论文题目: 无线自组网中带服务质量约束的路由协议研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 计算机软件与理论
作者: 吴华怡
导师: 贾小华,何炎祥
关键词: 无线自组网,路由,单播,组播,分布式算法
文献来源: 武汉大学
发表年度: 2005
论文摘要: 随着便携计算与无线技术的高速发展,无线自组网已成为国内外的研究热点,日益得到重视并且获得越来越广泛的应用。无线自组网(wireless ad hoc networks)是由移动主机通过无线连接形成的自主系统。该系统不同于以往的蜂窝网,没有基站等中心转发装置,各移动主机本身就充当路由器。由于主机的移动性,常使网络拓扑结构发生改变,而主机能提供的能量与带宽十分有限也使得对无线自组网中路由协议与算法的研究显得尤其重要。此外,在语音、图像、视频等高级应用中,QoS(Quality of Service)质量约束是需重点考虑的。本论文在充分研究已有的无线自组网络各种路由协议的基础上,深入讨论网络层上的满足质量约束条件的无线路由协议与算法,针对单播、组播提出新的、更符合实际应用的并满足约束条件的路由协议及其相应算法,以期达到网络资源的最佳配置与有效使用,同时大大降低系统呼叫阻塞率(call blocking rate)并将花费的网络代价降至最小。主要研究工作和成果概括如下:1.基于CDMA/TDMA模型的MAC层协议,将已有针对单路径单播的带宽计算与分配方法加以改进,提出了多路径模式下分布式带宽分配算法。为后文提出的多路径路由模式奠定基础。2.提出了一种保证服务质量的多路径单播路由协议。该协议属于按需式路由协议,是针对无线自组网中带宽资源非常有限,造成QoS请求经常受阻的情况提出的。协议主要思想是利用多条并行的路径来满足QoS要求的同时共同完成单播路由。配合该协议还提出了三种选路策略,最短路径优先(SPF),最大带宽优先(LBF)和最大跳数-带宽优先(LHBF)。试验证明该模式相对于单路径的单播路由模式,能大大提高带服务质量约束的连接请求的成功率并能使有限的网络资源得到更好的利用。3.将提出的多路径单播路由协议推广到组播的情况,提出一种保证服务质量的多路径组播路由协议。该协议以一棵组播树为骨干,为树中不满足QoS带宽要求的部分寻找多条并行的路径作为补充,使得组播树与所选多条路径一起能够满足QoS带宽要求并保证延迟不超过QoS请求的限制。配合该协议提出了三种构建树与选择路径的策略,基于最短路径树的多路径策略(SPTM),基于最小代价树的多路径策略(LCTM)和多棵最小代价树策略(MLCT)。试验证明该模式相对于传统的单棵树的组播路由模式,能大大降低系统的阻塞率并能使有限的网络资源得到更好的利用。4.对无线自组网中的QoS组播路由进行更深入的研究,提出一种同时利用多棵子树实现保证服务质量的组播路由的协议,使网络代价达到次优。还提出了两种构造算法,多棵最短路径树算法(MSPT)和多棵最小生成树算法(MMST),并进行了分析讨论。此种多棵树的路由模式使得组播形式更为灵活,不拘泥于一棵树的结构好坏,能更有效的提高QoS组播路由请求的成功率。试验也证实了该模式的有效性。5.将提出的保证服务质量的多路径单播和组播模式应用到无线传感器网络中,保证带宽要求的同时提高了无线传感器网络中进行实时数据传输的效率和成功率,并用模拟试验验证了其有效性。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究领域概述
1.2 国内外研究现状
1.3 论文的主要工作和研究方法
1.4 论文的组织安排
第2章 无线自组网概述
2.1 无线自组网定义
2.2 无线自组网的历史和发展现状
2.3 无线自组网中存在的主要问题与关键技术
2.4 无线自组网中路由协议的研究意义和分类
2.4.1 路由协议分类
2.4.2 路由协议的优化及发展
2.5 无线自组网的应用领域
2.5.1 应用概况
2.5.2 无线传感器网络
2.6 本章小结
第3章 无线自组网的资源分配技术
3.1 概述
3.2 相关工作以及存在的问题
3.3 CDMA/TDMA 信道模型介绍
3.4 QoS 多路径模式下的带宽分配
3.5 本章小结
第4章 无线自组网中QoS 多路径单播路由协议
4.1 概述
4.2 相关工作以及存在的问题
4.3 基本思想
4.4 QoS 多路径单播路由协议
4.5 多路选择策略
4.5.1 最短路径优先(SPF)
4.5.2 最大带宽优先(LBF)
4.5.3 最大跳数-带宽优先(LHBF)
4.6 模拟试验与分析比较
4.6.1 模拟试验的建立
4.6.2 模拟试验结果与分析
4.6.2.1 阻塞率对网络负载
4.6.2.2 并行路径条数对网络负载
4.6.2.3 网络代价对网路负载
4.7 本章小结
第5章 无线自组网中QoS 多路径组播路由协议
5.1 概述
5.2 相关工作以及存在的问题
5.3 问题描述
5.4 基本思想
5.5 QoS 多路径组播路由协议及策略
5.5.1 路由发现与回复阶段
5.5.2 路由维护阶段
5.5.2.1 路由建立过程
5.5.2.2 路由修剪过程
5.5.2.3 路由恢复过程
5.5.3 三种多路径（树）构造策略
5.5.3.1 基于SPT 的多路径策略(SPTM)
5.5.3.2 基于最小代价树的多路径策略(LCTM)
5.5.3.3 多棵最小代价树策略(MLCT)
5.5.4 性能分析
5.6 模拟试验与分析比较
5.6.1 模拟试验的建立
5.6.2 模拟试验结果与分析
5.6.2.1 网络代价与成功率对组播组的规模
5.6.2.2 成功率对网络负载
5.6.2.3 网络代价对网络负载
5.7 本章小结
第6章 无线自组网中利用多棵树的QoS 多路径组播路由协议
6.1 概述
6.2 相关工作以及存在的问题
6.3 问题描述
6.4 基本思想
6.5 利用多棵树的QoS 多路径组播路由协议及策略
6.5.1 路由发现阶段
6.5.2 路由回复阶段
6.5.3 利用多棵树的组播路由算法
6.5.3.1 多棵最短路径树（MSPT）路由算法
6.5.3.2 多棵最小生成树（MMST）路由算法
6.6 模拟试验与分析比较
6.6.1 模拟试验的建立
6.6.2 模拟试验结果与分析
6.6.2.1 网络代价与成功率对组播组规模
6.6.2.2 成功率对网络负载
6.6.2.3 网络代价对网络负载
6.7 本章小结
第7章 QoS 多路径模式在无线传感器网络中的应用
7.1 WSNs 概述
7.2 相关应用
7.3 多路径模式应用于WSNs
7.3.1 WSNs 中的路由协议
7.3.2 WSNs 中保证带宽的实时数据聚合
7.3.2.1 问题描述
7.3.2.2 多路径路由模式的应用
7.4 模拟试验与分析比较
7.4.1 模拟试验的建立
7.4.2 试验结果与分析
7.5 本章小结
第8章 结论与展望
8.1 结论
8.2 展望
8.2.1 研究方向展望
8.2.1.1 无线网状网（Wireless Mesh Network）
8.2.1.2 下一代互联网架构
8.2.2 应用前景展望
参考文献
附录A 名词术语与缩略语
附录B 在学期间科研情况
致谢
发布时间: 2007-11-21
参考文献
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