一种能量感知的多径多速率Ad Hoc网络路由算法.doc

苏 州大学学位 论文 独创 性 声 明 信息情 报 中 心 、中 国科学技术 信息研究所 蚍绞 莸缱映 霭嫔 、中 国学术 期刊 馀贪 电 子 杂志 社 送 交 本 学位 论文 的复 印件和 电 子文 档， 允 许 论文 被查阅 和 借阅 ， 可 以 采 用影印、缩 印或 其 他 复 制 手 段保存 和 汇编 学位 论文 ， 可 以 将 学位 论文 的全部 或部 分内 容 编 入有关数据库进行 检索 。，涉密论文 口本 学位 论文 属导 师 签 名 ： 一种 能量感知的多 径 多 速率 种 军事和 民 用 领 域 。 然 而 ， 由于 多 径 路 由协议 进行 了 深 入研究， 分析了 几 种 典 型 的多 径 路 由协议 ， 并总 结 了 ， 甌 籱 ； 第 二章 绺 攀 觥 缍 嗑 堵 酚 尚 椤 湫 偷 亩 嗑 堵 酚 尚 椤 本 章小 结 ： 一种 能量感知的多 径 多 速率 第 一章绪 论随 着网 络 和 通 信技术 的不 断进步， 无线 移 动 通 信取 得 了 长足的发 展 和 广 泛 的应用， 例 如 蜂窝 移 动 通 信、无线 局域 网 等， 给人们 的日 常 生活 和 工作提 供 了 极 大的便 利 。但 是 传 统的无线 移 动 通 信一般 都 是 有中 心 控 制 的， 它 需 要有线 固定设施 缁 的支持 作为 基础 才 能运 行 ， 这 在一定程度上 限制 了 它 的应 用 领 域 。 例 如 ， 在战 场 上 部 队需 要快速的配 合 与 推 进， 火 灾 或 地 震 等大的灾 难发 生后的现场 勘 查和 营救 ， 森 林 环 境的检测以 及临 时 性 的组 织活 动 等， 在这 些 场 合 下 ， 固定的网 络 基础 设施很容 易 遭到破坏 而 失 去 原 有的作用 ， 从而 依 靠 它 才 能运 行 的传 统通 信也 无法 进行 下 去 。 这 些 特殊 通 辏珼 启 动 了 可 生存 无线 难芯 俊 网 络 ： 第 一章绪 论一种 能量感知的多 径 多 速率 对 可 满足军事需 求 的、具 有极 高 抗毁 性 和 鲁 棒 性 并且能够迅 速布 局展 开 的移 动 信息系 裰 柿 縌 据信息的传 输 。 随 着社 会 需 求 的扩 大和 多 媒 体 应 用 的逐 渐普 及， 需 要在中 传 输 的数 据还 包 括 了 语音、图 像 等多 媒 体 信息。 而 多 媒 体 信息对 带宽 、时 延 、时 延抖 动 等方 面 的要求 都 很高 ， 所以 一定的服务 质量保证 是 不 可 或 缺的。 在 缏 酚 尚 锳 引 、 等都 是 单径 路 由协议 ，源 节 点到目 的节 点对 之间 只有一条 数 据传 输 路 径 ， 它 们 在理想 。 多 径 路 由协议 则 是 、 需求 。 在 第 一章绪 论一种 能量感知的多 径 多 速率 和 一种 能量感知的多 径 多 速率 第 一章绪 论第 一章主要介 绍 课 题的研究背景和 研究内 容 ， 并简要分析国内 外 的研究现状 ， 最 都 比 较小 ， 这 要求 路 由算法 既要有效 又 不 能太 复 杂。 但 是 优 点依 据各节 点维 护有到其它 节 点的路 径 ， 发送 分组 时 ， 只需 查询路 由表 ， 反 应 时延 小周 期性 地 广 播路 由信息分组 ， 开 销 较大； 动 态 变化 的拓扑 可 能使 路 由表 更新 消息不 够及时节 点在通 信过 程中维 护所需 要的路由， 不 需 要周 期性广 播路 由信息， 节省了 一定带宽 和 能量资源 称 被 动 路 由、结 合 了 主动 路 由和被 动 路 由的优 势 ，减 少 了 交 换路 由信 一种 能量感知的多 径 多 速率 息和 维 护路 由表 所需 的开 销节点都 是 平 等的，网 络 中 业务 流 分散 ， 鲁 棒 性 好 ， 无需 进行 节 点移 动 性管 理网 络 由多 个簇 组成 ， 可 扩 展 性 好簇 头节 点的产 生和维 护需 要开 销 ， 其可 靠 性 与 稳 定性 对全 网 性 能影响较大， 容 易 产 生瓶颈一次 路 由发 现只获得 一条 路 径 ， 不 能利 用 冗余的路 由信息， 路 径 断裂 后必须重 新 进行 路 由发现能够减 少 路 由发 现过 程， 降低网 络 开销 ， 提 高 路 由可 靠性 和 容 错 能力从上 表 可 以 看 出 ， 表 驱 动 路 由协议 中 ， 节 点每 隔 一段 固定时 间 就 发 送 路 径 状 态 信息， 当节 点移 动 、失 效或 者有新 的节 点加 入网 络 时 ， 就 能及时 更 新 路 由信息， 尽力 保存 搜集 到的目 的节 点的路 由信息， 当节 点需 要发 送 数 据时 ， 很快就 能找到到目 的节 点的有效 路 径 ， 这 种 方 法 虽 然 减 少 了 延 时 ， 但 是 却 浪 费 了 很多 网 络 资源 。 按需 路 由协议包 括 路 由发 现和 路 由维 护两 个过 程， 它 不 需 要定期更 新 路 由信息， 当节 点需 要发 送 数据给其 它 节 点时 ， 才 启 动 路 由发 现过 程寻找到达 目 的节 点的路 由， 这 种 方 法 消耗 的网络 资源 相 对 较少 ， 但 是 增加 了 一定的延 时 。 一种 能量感知的多 径 多 速率 不 相 交 的多 条 路 径 比 较困 难。 绰 凡 幌嘟 多 径 路 由 一种 能量感知的多 径 多 速率 图 链路 不 相 交 多 径 路 由 嘟 多 径 路 由 交 的路 径 。 在网 络 拓 扑 高 速动 态 变化 的场 合 ， 特别 是 链路 断开 频 率 较高 的场 合 有较好 一种 能量感知的多 径 多 速率 行 多 径 传 输 、扩 展 瞎艿取 疚乃 龅墓 饕 彩钦 攵訟 的不 足进行 绯 玫 腝 度量参 数 主要有带宽 、延 时 、包 投递 率 绯 现校 枰 Q 穸喔鯭 参 数 作为 约束 ， 如 视 频 信 缰 猩 杓 芉 路 由时 ， 主要从以 鯭 参 数 ， 同 时 选择 时 延 、带宽 、包 投递 率 等多 个参 数 作为 约束 是 不 太 可 取 的。本 文 研究在多 径 路 由 幕 咸 峁 保证 ， 选择 包 投递 率 和 延 时 两 一种 能量感知的多 径 多 速率 阐 述 了 多 径 路 由协议 的分类 和 使 用 模 式 ， 分析了 两 种 典 型 的多 径 路 由协议 ， 并总 结 了 缏 酚 芍 屑尤隥 保障 面 临 的相 关问 题和 当前 的研究现状 。 一种 能量感知的多 径 多 速率 第 三 章能量感知的多 径 多 速率 路 由算法第 三 章能量感知的多 径 多 速率 路 由算法新 问 题， 尤其 是 多 媒 体 业务 在路 由算法 ， 节 点结 合 地 理位 置 、延 迟 时 间 、丢 包 率 和 剩余能量信息选择 符 合 路 由列表下 一跳 詈 笠 惶， 跳 数 ，隆 。最后一跳 瓆 协议 路 由表 结 构 分组 类 型， ， 目 的节 点 地 址， 目 的节 点序 列号 源 节 点 地 址艨 节点序 列号， ， 时 间 戳， 用于 计算路 由发 现过 程影的延 时 的第 跳 地 址 一种 能量感知的多 径 多 速率 第 三 章能量感知的多 径 多 速率 路 由算法 ， ， 保留字 一种 能量感知的多 径 多 速率 是 再利 用 备 用 路 径 传 输 数 据， 只有当备 用 路 径 都 失 效后， 才 重 新 寻找路 由。环 多 路 径 ， 减 小 了 路 由发 现频 率 ， 缩 短了 端到端延 时 ， 提高 了 传 输的可 靠 性 。但 是 一种 能量感知的多 径 多 速率 第 三 章能量感知的多 径 多 速率 路 由算法现过 程除 了 获 得 链路 不 相 交 的路 径 外 ， 每 个节 点计算数 据包 的传 输 延 时 、丢 包 率 和 剩余能量， 作为 多 路 径 的选择 依 据。 在传 输 数 据包 时 采 用 并行 多 路 径 的方 式 。 网 络 中 传输 的业务 可 以 分为 三 类 ， 一类 是 尽力 而 为 的业务 ， 对 传 输 延 时 和 可 靠 性 没 有太 高 的要求 ， 第 二类 是 实 时 业务 ， 第 三 类 是 要求 较高 可 靠 性 的业务 。 当数 据包 从应 用 层 传 到路由层 时 ， 协议 根 据数 据包 包 头中 的数 据类 型 字 段 决 定选择 哪些 路 径 进行 发 送 ，选择 的依 据是 让要求 高 可 靠 性 的业务 通 过 高 可 靠 性 的路 径 传 输 ， 实 时 业务 通 过 低延 时的路 径 传 输 ， 尽力 而 为 的业务 通 过 其 它 路 径 传 输 。 并且考 虑 到 是 典 型 的总 能量消耗 最 小 化 的路 由协议 ， 它 使 用 的节 点能量消耗 模 型 为 节点的无线 信号 衰 减 方 程【 】 ： 路 径 为 最优 路 径 。即： 发 送 和 接 收 一个数 据包 的能量消耗 为 ：刁 ，小 的节 点的剩余能量作为 该 条 路 径 的能量评 判标 准 ， 选择 剩余能量最 大节 的路 径 为 最 第 三 章能量感知的多 径 多 速率 路 由算法 第 三 章能量感知的多 径 多 速率 路 由算法一种 能量感知的多 径 多 速率 源 节 点在建 立路 由前 首 先根 据数 据包 的内 容 确 定包 的有效 期限 和 可 靠 性对 于 中 间 节 点 涞 酱 锪 诰 咏诘 鉐 的速率 为 ：其 中 ， 是 节点 浇 诘 鉐 传 输延 时 的估 计值 ， 这 里 的通 信延 时 的具 体 算法 如 酱 锬勘 杲 诘 鉪 的可 达 概 率 ： 一种 能量感知的多 径 多 速率 第 三 章能量感知的多 径 多 速率 路 由算法行 了 扩 展 ， 这 些 数 据结 构 包 括 节 点维 护的路 由表 、控 制 分组 路 由请求 和 路 由下 一跳 一种 能量感知的多 径 多 速率 一种 能量感知的多 径 多 速率 第 三 章能量感知的多 径 多 速率 路 由算法同 时 ， 由于 母怕 手 和 剩余能量鼬 ， ， 引 入节点稳 定性 因子为 ： 筛叩 降团 判颍 畔 妊 高 的节 点作为 转 发 节 点。 一种 能量感知的多 径 多 速率 图 路 由发 现的流 程图 一种 能量感知的多 径 多 速率 第 三 章能量感知的多 径 多 速率 路 由算法路 径 条 数图 路 径 条 数 与 传 输 可 靠 性 的关系 一种 能量感知的多 径 多 速率 图 路 由维 护过 程包 率 估 计岛 ， ， 的， 也 就 是 利 用 本 地 的信息估 计剩余网 络 的状 态 ， 所以 当数 据转 发 几 第 三 章能量感知的多 径 多 速率 路 由算法率 ， 然 后按照 链路 中 断时 的处 理方 法 寻找新 的可 替代路 径 。 一种 能量感知的多 径 多 速率 构 的扩 展 、路 由选择 策 略和 路 由维 护等， 给出 了 具 体 实 现过 程的流 程图 。 第 四章仿真分析 是 一款 面 向对 象 的离 散 事件驱 动 的网 络 模 拟 第 四章仿真分析一种 能量感知的多 径 多 速率 为 了 对 提出 的路 由协议 的性 能进行 评 估， 本 文 选取 的性 能评 估参 数 有：包 投递 率 、路 由开 销 、平 均 端到端延 迟 、网 络 的生存 时 间 。数 的比 值。数 据包 投递 率 越大， 表 明路 由协议 性 能越好 ， 在传 输过 程中 丢 弃的数 据 第 四章仿真分析耗 也 有一定的影响， 路 由开 销 越大， 网 络 拥 塞的可 能性 越大， 节 点的能量消耗 越多 。 随机随机 痵本 文 分别 在不 同 网 络 密度和 负 载的场 景中 ， 对 节 点的移 动 速度改 变时 数 据包 投递率 的变化 情 况进行 了 仿真， 结 果 如 图 、 所示 。其 中 图 为 低密度、低网 络 负 第 四章仿真分析一种 能量感知的多 径 多 速率 槲瑙辎固踏图 低密 度低负 载网 络 数 据包 投递 率 一种 能量感知的多 径 多 速率 图 高 密度高 负 载网 络 数 据包 投递 率 第 章仿真分析一种 能量感知的多 径 多 速率 一种 能量感知的多 径 多 速率 第 四章仿真分析 咄 绺 涸赜 氲屯 绺 涸叵啾 龋 孀攀 萘髁康 脑 龃 螅 珹 协议 与 协议 的平 均 端到端延 时 都 有所下 降， 但 协议 的平 均 端到端延 时 仍 然 小结 构 也 会 频 繁 变化 ， 从而 增大了 路 径 失 效的可 能性 ， 增加 了 路 由发 现频 率 ， 移 动 节 点的平 均 端到端延 时 会 明显变大。 随 着数 据流 量的增加 ， 数 据包 在节 点分组 缓存 队 列中的排队 等待 延 迟 也 会 增加 ， 网 络 中 的阻 塞状 况严重 ， 这 也 会 增加 数 据包 的传 输延 时 。而 协议 选择 路 由时 会 考 虑 节 点的传 输 延 时 ， 优 先选择 传 输 延 时 较小 的邻 居 节点作为 转 发节点， 从而 会 缩 短其 平 均 端到端延 时 。 一种 能量感知的多 径 多 速率 动 速度变化 的关系， 仿真结 果 如 图 所示 。图 路 由开 销 与 节 点移 动 性 的关系更 加 频 繁 ， 而 增加 了 某 些 字 段 和 一些 判断条 件， 且周 期性 地 和 邻 居 节 点交 换信息， 所以 路 由开 销 的降低不 是 很明显。 一种 能量感知的多 径 多 速率 第 四章仿真分析一种 能量感知的多 径 多 速率 仿真结 果 分析：随 着最 大移 动 速度的增加 ， 网 络 生存 时 间 会 不 断缩 短， 主要原 因是 因 为 节 点移 动 速度的加 快会 增加 路 径 的不 稳 定性 ， 导 致的结 果 是 节 点将 消耗 更 多 的能量在路 由请求 、维 护和 应 答 上 。 协议 综合 节 点剩余能量和 转 发 速率 进行 路由发 现， 利 用 节 点稳 定性 因 子 值 选择 路 由，