无线Mesh网络高性能路由协议研究

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近年来,随着无线技术的快速发展,无线Mesh网络(WMN, Wireless Mesh Network)已经引起国内外研究者越来越多的关注。WMN是一种新型的多跳无线网络,它继承了无线局域网(WLAN, Wireless Local Area Network)和移动自组网(MANET, Mobile Ad Hoc Network)的优点,能够扩展现有无线网络的覆盖范围。WMN中的节点具有可扩展性、自愈合性以及自配置的能力。这些特性使WMN具有很多的优势,诸如较低的前期成本、容易的网络维护、较好的鲁棒性以及可靠的网络覆盖。因此,WMN被广泛应用于各种场景中。路由技术是WMN的关键技术之一。目前,国内外对MANET网络的自组织算法和路由算法有非常多的研究,这些为MANET开发的路由协议也可以应用到WMN中。然而,MANET中的路由协议并不能充分利用WMN的特性来提高网络的性能。因此,非常有必要针对WMN的特点设计WMN专用的路由协议。本文在跟踪国内外相关研究进展的基础上,采用理论分析与实验评估相结合的技术路线,研究了无线Mesh网络中的高性能路由协议。主要工作概括如下:1.描述了WLAN Mesh网络基于2007年5月颁布的D1.06草案中默认的路由协议HWMP,详细分析了HWMP的工作流程,并对其进行了仿真实现和性能评估。结果表明,与一般的MANET路由协议相比,HWMP具有更小的时延和更高的网络吞吐量。2.结合传统的WMN体系结构以及MANET中常用的簇结构,提出了一种基于簇的层次结构的WMN,将混合WMN分为三级,每一级中又可以分成一个或多个簇,其中下一级中的簇头是上一级中的节点。同时,设计了一种基于簇的混合路由协议,有效提高了混合WMN的网络性能。最后对所提出方案进行了详细的仿真实验和性能分析。3. Dempster-Shafer证据理论是一种用来解决不同证据间的不确定性以及证据融合的理论,基于该理论,提出了一种用来计算WMN中节点信任值的机制;同时,给出了一种可信的路由协议,该协议根据节点的信任值选择可信节点、建立可信路由和进行数据传输。仿真结果表明,该可信路由协议能够有效的监测和隔离恶意节点,抵抗修改、黑洞、灰洞等攻击,能够提高网络的可靠性、鲁棒性以及安全性,尤其是网络中存在大量恶意节点的情况下,其优势越明显。4.针对WMN存在自私节点的问题,提出了一个基于主观逻辑的信誉计算机制,网络中的节点通过该机制可以显式地表示和管理它们对其他节点的意见。该机制将基于主观逻辑的不确定性包含到信誉的计算中,监测网络中存在的自私路由器并且通过采取一些必要的措施来强迫它们进行合作;它根据推荐者的数学期望为每个推荐意见分配相应的权重因子,提高了推荐意见的准确度;它对自私节点的自私性实施一个重确认的过程,降低误判率,提高网络的性能。而且,它引入链路质量来区分恶意丢包和由于链路质量造成的丢包,在差的链路质量存在的情况下能够提供准确的监测。结果表明所提机制能够更加准确和更加迅速的识别网络中的自私路由器,其隔离自私路由器的收敛时间也更少,能够有效的提高WMN的性能。
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