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《武汉大学》 2005年
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无线自组网中带服务质量约束的路由协议研究

吴华怡  
【摘要】: 随着便携计算与无线技术的高速发展,无线自组网已成为国内外的研究热点,日益得到重视并且获得越来越广泛的应用。无线自组网(wireless ad hoc networks)是由移动主机通过无线连接形成的自主系统。该系统不同于以往的蜂窝网,没有基站等中心转发装置,各移动主机本身就充当路由器。由于主机的移动性,常使网络拓扑结构发生改变,而主机能提供的能量与带宽十分有限也使得对无线自组网中路由协议与算法的研究显得尤其重要。此外,在语音、图像、视频等高级应用中,QoS(Quality of Service)质量约束是需重点考虑的。 本论文在充分研究已有的无线自组网络各种路由协议的基础上,深入讨论网络层上的满足质量约束条件的无线路由协议与算法,针对单播、组播提出新的、更符合实际应用的并满足约束条件的路由协议及其相应算法,以期达到网络资源的最佳配置与有效使用,同时大大降低系统呼叫阻塞率(call blocking rate)并将花费的网络代价降至最小。主要研究工作和成果概括如下: 1.基于CDMA/TDMA模型的MAC层协议,将已有针对单路径单播的带宽计算与分配方法加以改进,提出了多路径模式下分布式带宽分配算法。为后文提出的多路径路由模式奠定基础。 2.提出了一种保证服务质量的多路径单播路由协议。该协议属于按需式路由协议,是针对无线自组网中带宽资源非常有限,造成QoS请求经常受阻的情况提出的。协议主要思想是利用多条并行的路径来满足QoS要求的同时共同完成单播路由。配合该协议还提出了三种选路策略,最短路径优先(SPF),最大带宽优先(LBF)和最大跳数-带宽优先(LHBF)。试验证明该模式相对于单路径的单播路由模式,能大大提高带服务质量约束的连接请求的成功率并能使有限的网络资源得到更好的利用。 3.将提出的多路径单播路由协议推广到组播的情况,提出一种保证服务质量的多路径组播路由协议。该协议以一棵组播树为骨干,为树中不满足QoS带宽要求的部分寻找多条并行的路径作为补充,使得组播树与所选多条路径一起能够满足QoS带宽要求并保证延迟不超过QoS请求的限制。配合该协议提出了三种构建树与选择路径的策略,基于最短路径树的多路径策略(SPTM),基于最小代价树的多路径策略(LCTM)和多棵最小代价树策略(MLCT)。试验证明该模式相对于传统的单棵树的组播路由模式,能大大降低系统的阻塞率并能使有限的网络资源得到更好的利用。 4.对无线自组网中的QoS组播路由进行更深入的研究,提出一种同时利用多棵子树实现保证服务质量的组播路由的协议,使网络代价达到次优。还提出了两种构造算法,多棵最短路径树算法(MSPT)和多棵最小生成树算法(MMST),并进行了分析讨论。此种多棵树的路由模式使得组播形式更为灵活,不拘泥于一棵树的结构好坏,能更有效的提高QoS组播路由请求的成功率。试验也证实了该模式的有效性。 5.将提出的保证服务质量的多路径单播和组播模式应用到无线传感器网络中,保证带宽要求的同时提高了无线传感器网络中进行实时数据传输的效率和成功率,并用模拟试验验证了其有效性。
【学位授予单位】:武汉大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TN929.5

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