Ad Hoc网络关键技术研究

论文摘要

Ad Hoc网络是一种全分布式的无线分组网络,组成网络的节点既是通信终端,又具有路由器的功能,并可自由移动。数据以多跳的方式传送,无需固定基础设施的支持。Ad Hoc网络具有自组织、自管理和多跳的特点,可方便、灵活组网,在野战通信、公共服务、紧急搜救、智能交通、小型办公室、会议会场等领域具有广阔的应用前景,是目前国内外的一个研究热点。由于Ad Hoc网络动态变化的拓扑结构、没有中心节点控制、带宽受限、能量有限等原因,使得Ad Hoc网络仍然存在许多问题。设计具有节能策略、安全保障、组播功能和支持服务质量保证等扩展特性的路由协议,媒体接入控制（Medium Access Control,MAC）协议以及网络管理等关键技术既是研究的重点,也是研究的难点。本文在国家自然科学基金项目（No.60672132,“基于MPLS的Ad Hoc无线移动网络关键技术的研究”）的支持下,重点对Ad Hoc网络中的网络层、媒体接入控制层的关键技术做了比较深入系统的研究,并取得了一些创新性的研究成果,主要创新内容包括:1.根据Ad Hoc网络的特点,简化多协议标签交换技术（Multi-Protocol Label Switching,MPLS）架构,提出了基于MPLS的Ad Hoc网络架构,为在Ad Hoc网络中引入MPLS技术提供了基础。2.将MPLS技术中基于标签交换的快速转发的特点应用于AdHoc网络中,提出了基于标签交换的Ad Hoc网络多径路由算法（Label Switching Multipath Routing,LSMR）。LSMR结合标签交换和多径路由的优势,能够按需地在源节点和目的节点间建立起多条双向的没有交叉节点的标签交换路径,使得数据包能够在多条路径上进行链路层的标签交换,加快了转发速度,提高了网络的吞吐量。标签交换路径的建立也为在Ad Hoc网络中实现端到端的服务质量保证提供了面向连接的路径,有利于提高服务质量。3.针对节点独立多径路由算法仿真中出现的路径数目缩减问题,分析了路径数目缩减的原因,从理论上推导了路由数目缩减概率随网络中平均邻居节点个数、平均路径长度和路由请求转发次数的变化规律。根据分析结果提出了基于AODV的二次转发多径路由算法（AODV Twice Forwarding,AODV-TF）,通过修改中间节点的路由请求转发机制增加了建立多路径的数目。4.LSMR算法为Ad Hoc网络提供了基于标签交换的快速转发服务,以此为基础,改进了802.11 DCF（Distributed CoordinationFunction,分布式协调功能）协议,提出了面向实时业务的AdHoc网络媒体接入控制机制—RL-DCF（Realtime-orientedLabel-switching DCF）,以提高实时业务的性能。RL-DCF通过在媒体接入控制层采用标签交换、连续转发和重传控制策略大幅度降低了实时业务的传输时延,提高了网络吞吐量。5.针对RL-DCF中存在的业务间的不公平性,并为避免网络拥塞,提出了支持区分服务的Ad Hoc网络媒体接入控制机制—DL-DCF（Differentiated Label-switching DCF）。DL-DCF对不同的业务采用不同的连续转发概率,实现了实时业务和尽力而为业务的区分服务,并同时提高了两种业务的传输性能,降低了算法的控制开销。6.将蚁群算法应用到Ad Hoc网络的路由协议中,提出了基于蚁群优化的Ad Hoc网络动态路由算法—ADRA（Ant-colonyDynamic Routing in Ad Hoc networks）。将路径度量映射为蚁群信息素,并以信息素指导路径的选择,合理分配网络流量。通过蚁群优化,动态更新路径的信息素,提高了网络的性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 AD HOC网络概述
• 1.1.1 Ad Hoc网络的定义
• 1.1.2 Ad Hoc网络的特点
• 1.1.3 Ad Hoc网络的应用场合
• 1.1.4 Ad Hoc网络的关键技术
• 1.2 AD HOC网络路由协议研究进展
• 1.2.1 路由协议的设计要求和性能评价
• 1.2.2 路由协议的分类
• 1.2.3 典型表驱动路由协议介绍
• 1.2.4 典型按需路由协议介绍
• 1.3 AD HOC网络媒体接入控制协议研究进展
• 1.3.1 媒体接入控制协议的关键技术问题
• 1.3.2 媒体接入控制协议的分类
• 1.4 论文的主要研究内容和结构安排
• 1.4.1 论文的主要研究内容
• 1.4.2 论文的结构安排
• 1.5 本章参考文献
• 第二章 基于MPLS的AD HOC网络研究
• 2.1 引言
• 2.2 AODV路由协议规程
• 2.2.1 路由控制包格式
• 2.2.2 路由发现
• 2.2.3 路由维护
• 2.3 MPLS技术的基本原理
• 2.3.1 MPLS技术的相关概念
• 2.3.2 MPLS工作原理
• 2.3.3 MPLS技术的优势
• 2.4 基于MPLS的AD HOC网络模型
• 2.4.1 基于MPLS的Ad Hoc网络架构
• 2.4.2 节点功能结构
• 2.4.3 简化的标签封装格式
• 2.5 基于标签交换的AD HOC网络多径路由算法
• 2.5.1 设计思想
• 2.5.2 相关数据结构
• 2.5.3 标签交换路径建立步骤
• 2.5.4 标签交换路径的维护
• 2.6 算法复杂性分析
• 2.7 仿真分析
• 2.7.1 仿真场景与参数
• 2.7.2 仿真一:性能随网络负载的变化。
• 2.7.3 仿真二:性能随节点移动速度的变化
• 2.8 本章小结
• 2.9 本章参考文献
• 第三章 多径路由算法路径缩减问题研究
• 3.1 引言
• 3.2 多径路由算法路径缩减问题的理论分析
• 3.2.1 路径缩减问题的提出
• 3.2.2 早期丢弃机制对路径数目的影响
• 3.2.3 路由请求转发机制对路径数目的影响
• 3.3 AODV-TF算法
• 3.3.1 计算节点独立的多路径
• 3.3.2 提高建立多路径的数目
• 3.3.3 避免环路
• 3.3.4 避免路由隐含改变
• 3.4 仿真分析
• 3.4.1 仿真场景与参数
• 3.4.2 仿真结果与分析
• 3.5 本章小结
• 3.6 本章参考文献
• 第四章 基于标签交换的AD HOC网络MAC机制研究
• 4.1 引言
• 4.2 相关研究
• 4.2.1 IEEE 802.11 DCF协议
• 4.2.2 MARCH机制
• 4.2.3 ROADMAP机制
• 4.2.4 联合路由层信息设计的混合MAC机制
• 4.3 改进一:面向实时业务的标签交换媒体接入控制机制
• 4.3.1 RL-DCF的设计思想
• 4.3.2 RL-DCF的时序
• 4.3.3 RL-DCF的握手开销
• 4.3.4 仿真分析
• 4.3.5 小结
• 4.4 改进二:支持区分服务的标签交换媒体接入控制机制
• 4.4.1 DL-DCF的设计思想
• 4.4.2 业务的区分
• 4.4.3 连续转发概率的确定
• 4.4.4 仿真分析
• 4.4.5 小结
• 4.5 本章参考文献
• 第五章 基于蚁群优化的AD HOC网络动态路由算法研究
• 5.1 引言
• 5.2 蚁群算法概述
• 5.2.1 蚁群算法的原理
• 5.2.2 基本蚁群算法的数学模型
• 5.2.3 蚁群算法的优缺点
• 5.2.4 蚁群算法的应用
• 5.2.5 蚁群算法在Ad Hoc网络中的典型应用
• 5.3 基于蚁群优化的AD HOC网络动态路由算法
• 5.3.1 相关术语说明
• 5.3.2 算法设计思想
• 5.3.3 算法的规则
• 5.4 算法操作
• 5.4.1 路由发现过程
• 5.4.2 路径更新和维护过程
• 5.4.3 拥塞处理过程
• 5.5 仿真结果与分析
• 5.5.1 仿真1:算法性能随节点移动的变化
• 5.5.2 仿真2:算法性能随网络负载的变化
• 5.6 本章小结
• 5.7 本章参考文献
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 进一步的研究工作
• 缩略词表
• 致谢
• 攻读博士期间发表的学术论文