无线自组织网络KTRP核心树路由协议优化研究

论文摘要

无线传输技术和网络协议的发展,使得Ad Hoc网络成为一个研究热点。Ad Hoc网络是一种不依赖于固定基础设施的、具有自组织特性的无线网络。它具有组网方便、灵活,受时间和空间制约小的特点,可广泛应用于救援、战场和探险等场合。由于网络资源有限和拓扑结构的频繁变化,传统的网络协议算法不适用于Ad Hoc网络。这给Ad Hoc网络的路由问题带来了严峻挑战,同时也引起了极大关注。863课题“无线移动自组织互联网技术及实验系统研制”中提出了一种分层的自组织算法——核心树路由协议(Kernel Tree Routing Protocol,KTRP),它是一种混合式(hybrid)路由协议,具有分层自组织、混合式路由、无环路由等特点。KTRP路由协议通过无线路由器(Wireless Router,WR)的树形逻辑拓扑解决了Ad Hoc网络中路由环路的问题,易于组建较大的网络。但是原KTRP路由协议的通信规则和逻辑上的核心树形拓扑带来了迂回路由、根节点易形成瓶颈等问题,导致核心树的开销过大。本文针对这个问题,在原KTRP协议上提出了改进方法。首先引入了“直连同级邻居WR”的概念,通过直连同级邻居节点,使得路由选取除了汇聚点之外有了新的选择,在原KTRP协议中需要汇聚点转发才能进行通信的节点现在可以直接进行通信。网络中由转发带来的冗余开销减少,使得核心树的总体开销减小,核心树开销过大的问题能得到改善。接下来本文提出了动态根节点的概念,使用根节点自动更新原则选择跳数最小的根节点。本文增加了网络拓扑表NTT (Network Topology Table),由根节点进行维护。该表包含了所有节点的父节点关系,根据这个关系,根节点可以计算出网络的拓扑结构,并且以此计算每个节点到所有节点的跳数总和。这个表保证了根节点可以了解所有节点的具体位置信息。在此基础上本文设计了根节点自动更新原则,通过动态选择最佳根节点的策略选择跳数总和最小的根节点,尽量使网络中所有节点到根节点的跳数总和为最小,从而减少核心树的路由开销。从总体上实现对核心树的优化,从而提高网络性能。本文分析了现有Ad Hoc网络路由协议的特点,对原KTRP协议进行了详细介绍,重点分析了原KTRP协议存在的问题并提出了合理的改进方案,并对优化后的协议进行仿真并对仿真结果进行了分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 主要工作及论文结构
• 1.3.1 本课题主要工作
• 1.3.2 论文结构
• 第二章 Ad Hoc 网络相关知识
• 2.1 Ad Hoc 网络概述
• 2.1.1 Ad Hoc 网络的定义
• 2.1.2 Ad Hoc 网络的特点
• 2.2 Ad Hoc 网络的结构
• 2.2.1 节点结构
• 2.2.2 拓扑结构
• 2.2.3 本文中无线自组织网络体系结构
• 2.3 Ad Hoc 网络路由协议
• 2.3.1 Ad Hoc 网络路由的特殊性
• 2.3.2 先应式路由协议
• 2.3.3 反应式路由协议
• 2.3.4 混合式路由协议
• 第三章 KTRP 算法介绍
• 3.1 KTRP 路由算法概述
• 3.1.1 KTRP 路由算法的定义
• 3.1.2 KTRP 路由算法的特点
• 3.2 KTRP 路由算法分析
• 3.2.1 核心树的结构及定义
• 3.2.2 汇聚点的概念
• 3.2.3 核心树生成算法
• 3.2.4 核心树维护算法
• 3.2.5 树形路由算法
• 3.2.6 WH 位置接入算法
• 第四章 KTRP 协议的改进
• 4.1 原KTRP 协议存在的问题
• 4.2 KTRP 协议的改进
• 4.2.1 直连同级节点
• 4.2.2 动态根节点
• 4.2.3 改进的KTRP 协议WR 说明
• 4.2.4 改进的KTRP 协议路由过程
• 4.3 KTRP 协议相关表格的改进
• 4.3.1 改进的网络表
• 4.3.2 改进的选路表
• 4.3.3 改进的主机表
• 4.3.4 增加的网络拓扑表
• 4.4 改进的核心树算法
• 4.4.1 改进的核心树生成算法
• 4.4.2 改进的核心树维护算法
• 4.4.3 改进的核心树路由算法
• 4.4.4 改进的WH 接入位置维护算法
• 4.5 改进的KTRP 子协议
• Join protocol）'>4.5.1 改进的WR 加入协议（WR_Join protocol）
• Hello protocol）'>4.5.2 改进的WR Hello 协议（WR_Hello protocol）
• Update protocol）'>4.5.3 改进的WR 更新协议（WR_Update protocol）
• Update protocol）'>4.5.4 改进的WH 更新协议（WH_Update protocol）
• 第五章 仿真与分析
• 5.1 本文仿真对象
• 5.2 仿真软件OPNET 简介
• 5.3 仿真模型
• 5.4 仿真场景
• 5.5 仿真数据与结果分析
• 第六章 总结和展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果