无线自组织网络中容错动态源路由协议研究

论文摘要

无线自组织网络（Ad Hoc）是一种由移动终端组成的无线无固定设备的分布式网络。此网络的路由技术是保证无线网络质量的关键技术之一，但是由于其网络中节点位置不固定以及节点移动速度、方向不可预测的特点，导致路由失效的问题频繁产生。而路由失效的问题会使得无线网络显示出比较差的性能，因此如何设计一种针对当前动态变化的网络情况能及时做出调整与适应的容错路由协议将是这个方面的研究热点之一。动态源路由（DSR）协议是一种非常流行的无线自组织网络路由协议，由于它属于一种反应式路由协议，没有固定周期的更新网络拓扑情况，所以它在路由失效而导致网络出错的处理上还存在着一些问题。因此，如何解决动态源路路由协议容忍路由失效错误，保证在网络拓扑结构变化频繁的条件下，无线网络拥有较高的性能将是本文研究的重点。本文首先详细介绍了动态源路由协议的原理，包括路由发现、路由维护和协议包头内容部分。然后通过分析无线自组织网络在节点移动条件下，其网络性能变化的情况，来发现节点移动对路由失效问题所产生的影响。接着针对动态源路由协议存在的一些问题提出了两种优化策略，即信息反馈策略和路由预测策略。信息反馈策略是利用无线网络中数据包捎带的原理来提高节点掌握网络拓扑情况的能力，提高路由发现的能力。路由预测策略是一种主动的路由维护机制，它通过相邻节点的位置信息、移动信息来估计链路存活的时间，提前来通知源节点主动进行路由替换而减少路由维护的时间，最终使动态源路由协议对因为节点移动而导致的路由失效问题产生较大的错误容忍，保证无线网络在拓扑变化频繁条件下的性能。本文应用网络仿真软件NS-2对这两种策略进行了实现和性能分析。通过实验结果表明经过优化的动态源路由协议在节点的移动条件下，其吞吐量、平均端到端时延以及丢包率的性能上都有显著的改善，利用及时的路由替换方法能够对无线网络中路由失效问题产生较高的容忍。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 无线自组织网络概述
• 1.1.1 无线自组织网络的产生和发展
• 1.1.2 无线自组织网络的特点和应用
• 1.2 无线自组织网络路由协议设计面临的问题
• 1.2.1 无线自组织网络路由面临的威胁
• 1.2.2 无线自组织网络路由协议设计的目标
• 1.2.3 容错路由需要解决的问题
• 1.3 本文所做的主要工作
• 1.4 论文组织结构
• 第2章 无线自组织网络中动态源路由协议概述
• 2.1 动态源路由协议概述
• 2.1.1 动态源路由协议介绍
• 2.1.2 路由发现原理
• 2.1.3 路由维护原理
• 2.2 动态源路由协议数据分组格式
• 2.2.1 DSR头（固定部分）
• 2.2.2 路由请求选项（Route Request Option）
• 2.2.3 路由应答选项（Route Reply Option）
• 2.2.4 路由错误选项（Route Error Option）
• 2.2.5 确认请求选项（Acknowledgment Request Option）
• 2.2.6 确认选项（Acknowledgment Option）
• 2.2.7 源路由选项（Source Route Option）
• 2.3 动态源路由协议亟待解决的问题
• 2.4 容错路由协议相关研究
• 2.5 小结
• 第3章 节点移动对 DSR路由失效的影响分析
• 3.1 节点移动产生的问题
• 3.1.1 在 DSR路由协议中节点移动带来的问题
• 3.1.2 解决节点移动带来问题的一般方法
• 3.2 NS-2实验平台介绍
• 3.2.1 NS-2的元素
• 3.2.2 NS-2的面向对象方法
• 3.2.3 NS-2工作机制
• 3.3 动态源路由协议中节点移动的比较实验
• 3.3.1 节点运动模式
• 3.3.2 传输模式
• 3.3.3 仿真脚本运行
• 3.4 实验结果分析
• 3.4.1 吞吐量
• 3.4.2 转发包数量和丢包数量
• 3.4.3 平均端到端时延
• 3.5 小结
• 第4章 基于反馈的容错动态源路由协议
• 4.1 信息反馈与收集策略思想
• 4.2 路由信息的收集与保存
• 4.2.1 路由缓存的方法
• 4.2.2 路链结合方法
• 4.2.3 管理机制
• 4.2.4 实现流程
• 4.3 路由信息反馈策略
• 4.3.1 路由的反馈
• 4.3.2 邻居节点信息的反馈
• 4.3.3 冗余开销
• 4.3.4 实现流程
• 4.4 仿真试验
• 4.4.1 带反馈的动态源路由协议的模拟实验
• 4.4.2 试验环境
• 4.4.3 结果分析
• 4.5 小结
• 第5章 基于预测的容错动态源路由协议
• 5.1 预测策略的基本思想
• 5.2 路由状态的预测方法
• 5.2.1 路由状态信息的收集
• 5.2.2 节点信号强弱的计算
• 5.3 预测策略的实现
• 5.3.1 在路由发现过程中的实现
• 5.3.2 在路由维护过程中的实现
• 5.4 试验结果分析
• 5.4.1 实验方法
• 5.4.2 实验结果
• 5.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文