基于MANET QoS的多路径路由协议研究

摘要

移动Ad Hoc网络是一组带有无线收发装置的移动终端组成的无中心自组织的临时性自治系统;它是利用多跳中继而不依赖于任何固定设施的无线多跳网络，组网快速灵活、分布式运行，抗毁性强，广泛应用于军事通信、应急救援等领域，从而对网络带宽、时延等QoS保障以及网络的可靠性提出较高要求。移动Ad Hoc网络因拓扑动态变化，链路易于断裂，频繁的路由发现将造成协议开销增大，延时增加;而节点能量、带宽、发送功率等资源有限，如何有效的利用有限资源，寻找一条相对稳定的路径，对数据的可靠传输是非常重要的。目前，国内外研究大多集中在基于某个度量值选择最优路径，较少考虑节点能量、拥塞程度等因素对路径稳定性和QoS的影响。
　　 本文针对路径稳定性、QoS保障及路由可靠性，进行深入的分析和研究。主要研究内容及创新点如下：首先，提出基于路径稳定性的QoS路由算法QRAS，该算法在满足基本QoS要求的同时，能够结合节点之间的距离、拥塞程度和能量，自适应调节各个度量值所占的比重，避开拥塞和能量瓶颈节点，从而选择一条相对稳定的路径，延长所选路径传输数据的时间。其次，改进AODV路由协议，将QRAS算法应用到AODV路由协议中，从而得到一种新型的具有基本QoS保障的单路径路由协议QRAS_AODV;该协议根据路径的稳定性进行选路，增加所选路径的生命期，从而减少路径失效的概率，避免频繁的路由发现。最后，提出一种基于节点不相交的多路径路由协议MQRAS_AODV，该协议能够通过一次路由发现，获得源节点与目的节点之间的所有节点不相交路径，实现减少路由发现频率，最小化路由开销，提高网络的可靠性。本文使用NS2仿真工具，分别设置节点暂停时间变化和发包速率变化两个仿真场景，对MQRAS_AODV、AODV和AOMDV的网络性能进行评价。仿真结果表明，在网络状态频繁变化的环境中，MQRAS_AODV能够提高数据包投递率，减少路由发现频率、路由开销以及平均端到端时延;在网络负载较大的情况下，MQRAS_ AODV能够减少拥塞，并具有较高的节点最小能量，提高整个网络的生存期;因此，MQRAS_AODV路由协议是有效的。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 移动Ad Hoc网络概述

1．2．1 移动Ad Hoc网络概念

1．2．2 移动Ad Hoc网络特征

1．2．3 移动Ad Hoc网络面临的挑战

1．2．4 移动Ad Hoc网络的应用

1．3 主要研究内容

1．4 论文组织结构

第二章 关键技术及现状分析

2．1 移动Ad Hoc网络体系结构

2．2 移动Ad Hoc网络的拓扑结构

2．3 移动Ad Hoc网络的路由协议研究

2．3．1 移动Ad Hoc网络中路由协议分类

2．3．2 单路径路由协议

2．3．3 多路径路由协议

2．4 移动Ad Hoc网络中QoS路由研究现状

2．4．1 QoS路由研究现状

2．4．2 路由可靠性研究现状

2．5 本章小节

第三章 基于路径稳定性的QoS路由算法研究

3．1 移动Ad Hoc网络中典型QoS度量

3．2 基于路径稳定性的QoS路由算法研究

3．2．1 影响路径稳定性的因素

3．2．2 路径的通信能力水平

3．2．3 路径的能量水平

3．2．4 基于路径稳定性的QoS路由算法QRAS

3．3 本章小结

第四章 移动Ad Hoc网络QoS多路径路由协议研究

4．1 QRAS_AODV路由协议研究

4．1．1 QRAS_AODV控制包格式

4．1．2 QRAS_AODV协议QoS准入控制

4．1．3 QRAS_AODV协议路由发现过程

4．2 基于节点不相交的QoS多路径路由协议研究

4．2．1 MQRAS_AODV控制包格式

4．2．2 MQRAS_AODV路由发现过程

4．2．3 MQRAS_AODV路由维护机制

4．3 本章小节

第五章 仿真及结果分析

5．1 MQRAS_AODV在NS2中的实现

5．1．1 控制消息结构修改

5．1．2 消息处理函数修改

5．2 仿真场景

5．3 性能评价指标

5．4 仿真验证与结果分析

5．4．1 节点暂停时间对路由协议的影响

5．4．2 发包速度对路由协议的影响

5．5 本章小节

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 下一步工作

致谢

参考文献

附录A 攻读硕士研究生学位期间从事的科研工作