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移动自组网络中的广播与路由技术研究

彭伟  
【摘要】: 无线网络为用户提供了在任意时间和地点进行通信和信息获取、并在移动中保持通信连接的能力。传统的移动通信系统一般通过基站为用户提供网络接入服务,而基站则往往通过有线骨干网互连起来。移动自组网络是由移动节点通过分布式协议自组织起来的一种无线网络,网络中可以没有基站等固定的路由设施。当有线网络不可使用时,如在战场通讯和紧急救援等任务中,移动自组网络提供了一种可行的地面通信和信息存取技术。 移动自组网络中所有通讯节点均可移动,使得网络拓扑可能频繁发生变化。传统路由技术一般针对拓扑较为固定的网络,在移动环境下不能取得较好的性能,因而需要研究新的路由技术。拓扑易变的特点使得路由问题成为多步移动自组网络中具有挑战性的问题。路由问题可分为单播路由、广播路由和组播路由问题。本文研究具有平坦结构的移动自组网络中的广播与点点路由问题。 广播是移动自组网络中的重要操作。它不仅是许多应用中的一种重要通信模式,而且被单播路由以及组播路由协议用来实现路由发现过程或维护组成员和组播树的状态。移动自组网络中的广播问题不同于有线网络以及传统移动通信系统中的情形。当节点采用全向天线时,该问题可以归结为图论中的最小连通支配集(MCDS)问题。由于MCDS问题是NP完全问题,因而本文给出它的几种近似算法,包括MCDS遗传算法、分布式广播生成树算法、虚拟骨干网算法、利用冗余信息的广播算法。这些算法使广播过程中的转播节点被限制于网络中的部分节点,较大地提高了广播的效率。它们各有其特点,具有不同的应用价值和理论参考价值。通过模拟,本文比较了这些算法所求得的连通支配集的大小。 路由协议的设计需要在多个设计目标间作合理的折衷,包括路由开销、路由可靠性、实现简单性等。洪泛是一种广泛采用的广播技术,但在移动自组网络中,它可能带来广播风暴问题。基于利用冗余信息的广播算法,本文给出一个消减冗余的广播协议RRBP。此协议通过收集重复广播信息,并利用本地网络拓扑信息来避免不必要的转播操作,从而大大减少了洪泛中的重复消息,提高了广播的效率。本文还研究了基于洪泛和多点传递技术的广播协议的实现问题。利用网络模拟器ns-2,本文较深入地研究了广播协议参数对协议性能的影响,并比较了这些协议在不同网络规模、不同移动性和不同网络负载下的性能。 网络拓扑的动态性使得路由节点维护的路径信息具有很强的时效性。针对移动自组网络拓扑易变的特点,必须设计有效的路由维护操作。本文提出用冗余路由技术来将网络拓扑变化的影响限制在局部范围内,从而减小路由协议的开销。同时,可在路径中断时提供后备路径,从而提高路由的可靠性。基于计算机网络中广泛应用的路由协议RIP,本文针对无线传输的特点,利用冗余路 国防科学技术大学研究生院学位论文 由技术设计了增强路由信息协议。此协议具有RJP的简单性,且可用于存在单 向链路的场合。利用ns一2,本文通过模拟比较了此协议与一个无路由环的距离/ 向量路由协议的性能。模拟结果表明,本文提出的增强路由信息协议在不需要 较大路由冗余度的情况下便能得到较好的性能。 移动自组网络在军事和民用上的潜在需求推动了它的发展,然而当前尚存 在许多未解决的问题,为使之实用化还需付出较多的努力。


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