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Ad hoc网络节点移动技术及路由算法的研究

佟宁  
【摘要】:在自然灾害或恐怖事件导致网络基础设施出现故障或者无法使用的时候,快速的恢复通信十分重要。借助Ad hoc网络不需要基础设置支持、组网迅速、适应能力强的特点,可以快速的建立临时网络,从而为救援提供便利、减少灾难所带来的危害,服务于人民。在为组网提供便利的同时,Ad hoc网络也具有节点之间连接难以稳定维持、拓扑变化难以预测、路由中断频繁、稳定性较差等弊病,为网络协议的设计带来了巨大的挑战。为了使Ad hoc网络的应用不受到周围环境的制约,仍然能够正常工作,本文从以下几个方面展开了研究工作: (1)地质灾害的发生,改变地形地貌,形成了许多障碍物。使用不考虑障碍物的移动模型进行仿真分析,不能正确地反映协议的性能。本文研究障碍物环境下的移动模型。以马尔可夫随机过程为理论依据,建立了障碍物离散时间Markov链模型(ODM)。分析ODM,获得边有效概率、平均有效边数量和路径的概率函数。ODM与理论分析模型n-SRBDM相比,计算值更接近真实值,适用于模拟障碍物环境下的节点运动情况。 (2)针对稠密部署的Ad hoc网络中吞吐量较低的问题展开研究。利用计算几何中拓扑网络设计的方法,通过骨干网的构建、网关序列的设置和骨干网的重构,构造了三角剖分骨干网络TBN。理论分析和仿真结果均表明TBN是二连通结构,连通度和边数受到节点密度的影响较小,简化拓扑结构从而达到了提高吞吐率的目的。 (3)研究间歇连接的Ad hoc网络无端到端链路的问题。借鉴时延容忍网络先储存再转发的路由策略,给出了可变摆渡路由协议(VFR)。建立了摆渡节点(Ferry)路径的多目标优化模型,利用排队论对DTN网络中的通信过程进行建模,给出了Ferry路径设计和个数设定的方法。仿真表明VFR与Epidemic、 PROPHET、 OPWP相比,获得了较高的数据传递率和较低的负载率;并且VFR可以根据实际情况调整工作状态Ferry的数量,降低了Ferry的能量消耗。 (4)研究道路交通环境下车辆之间通信的路由问题。利用博弈理论构建消息转发的博弈模型,解决节点密集时容易出现大量转发消息浪费网络资源的问题。给出了宏观-微观VANET博弈路由算法(MMGR)。对于节点稀疏无可行邻节点的情况,采用先存储再转发的策略。可行邻节点较多的情况,建立消息转发的博弈模型,控制转发数据包的数量。选取经常使用的Epidemic、 PROPHET等算法进行比较分析,MMGR提高了数据的传输成功率,并有效的降低了网络负载。


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