移动Ad Hoc网络拓扑分割检测和避免技术研究

摘要

移动Ad Hoc网络(Mobile Ad-hoc NETworks，MANETs)是由装备无线发射机和接收机节点组成的无线网络通信系统，该网络具有移动性、自配置、自组织、自适应以及自愈合等特性，能够灵活地应用于各种无任何固定通信基础设施的网络场景中。在影响移动Ad Hoc网络性能的各种因素当中，网络拓扑的连通性是一个不可忽视的重要方面。因此如何检测出移动Ad Hoc网络拓扑中的薄弱环节、增强网络拓扑的连通性以防止网络拓扑出现分割，将是为上层通信协议提供良好的底层拓扑支撑的拓扑控制技术研究的基础。本文研究主要有以下两个方面。
　　 (1)针对大多数文献中关于移动Ad Hoc网络拓扑分割检测技术主要是检测网络拓扑中的关键节点和关键链路，本文证明了以检测关键链路作为移动Ad Hoc网络拓扑分割检测技术存在局限性。为准确检测移动Ad Hoc网络中导致网络拓扑分割的关键节点，提出一种适应交叉链路的拓扑分割检测算法--CPDA(Cross-link-tolerant Partition Detection Algorithm)；通过在基本回路探测过程中发布并利用邻节点对信息，CPDA算法能够排除交叉链路对基本回路走向的影响，从而解决了现有基于回路探测的分割算法DPDP(Distributed Partition DetectionProtocol)不适用于交叉链路的问题，使关键节点探测的准确度得以提高。利用OPNET网络仿真工具对DPDP和CPDA算法进行网络建模仿真。性能分析结果表明，CPDA算法对网络拓扑没有特殊要求，在准确度和探测开销方面的表现优于DPDP算法。
　　 (2)提出一种基于功率调节的移动Ad Hoc网络拓扑分割避免算法--PABPA(Partition Avoidance Based on Power Adjustment)。PABPA算法是基于在短时间内，邻节点度M不变的条件下，增大基本回路度能消除网络中的关键节点i。首先，根据CPDA算法探测网络中的关键节点i，并在探测过程中，标记未构成基本回路的邻居节点对；其次，通过功率控制技术使这些未构成基本回路的邻居节点对形成直接链路，以增大关键节点i的基本回路度Mi；最后，当节点i的邻节点度Ni和基本回路度Mi满足代数关系Ni-Mi<2时，节点i就由关键节点变成普通节点。仿真结果表明，PABPA算法能减少网络中的关键节点的数量，降低网络出现分割的概率，延迟或者避免移动Ad Hoc网络发生分割。