移动Ad hoc网络QoS策略和路由方案的研究

论文摘要

移动Ad hoc网络（MANET）是一种多跳的、自组织的无线移动网络,由于它不需要固定的基础设施,并可以快速部署和配置,在战场、抢险救灾及一些临时性的场合如会议等许多方面都有广泛的应用前景。不像有线网,MANET的带宽等资源经常是紧张的,因此在MANET上提供QoS保证,对传输多媒体应用或紧急数据是十分必要的。然而,无线信道固有的特点及节点移动造成网络拓扑的频繁变化,使得在MANET网络中支持QoS面临许多挑战。论文首先介绍了在MANET网络中支持QoS的一些相关概念和背景,接着对近年来国内外在相关领域上取得的研究成果作了较为全面的概括总结和比较分析。目前已经提出的QoS方案可分为基于路由协议的QoS策略和不依赖于路由协议的QoS策略。其中,基于路由协议的QoS策略即QoS路由是本论文研究的重点。MANET网络的路由协议在很大程度上决定了网络的性能,也是实现QoS路由的基础。通过对常用的一些路由协议的分析和比较我们发现,目前比较成熟的几个路由协议都存在可扩展性差的问题。如AODV协议,它具有开销少、效率高、实现容易等特点,在节点移动性较高的场合下也能很好地工作。但该协议在网络规模较大时性能急剧下降,即存在可扩展性问题。为了解决这个问题,论文从AODV协议入手,提出了并实现了一个新的基于AODV的渐进式分簇协议AODV-Clustering,该协议开始时按AODV方式工作,随后逐渐演变为一个分簇式的路由协议。仿真实验证明了该协议既保持了AODV的优点又具备了良好的可扩展性。在路由协议的基础上,论文对QoS路由策略进行了研究,除了对原有的AODV的QoS版本Q-AODV协议进行改进以提供更好的QoS支持外,还提出了AODV-Clustering协议的QoS版本（称为Q-AODV-Clustering）,它增加了对自适应实时业务流以带宽为指标的QoS支持。最后,论文以QoS路由协议为基础,提出了一个端到端的QoS体系结构,该体系结构包含QoS信令、接入控制、QoS路由、资源管理、拥塞控制、速率控制和QoS MAC等多个功能模块。为了对体系结构进行验证,我们编写了仿真程序并在JiST/SWANS仿真平台上进行了仿真,仿真结果也证实了该体系结构的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract（英文摘要）
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的学术论文目录
• 目录
• 图表目录
• 第一章 概论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 对已有研究成果的总结
• 1.3 论文的主要工作
• 1.4 论文各章节安排
• 第二章 有线网的QoS的定义和实现策略
• 2.1 QoS的概念和主要参数
• 2.1.1 QoS的概念
• 2.1.2 主要QoS参数
• 2.2 实现QoS的层次
• 2.3 QoS的功能模块
• 2.3.1 接入控制
• 2.3.2 调度策略
• 2.3.3 拥塞控制
• 2.3.4 速率控制
• 2.4 有线网络的主要QoS策略
• 2.4.1 IntServ
• 2.4.2 DiffServ
• 2.4.3 IntServ over DiffServ
• 2.4.4 MPLS
• 2.5 QoS信令协议
• 2.5.1 RSVP协议
• 2.5.2 RSVP扩展协议
• 第三章 移动Ad hoc网络的QoS支持
• 3.1 移动Ad hoc网络简介
• 3.1.1 移动Ad hoc网络的定义
• 3.1.2 移动Ad hoc网络的特点
• 3.1.3 移动Ad hoc网络的应用
• 3.2 移动Ad hoc网络的QoS支持
• 3.2.1 移动Ad hoc网络的QoS支持的必要性
• 3.2.2 移动Ad hoc网络支持QoS的复杂性
• 3.2.3 移动Ad hoc网络的QoS指标
• 3.3 移动Ad hoc网络QoS机制要考虑的问题
• 3.3.1 采用带内信令还是带外信令
• 3.3.2 预留机制是一次预留还是两次预留
• 3.3.3 采用软状态还是硬状态
• 3.4 传统QoS策略对移动Ad hoc网络的适用性
• 3.4.1 IntServ的适用性
• 3.4.2 DiffServ的适用性
• 3.5 移动Ad hoc网络实现QoS的层次
• 3.6 移动Ad hoc网络的QoS框架
• 3.6.1 自适应QoS
• 3.6.2 QoS信令
• 3.6.3 QoS路由
• 3.6.4 MAC层QoS机制
• 3.6.5 一个MANET网络的QoS框架
• 第四章 MANET的路由协议
• 4.1 MANET的路由协议概述
• 4.1.1 MANET路由协议的设计目标
• 4.1.2 MENET路由协议的分类
• 4.2 MANET网络常用路由协议
• 4.2.1 DSDV
• 4.2.2 OLSR
• 4.2.3 TBRPF
• 4.2.4 AODV
• 4.2.5 DYMO
• 4.2.6 DSR
• 4.2.7 TORA
• 4.2.8 ABR
• 4.2.9 CBRP
• 4.2.10 ZRP
• 4.2.11 CEDAR
• 4.3 基于位置的路由算法
• 4.3.1 LAR
• 4.3.2 Grid
• 4.4 MANET路由的安全性
• 4.4.1 路由攻击
• 4.4.2 拒绝服务
• 4.4.3 SAODV
• 第五章 路由协议的性能评价
• 5.1 路由协议性能指标
• 5.1.1 路由协议的主要性能指标
• 5.1.2 路由协议的稳定性
• 5.1.3 路由协议的可扩展性
• 5.2 影响路由协议性能的一些因素
• 5.2.1 节点的传输半径和节点密度
• 5.2.2 MAC层协议
• 5.2.3 节点的移动模式
• 5.3 仿真平台
• 5.3.1 NS2
• 5.3.2 GloMoSim
• 5.3.3 JiST／SWANS
• 5.3.4 对JiST／SWANS仿真工具的主要改进
• 5.4 路由协议的性能评价
• 5.4.1 相关工作
• 5.4.2 典型路由协议的性能评价
• 第六章 一个新的基于AODV的渐进式分簇协议
• 6.1 协议提出的背景
• 6.2 AODV-Clustering的设计思想
• 6.3 AODV-Clustering工作机制
• 6.3.1 路由发现和簇的形成
• 6.3.2 路由维护和簇的维护
• 6.4 AODV-Clustering协议格式
• 6.4.1 路由请求报文RREQ消息格式
• 6.4.2 路由应答报文RREP消息格式
• 6.4.3 路由出错报文RERR消息格式
• 6.4.4 路由应答确认报文RREP-ACK消息格式
• 6.4.5 Hello报文格式
• 6.4.6 簇首广播报文CHBM格式
• 6.4.7 簇加入请求报文JCRM格式
• 6.4.8 簇加入应答报文JCAM格式
• 6.4.9 网关消息报文GM格式
• 6.4.10 协作网关发现报文JGRM格式
• 6.4.11 协作网关应答报文JGPM格式
• 6.5 AODV-Clustering协议仿真程序的实现
• 6.5.1 仿真驱动程序的处理
• 6.5.2 使用广播机制模拟报文群发
• 6.5.3 过滤重复收到的数据报文
• 6.5.4 快速路由发现中路由循环的避免
• 6.6 模拟结果和性能比较
• 第七章 基于路由协议的QoS策略
• 7.1 QoS路由协议
• 7.1.1 简单的负载平衡方案
• 7.1.2 Q-AODV路由协议
• 7.1.3 DSR的QoS扩展（MP-DSR，QDSR）
• 7.1.4 QOLSR协议
• 7.1.5 AQOR路由协议
• 7.2 改进的Q-AODV协议
• 7.2.1 对Q-AODV协议的改进
• 7.2.2 协议仿真和性能分析
• 7.3 Q-AODV-Clustering协议
• 7.3.1 协议新增的功能
• 7.3.2 协议的工作过程
• 7.3.3 路由控制报文的字段格式
• 7.3.4 协议的仿真程序的设计
• 7.3.5 仿真结果及分析
• 7.3.6 结论
• 第八章 不依赖于路由协议的QoS机制
• 8.1 MAC层QoS机制
• 8.1.1 IEEE802.11 DCF
• 8.1.2 EDCF
• 8.1.3 AEDCF
• 8.1.4 其他MAC层QoS机制
• 8.1.5 几个MAC层QoS方案的比较
• 8.1.6 基于MAC层的实时带宽的度量
• 8.2 不采用预留的QoS策略
• 8.2.1 SWAN
• 8.2.2 Courtesy Piggybacking
• 8.3 采用预留的QoS策略
• 8.3.1 FQMM
• 8.3.2 INSIGNIA
• 第九章 一种以QoS路由为核心的端到端的QoS框架
• 9.1 QoS框架的总体结构
• 9.1.1 信令协议
• 9.1.2 接入控制
• 9.1.3 调度策略
• 9.1.4 拥塞控制
• 9.1.5 速率控制
• 9.1.6 QoS路由
• 9.1.7 QoS MAC
• 9.1.8 QoS框架的可扩展性考虑
• 9.2 QoS框架仿真程序的实现
• 9.2.1 拥塞控制的处理
• 9.2.2 速率控制流程
• 9.2.3 MAC层QoS支持
• 9.3 仿真结果及分析
• 第十章 结束语
• 参考文献
• 附录1 Q-AODV的主要数据结构
• 附录2 改进的Q-AODV的主要数据结构
• 附录3 AODV-Clustering的主要数据结构
• 附录4 O-AODV-Clustering的主要数据结构
• 附录5-7见光盘