移动对等网络中基于蚁群的路由机制研究

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随着对等模式在有线网络上取得巨大成功和无线通信技术的飞速发展,出现了一种新型网络形式——移动对等网络,它表现为一组带有无线收发装置的移动节点通过多跳连接形成一个对等的自组织系统。移动对等网络在灾难救援、多用户协同工作等方面具有广阔的应用前景,引起了广泛的关注。路由机制是移动对等网络研究中的一个核心问题。如何针对移动对等网络的能量受限、可能存在自私节点、拓扑结构动态变化等特点,设计有效的路由机制提高网络性能,是移动对等网络设计中的一项重要任务。蚁群优化算法由于具有自组织性强等优点,已被应用于很多领域,包括移动对等网络的路由机制研究。目前有很多基于蚁群优化算法的路由机制被提出,但往往只关注于拓扑结构动态变化的特点,而忽略了可能存在自私节点、能量异构受限等特点,因此在应用于移动对等网络时还存在一些问题。本文首先通过对已有蚁群路由机制的分析,提出了一个蚁群路由机制的通用架构和基本路由流程,然后针对移动对等网络的应用需求多变、可能存在自私节点和节点能量异构受限的特点,分别提出了相应的解决机制,最后将三种解决机制综合起来构成一个合作节能型蚁群QoS(Quality of Service,服务质量)路由机制。主要研究成果如下:(1)提出了一个蚁群路由机制的通用架构,并在其上提出了蚁群路由的基本流程,不增加额外开销,以用于分析蚁群路由机制的核心原理。在此基础上,根据无免费午餐原则,将蚁群路由机制按其流程分成四个核心组件:路由发现、路由维持(包括路由失效处理),数据转发和信息素蒸发,详细地讨论了每个组件内的相关设置,并通过仿真实验验证分析。(2)针对移动对等网络应用需求快速变化的特点,提出了一种多度量蚁群QoS路由机制。该机制为每个QoS度量参数设置一种信息素,根据不同的应用需求,通过调整QoS参数的权重,以提供符合要求的路径。仿真实验验证了该机制的性能。(3)针对移动对等网络中可能存在自私节点的问题,提出了一种自私节点检测与惩罚型蚁群路由机制。通过允许节点自由表达其主观转发概率,路由时选择综合转发概率较高的节点,从而实现检测机制;通过对节点的自私行为进行惩罚,强迫它们提高合作度从而实现惩罚机制。仿真实验验证了该机制的性能。(4)针对移动对等网络中节点能量异构且有限的问题,提出了一种基于自感知的节能型蚁群路由机制。通过维持网络连通的HELLO包,节点能够了解相邻路径质量和未来生存趋势,以及相应节点的剩余能量等信息,从而选择最合适的路径,并均衡了网络能量,从而延长网络生存时间。仿真实验验证了该机制的性能。(5)针对移动对等网络的特点,将前面的三种路由机制相综合,提出了一种合作节能型蚁群QoS路由机制。该机制将前面提出的自私节点的检测和惩罚机制、自感知技术、QoS路由机制等结合在一起,通过惩罚机制和自感知技术,选择出合适的路径,为上层应用灵活地提供QoS保证,从而实现合作节能。仿真实验验证了该机制的性能。
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