Ad Hoc网络组播协议仿真与研究

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Ad Hoc网络自出现以来就备受关注,已成学术界和工业界在通信领域的重要研究对象。Ad Hoc网络既没固定结构也没中心节点,是一种动态自适应网络。由于无线传输范围有限,使Ad Hoc网络常以“多跳”方式路由,因此也被称为“多跳”网络。Ad Hoc网络具有组网快速便捷、设备便携灵活等特点,不管在军用还是民用领域都有着广阔的应用前景。在Ad Hoc网络中,某些应用需要主机间通过相互协作共同完成一项任务,而组播技术恰好可以提供支持。但静态网络中的组播协议不能很好的适应AdHoc网络,原因在于网络连通性的变化会破坏分组转发结构,而协议不具有快速修复功能。此外,协议创建转发结构时还需要全网的链路状态或距离矢量信息。当在网络规模较大尤其带宽有限时,这些信息的收集极易导致网络拥塞。因此,Ad Hoc网络中的组播协议研究具有重要意义。近年,学者研究发现将“跳数”作为路由标准,并不能很好的反应Ad Hoc网络特征。因为“跳数”忽略了无线链路的质量,如链路的信噪比,稳定性等。本文则提出了基于链路稳定性的组播路由协议。稳定的路径具有较高的分组投递率,从而降低了分组重复发送次数,并且链路维持时间长,减少了断路发生,降低了协议的维护开销。本文根据无线信号的传播特点,提出了基于信号接收功率预估链路稳定性的方法。通过对节点分组信号接收功率的实时监测,用概率统计的方法估测节点间距离变化,从而得到链路的稳定性评价。此方法虽然比采用GPS定位预测节点移动性的精确度低,但要优于仅仅通过邻居变化来预测的方法。由于组播树结构更易受不稳定链路的影响,因此基于此方法本文提出了组播路由协议。设计了组成员加入和离开机制,以及组播树的创建和维护方法。协议的机制简单,能够优先选择稳定路径,减少路由环路的发生,并且与稳定性评价机制相结合,对即将断开的链路具有一定的预测性。最后,通过仿真实验检验协议,并从多个侧面来分析协议的性能。机会路由也是新近提出的路由方法,它与传统路由最大的区别是分组转发时的不确定性。在传统路由中分组是沿已建的路径进行转发,具有确定性的下一跳。而机会路由则利用了无线环境下通信所具有的广播特性,分组的下一跳不指定某一邻居,只要有可到达的邻居接收即可。这种方法减少了分组的重发次数,也提高了网络的投递率。国际上机会路由在组播条件下的研究较少,本文则探讨了组播条件下的机会路由方法,并设计了机会组播路由协议。本文提出的机会组播路由协议也是基于树结构,但分组的转发并不是沿组播树进行,而是将其作为一辅助结构。通过组播树来约束分组在网络中的转发,以保证每个成员节点都能接收到分组,并且避免分组被无休止的路由。本文也设计了组播条件下分组的机会转发机制。该机制通过协调邻居节点间的操作,避免分组碰撞,保证分组能路由到目的节点,并且还保持组播自身的优点。仿真实验的结果表明,机会组播路由比传统路由在分组投递率方面具有显著优势,并且协议有较高的效率。本文选择的仿真工具为OPNET,对其架构、仿真机制和无线管道做了详细的介绍。其中无线管道是对无线信道的仿真,也是进行无线仿真的基础。文章的最后,总结说明了本文的主要内容和下一步工作,以及对Ad Hoc网络组播相关研究内容的展望。
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