基于分层Ad Hoc网络的领导者选举算法的研究与实现

论文摘要

近年来,Ad Hoc网络以其方便、快捷、不受网络基础设施制约等特点得到了广泛的研究和应用。针对消防灭火等领域的实际应用,课题组提出了采用分层Ad Hoc网络进行视频信息传输的方法。然而,由于节点移动及网络状况等原因有可能出现簇头节点缺失的情况,影响网络的正常通信。本文研究并实现了基于分层Ad Hoc网络的领导者选举算法,解决了上述问题。本文首先对移动Ad Hoc网络中选举领导者的最新理论成果进行了比较、分析和借鉴,重点研究了基于分层Ad Hoc网络的领导者选举算法。针对项目所提出的分层Ad Hoc网络中高层节点移动性差、底层节点移动性强等不同特点分别设计了高层同步网络领导者选举算法和底层异步网络领导者选举算法,并在此基础上不断加以完善,最终设计并实现了分层Ad Hoc网络领导者选举系统。本文在应用层设计了相关实验,通过实验提取了同步选举算法和异步选举算法的时间特性,经过比较得出了在实验网络环境下,同步算法在选举时间上要优于异步算法的结论。系统还引入了副主席机制,并通过实验证明,当网络中存在着上一轮选举后产生的副主席节点时,选举时间将显著缩短。该算法也可应用于小型临时视频会议系统中以解决视频会议中主持人缺失及更替的问题。分层Ad Hoc网络领导者选举算法可以应用于消防现场、建筑监理及救灾现场等需要动态组建的分层Ad Hoc网络中,用以选出新的领导者节点,增强了网络的健壮性。此外,本文的研究也可为其它分层Ad Hoc网络中领导者选举算法的研究提供参考和借鉴。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究背景和意义
• 1.2.1 课题背景介绍
• 1.2.2 课题研究的意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 主要研究工作和研究方法
• 1.5 论文结构
• 第二章 领导者选举算法相关理论研究
• 2.1 领导者选举算法
• 2.1.1 分布式算法
• 2.1.2 领导者选举算法
• 2.2 同步网络
• 2.2.1 同步网络模型
• 2.2.2 同步网络中的领导者算法简介
• 2.3 异步网络
• 2.3.1 异步网络模型
• 2.3.2 异步网络中的领导者选举算法
• 2.4 领导者选举算法在无线Ad Hoc 网络中的应用
• 2.4.1 SEFA 算法介绍
• 2.4.2 移动Ad Hoc 网络中的异步领导者选举算法
• 2.4.3 其它Ad Hoc 网络的选举算法
• 2.5 分层领导者选举算法应用场景及相关说明
• 第三章 系统总体设计
• 3.1 系统初始化
• 3.1.1 系统初始化的目的
• 3.1.2 分层Ad Hoc 网络建立过程
• 3.1.3 初始化后分层网络结构
• 3.2 高层Ad Hoc 网络领导者选举算法
• 3.2.1 高层Ad Hoc 网络结构特点
• 3.2.2 高层领导者选举算法的系统要求
• 3.2.3 高层领导者选举算法的消息种类
• 3.2.4 高层领导者选举算法详解
• 3.3 底层Ad Hoc 网络领导者选举算法
• 3.3.1 底层Ad Hoc 网络结构特点
• 3.3.2 底层领导者选举算法的系统要求
• 3.3.3 底层领导者选举算法的消息种类
• 3.3.4 选举冲突避免算法
• 3.3.5 底层领导者选举算法详解
• 第四章 系统实验过程与分析
• 4.1 实验环境的搭建
• 4.1.1 硬件实验环境
• 4.1.2 实验系统运行环境
• 4.1.3 软件实验环境
• 4.2 系统关键技术的设计
• 4.2.1 节点的网络编程设计
• 4.2.2 进程间通信
• 4.2.3 多线程技术
• 4.2.4 消息缓冲队列
• 4.2.5 应用层路由
• 4.3 实验结果
• 4.3.1 同步网络实验结果
• 4.3.2 异步网络实验结果
• 4.3.3 同步异步实验对比分析
• 第五章 总结与展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢