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《浙江大学》 2007年
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移动Ad Hoc网络中连通支配集若干关键问题的研究

施韦  
【摘要】: 移动ad hoc网络(Mobile Ad Hoc Network,MANET)是在基础设施或中央控制实体缺失的环境下,由无线移动节点组成的具有移动和自治特征的动态自组织网络系统,每一个节点同时扮演主机和路由器两种角色。以上特点使得MANET非常适合于在会议、学术交流、灾难救援和恢复、家庭网络和战场军事指挥等环境使用。然而,MANET中一些关键性技术至今尚不成熟,主要有1)作为路由算法基础的泛洪广播技术:由于存在网络风暴及节能等问题,使得泛洪广播仍然无法胜任实际应用的需要;2)MANET管理技术:节点独立且自由移动的网络需要有良好定义且操作简单的网络管理技术,以保证在节点频繁加入、退出网络以及在网络中动态移动时彼此之间仍然能够保持高效的协同;3)MANET范围内的资源发现技术:资源发现是实现MANET数据分发、移动服务发现以及即兴协作的核心问题,需要有符合移动ad hoc特点的简单而快速的资源定位算法的支持。 本文相信,符合MANET特征的骨干网络是解决以上问题的有效手段。为此,本文以支配集理论作为研究问题的方法,在对传统支配集理论进行广泛综述的基础上,对近年来针对MANET特点的支配集理论进行了深入的研究。针对以上所列举MANET关键技术的不足,提出了新的算法和解决方案。 MANET中虚拟骨干网络生命周期可以概括为连通支配集的构造、管理和运用三个阶段。本文的贡献,以虚拟骨干网络生命周期为主线,可归纳为如下内容: 1)用于MANET广播的连通支配集构造算法研究。本文从不同MANET环境特点出发,遵循基于最大独立集和基于邻节点指派两种思路,分别提出分布式连通支配集构造算法CDSCA(connected dominating set with circle avoidance)和ECARSP(eliminating common adiacency relation with self-pruning),并以此作为MANET广播的骨干。 CDSCA是一种基于最大独立集的连通支配集构造算法。为了避免算法因在支配集连通阶段构成环路而增加连通支配集的势,CDSCA采用基于支配节点/普通节点间反馈的异步构造策略,从而严格避免了五种基本环路的出现,将连通支配集的势控制在更为精简的水平。 ECARSP是一种基于邻节点指派的连通支配集构造算法。通过在节点间进行多点中继,ECARSP能够即时构造对应网络的连通支配集。作为优化泛洪算法的主要组成部分,ECARSP分别从压缩本地暴露节点集的势,尽最大可能避免共有邻接关系以及使用自裁减与多点中继相结合三个不同方面约简算法结果的规模。 2) MANET中连通支配集移动性管理研究。本文提出了与ECARSP算法相适用的连通支配集维护算法。该算法遵循一般研究对节点移动行为所做的归纳,针对节点加入、退出、移动三种行为分别进行讨论,并针对上述三种情况,分别给出连通支配集维护算法的描述。结合对节点移动性建模的分析,给出了连通支配集移动性管理的解决方案。该算法充分利用了ECARSP构造的连通支配集所具备的网络条件,节点也毋需了解自身状态,通过以ECARSP的思想对发生变化的网络进行局部且自发的调整,能够将算法所涉及的节点数量以及调整后的支配集规模约束在可以接受的水平。 3) MANET中运用连通支配集的算法研究。本文主要考察了两个方面:能量有效广播算法和资源定位算法研究。 移动ad hoc网络能量有效广播算法。在UDG模型中,以最小连通支配集(MCDS)作为虚拟骨干广播子网忽视了对广播能耗的考虑,覆盖度高的节点将会因频繁的广播转发而很快耗尽能量,故而网络寿命较短。为解决这一问题,本文针对移动自组织网络中数据传输的能耗模型和设备一次性供电的特点,通过建模对节点的广播中继效率进行了评估,该模型以节点剩余能量和覆盖度为依据,参考不同节点的传输能耗,并以最近能耗强度对节点可用寿命进行预测。据此提出了基于多点中继的能量有效广播算法(EE-MPR)。该算法通过优先选择广播中继效率较高的节点动态构建广播树,减少每次广播的能耗及中继节点数量,均衡设备的剩余能量,从而延长网络可用时间,较好地兼顾了最长网络寿命和最小广播耗能两项指标。 移动ad hoc网络资源定位算法研究。本文从对等计算(Peer-to-Peer)的角度,对近年来MANET中资源定位算法进行了考察,并提出基于本地索引树的资源定位算法LIT和基于支配索引集的DSI算法。其中LIT将节点周围相对稳定的节点资源组织成树状结构,根据网络的动态性随时调整索引半径并剔除不可靠节点;而DSI则通过共享节点主动将资源信息发布到支配索引集上,简化了资源定位的过程,从而缩短用户响应时间。 本文采用ns2网络模拟工具作为实验手段,对以上算法的模拟结果以及理论分析均显示,上述算法在所关心的性能指标上较现有算法均有明显优势。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TN929.5

【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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【二级参考文献】
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