无线自组织网络中多路径负载均衡研究

摘要

无线自组织网络，不仅是由无线发射器和接收器所构成的，而且是一个多跳的实时的自治的网络。因为它并不需要依靠现有的固定通信基础设施、没有中心控制节点、随机分布在网络中，所以频繁移动的节点将导致网络的拓扑结构可能会在任何时间改变。因此，在无线自组织网络中研究的重难点之一是网络的路由协议。
　　 然而早期提出的无线自组织网络路由协议更倾向于把负载分布在源节点到目的节点的最短路径上，并未考虑负载分配的公平性问题。这些路由协议在网络负载较轻的情况下表现良好，而在负载较高的网络环境中表现并不理想。究其原因是，由于大量的数据分组更倾向于使用处于网络中心区域的节点作为转发节点来进行传输，从而造成网络中心区域的节点成为网络瓶颈、拥塞不堪，而不处于中心区域的节点将出现空闲的情况发生，将增大网络的传输时延、降低网络性能。于是就提出了负载均衡技术。它就是在保证系统网络流量的前提下，尽量使负载均衡分布在整个网络中，从而使网络能够保持高效、连续、稳定地运行。因此，本文的工作重点将集中在传统路由协议基础上改进，以实现负载均衡。
　　 首先，本文阐述了在无线自组织网络中的负载均衡路由协议的定义及其当前的研究情况，并对单路径和多路径的负载均衡路由协议进行了分析和比较。然后，改进了AOMDV协议，并提出了自适应的负载均衡路由协议AOMDV_LB。在该协议中，提出了采用MAC层接口队列容量作为衡量负载程度标准的自适应负载均衡机制，提高了网络传输性能。提出了多路径数据包调度算法，指定数据包在传输时间最小的路径上传输，减缓了在传统多路径传输中目的节点处发生数据包乱序的问题，并有效地减小了目的节点启动延时和缓冲区需求。最后基于NS-2进行仿真实验，在数据包传输速率不断增加的情况下，比较AOMDV_ LB与AOMDV协议在丢包率、平均端到端时延和负载分配上的性能。在网络节点不断增加的情况下，比较提出的数据包选路算法与最短路径优先算法、启发式多路径算法和选择性最短路径优先算法在寻路成功率、路径时延上的性能。仿真结果表明，该算法可以减少数据丢包率、降低平均端到端延时、均匀地分布网络负载以及缓解数据包乱序的发生。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源

1．2 课题研究背景和意义

1．3 课题研究现状

1．4 论文研究内容

1．5 论文的组织结构

第二章 无线自组织网络概述

2．1 无线自组织网络概念及特点

2．1．1 无线自组织网络概念

2．1．2 无线自组织网络特点

2．2 无线自组织网络体系结构

2．2．1 无线自组织网络节点结构

2．2．2 无线自组织网络网络结构

2．3 无线自组织网络通信协议

2．4 无线自组织网络应用领域

2．5 本章小节

第三章 无线自组织网络的负载均衡

3．1 负载均衡概述

3．2 单路径负载均衡

3．2．1 单路径负载均衡路由协议介绍

3．2．2 单路径负载均衡路由协议比较

3．2．3 单路径负载均衡路由协议优缺点

3．3 多路径负载均衡

3．3．1 多路径负载均衡路由协议介绍

3．3．2 多路径负载均衡路由协议比较

3．3．3 多路径负载均衡路由协议优缺点

3．4 负载的衡量

3．5 本章小结

第四章 基于AOMDV的自适应负载均衡算法

4．1 AOMDV_LB基本思想

4．2 动态负载均衡机制

4．3 数据包调度算法

4．4 路由协议的实现

4．4．1 路由协议数据结构

4．4．2 多路径的查找

4．4．3 多路径的维护

4．5 本章小结

第五章 模拟仿真及性能分析

5．1 NS-2仿真平台

5．1．1 NS-2介绍

5．1．2 仿真流程

5．2 主要数据结构

5．3 负载均衡算法仿真

5．3．1 仿真目的

5．3．2 仿真环境

5．3．3 仿真结果分析

5．4 数据包调度算法仿真

5．4．1 仿真目的

5．4．2 仿真环境

5．4．3 仿真结果分析

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间从事的科研工作