基于蚁群算法的移动Ad Hoc网络路由算法研究

论文摘要

移动Ad Hoc网是由一组带有无线通信装置的移动终端节点组成的一个多跳的、临时的、无中心、自组织的网络,可以随时随地快速构建起来的移动通信网络,网络中的每个终端可以自由移动,地位相等。动态变化的拓扑结构和带宽与能源受限等特点,使得对无线移动自组网的研究,尤其是路由协议的研究存在着巨大的挑战。蚁群算法是一种从自然界中的社会性昆虫的特性受到启发,发展而来的一种群集智能的搜索算法。所谓群集智能,是指单个智能个体只能完成相当简单的任务,而整个智能体种群的合作则能出色地完成复杂的任务。蚂蚁搜索食物是群集智能一个典型的例子。蚁群算法在许多组合优化问题中获得了广泛的应用。由于分布式的计算、单个智能体实现简单、支持多路径的特性,蚁群算法很适合用于Ad Hoc网络路由。路由协议是Ad Hoc网络的关键技术之一,对网络性能起着十分重要的作用。本文对Ad Hoc网络路协议设计的原理和思路进行了深入的分析和研究。介绍了现有的研究成果,给出了Ad Hoc网络路由协议的分类。采用NS2仿真工具对三种典型的路由协议(AODV、DSDV、DSR)进行仿真实验并分析其性能,验证了AODV的优势,也指出了其存在的不足。然后,对蚁群算法的基本原理和方法进行了论述,探讨了蚁群算法应用于Ad Hoc网络路由领域的可行性。基于上述研究,结合蚁群算法与Ad Hoc网络的特点,对AODV协议进行扩展,提出了一种基于蚁群算法的Ad Hoc网络路由算法(ANRBA)。算法改进了AODV路由组建和路由维护策略,具有良好的分布式特性,能为网络提供大量的冗余路径,增强了网络的抗毁性。同时通过对蚂蚁收集到的网络信息对概率路由表进行调整,使路由选择实现分布式全局优化,有效地缓解了Ad Hoc网络的拥塞问题和路由开销过大等问题。仿真结果表明,ANRBA在分组投递率、端到端平均时延、归一化路由开销等方面有优良性能,改善了网络性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.1.1 课题研究的背景
• 1.1.2 论文选题的目的和意义
• 1.2 课题的研究现状
• 1.3 论文的研究内容和主要创新点
• 1.3.1 本文的研究内容
• 1.3.2 本文的主要创新点
• 1.4 本文的组织结构
• 第二章 移动 Ad Hoc网络概述及协议仿真
• 2.1 移动 Ad Hoc网络简介
• 2.1.1 Ad Hoc网络的起源和定义
• 2.1.2 Ad Hoc网络特点
• 2.2 Ad Hoc网络的应用领域
• 2.3 Ad Hoc面临的主要挑战
• 2.4 Ad Hoc网络路由协议的设计要求
• 2.5 Ad Hoc网络路由协议的分类
• 2.5.1 表驱动路由协议
• 2.5.2 按需路由协议
• 2.6 表驱动和按需路由的比较
• 2.7 AODV、DSDV和 DSR的仿真实验与分析
• 2.7.1 仿真目的
• 2.7.2 仿真环境
• 2.7.3 仿真结果与分析
• 2.8 小结
• 第三章 基于蚁群算法的Ad Hoc网络路由算法
• 3.1 蚁群算法简介
• 3.2 蚁群算法应用于 Ad Hoc的优势
• 3.3 ANRBA算法基本思想
• 3.4 ANRBA算法介绍
• 3.5 ANRBA算法设计
• 3.5.1 算法的网络模型
• 3.5.2 蚂蚁分组
• 3.5.3 概率路由表
• 3.5.4 算法规则
• 3.6 算法工作机制
• 3.6.1 路由组建
• 3.6.2 路由维护
• 3.7 算法正确性证明
• 3.8 小结
• 第四章 ANRBA算法的仿真与性能分析
• 4.1 NS2网络仿真
• 4.1.1 NS2各模块及其功能
• 4.1.2 NS2的优点
• 4.1.3 仿真实验的方法和步骤
• 4.2 性能参数
• 4.3 仿真环境
• 4.4 仿真结果分析
• 4.4.1 网络负载对性能的影响
• 4.4.2 节点移动性对性能的影响
• 4.5 小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结与结论
• 5.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间参加的科研项目
• 攻读硕士期间公开发表/录用的学术论文