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移动Adhoc网络(MANET,MobileAdhocNetworks)以其灵活和易构的特性,最初主要为抢险救灾、野外研究、战场指挥等恶劣环境下的作业人员提供网络支持。近来随着研究的深入,MANET的应用正由军事转为民用和商业,应用范围逐渐扩大,以在末端网络为终端用户提供更好的个性化服务。因此MANET将成为下一代网络的主要构架之一。同时,随着移动设备的广泛应用和视频点播、电视会议、远程学习、计算机协同工作等面向组应用的业务出现,在下一代网络中使用组播技术是一种必然的发展趋势。而组播技术可以充分利用MANET的无线广播的特性以缓解MANET带宽等资源不足的限制。路由协议一直是MANET组播研究的核心内容,对MANET组播路由协议的研究具有重要的现实意义和应用背景。
本文对MANET组播路由协议的研究,主要内容和贡献如下:针对MANET组播的特点,对MANET组播中的QoS(Quality-of-Service)问题进行分类整理,并指出QoS研究内容;对与QoS路由设计密切相关的跨层设计及自适应路由问题进行总结;在此基础上我们给出了MANET组播自适应协议设计的框架。
目前MANET组播路由协议的研究一方面进一步完善组播路由机制和理论,另一方面向实用性方向发展,即设计符合实际背景环境的组播路由协议。针对MANET组播的实际应用背景,我们在节点个体特性的基础上,联合链路层考虑节点消耗能量和网络层目标节点收包数量两项指标,提出节点贡献度的新参数。基于这个参数,结合ODMRP(On-DemandMulticastRoutingProtocol)的组播路由协议机制,设计了新的基于贡献度的自适应组播路由协议c-ODMRP(contributiondegreeODMRP)。在网络层,采用贡献度指标进行启发式的选路,使得数据流避开网络中贡献度大的节点,使得节点的收益和支出相对平衡。模拟实验结果表明,c-ODMRP协议的节点收益率、网络寿命与ODMRP协议相比有所提高,体现了节点的收益与支出相关联的特性,协议更符合实际应用背景。
在ODMRP协议中,由于采用周期性地广播Join-Query包来更新成员信息和路由信息,使得网络中流动着大量平凡的Join-Query控制包,造成网络开销增大,网络拥塞。我们采用能量驱动的概率转发的方法,根据每个节点的能量资源信息为每个节点设置相应的转发投递概率,抑制网络中的Join-Query控制包。模拟结果显示我们的能量驱动的MANET概率组播路由协议(p-ODMRP)在投递率满足需求的情况下,网络的控制开销减小20%左右,增加了网络寿命,协议的综合性能有明显提高。
路由作为网络协议的重要部分应是各层信息的综合反应,我们综合考虑PHY层的能量信息、MAC层的流量信息、LL层的队列信息、路由层的路由跳数信息综合给出路由选择标准,并在尽量保持不破坏网络分层结构的基础上给出跨层设计的实现方案。模拟实验显示我们的联合路由协议的综合性能与传统的跳数为路由标准的协议相比,性能有所提高。
本文主要从跨层设计的角度,对MANET组播协议进行相关研究。本文的贡献归纳起来为:一个框架,三个协议和一个标准。
一个框架,三个协议和一个标准分别是:一个框架:本文在总结MANET协议设计中QOS需求和跨层设计的原理基础上,提出了一种MANET自适应路由协议的顶层设计框架,它可以从宏观上指导MANET协议设计,使协议设计具有可扩展性。
三个协议:本文在对MANET组播中的mesh结构的协议研究基础上,结合应用背景提出了三个独立的组播协议。本文提出的协议是在ODMRP路由协议的基础上改进而来的。
第一个协议,主要针对MANET组播的实际应用背景,联合节点收益(income)和节点的支出(charge)提出了节点贡献度的概念,在节点收益的背景下考虑节点消耗能量的组播路由机制,探索创建与实际应用背景相统一的组播路由协议的方法和机制。
第二个协议,主要在对网络中转发投递机制研究的基础上,结合节点的状态信息自适应的调整网络中的随机概率转发的方法,以减少路由消息的开销和网络中控制包开销,延长网络寿命。
第三个协议,主要根据路由协议应是各层信息的综合反应,我们综合考虑PHY(Physical)层的能量信息、MAC(MediumAccessControl)层的流量信息、LL(LinkLayer)层的队列信息、网络(路由)层的路由跳数信息综合给出路由选择标准,并在尽量保持不破坏网络分层结构的基础上给出跨层设计的实现方案。模拟实验显示我们的联合路由协议的综合性能与传统的跳数为路由标准的协议相比,性能有所提高。
一个标准:节点的投资收益率。为了刻画节点收支效益,体现节点的个体特性,我们需要一个新的衡量标准。我们借鉴经济学的概念采用节点的收益率作为节点性能的评价依据。所谓节点投资收益率指节点的收益(目的节点收到的数据包)和节点的消耗支出(这里用节点的能量消耗)的比值。