量，結合MAC層的RTS/CTS機制來競爭轉發(fā)。在不額外增加控制報文的基礎上，并在競爭機制中充分考慮鏈路質(zhì)量因素，通過選擇通信質(zhì)量較好的鏈路來減少重傳，提高整體網(wǎng)絡性能。該協(xié)議在數(shù)據(jù)包投遞率，端到端延遲，包副本數(shù)量等指標上都達到良好的性能。
　　(4)考慮到多條路徑同時傳輸數(shù)據(jù)產(chǎn)生的干擾問題，提出一種基于地理位置的最大化無干擾的多徑路由協(xié)議，適用于對傳輸實時

8、性需求較高的大數(shù)據(jù)流傳輸環(huán)境。協(xié)議將源節(jié)點到目的節(jié)點之間的轉發(fā)區(qū)域劃分為三個子區(qū)域，并針對不同的區(qū)域采取相應的轉發(fā)策略。在中間區(qū)域根據(jù)兩個節(jié)點之間的距離來估算節(jié)點的干擾半徑，并采用干擾標記算法來標記干擾范圍內(nèi)的節(jié)點，使其不參與其它路徑的選擇，有效地降低多徑路徑之間的干擾。在源節(jié)點與目的節(jié)點附近區(qū)域采取局部控制機制，為不可能避免干擾的區(qū)域提供了降低干擾的有效措施。該協(xié)議構建了最大化無干擾的多條路徑，并盡可能的縮短了平均路徑長度，不僅有效地