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《武汉理工大学》 2012年
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无线移动自组织网络QoS路由协议研究

郑四海  
【摘要】:QOS(服务质量)路由协议是无线移动Ad Hoc网络实现多媒体数据业务应用的关键问题,但是到目前为止,Ad Hoc网络中的QoS路由算法还难以满足实际应用的需求,存在着不少期待解决的问题。本文在深入分析、研究现有的QoS路由协议和多播路由协议的基础上,针对Ad Hoc网络的QoS模型、QOS信令、多QoS、Steiner多播树和分簇算法等问题,重点深入研究了自适应分簇多播路由协议、多QoS多播路由协议和基于混合遗传算法的多QoS多播路由算法的智能优化等问题。 本文的主要研究工作及创新性体现在以下几个方面: 1.无线移动Ad Hoc网络的QoS系统的研究。 从无线移动Ad Hoc网络的基本概念入手,本文首先介绍了Ad Hoc网络的拓扑结构及协议栈结构;然后重点研究了Ad Hoc网络的QoS模型、QoS信令;接着详细分析、比较了几种典型的QoS路由协议的优缺点;最后对著名的网络仿真平台NS2的工作原理进行了简要的介绍。 2.提出了一种自适应分簇多播路由协议ACMRN。 QOS多播路由协议是Ad Hoc网络中网络层的一个重要组成部分,它的主要目标是寻找一棵能够满足QoS约束条件的最优多播树,使得网络在满足数据业务的QoS需求的同时,可以提高并改善有限的网络资源的使用效率。本文在研究各种多播路由协议的基础上,发现它们存在着不同程度的局限性。有的只适合于平面结构型的小规模Ad Hoc网络;而有的则只适合于分层拓扑结构型的大规模网络;有的在多播树的组建上始终得不到最优问题解等。针对这些问题,本文首先设计了一种分簇路由算法EWCRA,接着设计了一种基于Steiner树的最优化的多播路由树构造算法NOST,最后结合这两种算法提出了一种自适应分簇多播路由协议ACMRN。实验表明,ACMRN协议的性能优于同类路由协议。 3.设计了一种多QOS多播路由协议MQMRP。 本文深入研究了多QoS模型和多目标的线性规划问题,在ACMRN协议基础上设计了一种多QoS多播路由协议MQMRP。它对多QoS目标进行线性优化,能根据实际数据业务的QoS要求自适应建立最优的NOST多播树,在路由维护过程中采用灵活的剪枝操作和资源预留机制。仿真实验表明,MQMRP的分组投递率高,时延和路由开销却相对较低。 4.建议了一种基于混合遗传算法的多QoS多播路由协议MQMFGA。 遗传算法是一种影响广泛的生物进化计算方法,它的强有力的随机搜索与优化能力对于求解NP完全问题有很大的帮助。本文深入研究了各种生物智能优化算法的工作机制,设计了一种新的基于遗传算法的多目标约束的最短路径算法MQGASP;为了进一步解决多播树的智能优化问题,又提出了一种新的基于遗传算法的多QoS约束的多播树的生成算法CMSTGA;最后结合这两种算法建议了一种基于混合遗传算法的多QoS多播路由协议MQMFGA。模糊选择策略及禁忌搜索算法确保MQMFGA能收敛到全局最优解,抢先式的路由维护机制使得它的路由稳定,能量消耗少,分组投递率高于同类路由协议。实验仿真证明了它的性能达到了预期的效果。 最后,本文进行了工作总结,并提出了本课题有待于进一步研究的问题及将来的研究计划。 本文得到国家自然科学基金项目(项目编号:61171075,60672137,60773211,60970064)、国家软件开发环境重点实验室开放基金课题(批准号:SKLSDE-2009KF-2-02)、教育部博士点基金项目(批准号:20060497105)、新世纪优秀人才支持计划(批准号:NCET-08-0806)、霍英东高校青年教师基金基础性研究课题(批准号:121067)、武汉市科技攻关项目(批准号:201010621207)和湖北省杰出青年人才基金(批准号:2008CDB335)的资助。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TN929.5

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【参考文献】
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