移动自组网的组建及Internet接入技术的研究

摘要

移动自组网是一种特殊的无线网络，它的组建不依赖于预先存在的网络基础设施，如基站或接入点，而是由若干个带有无线收发器的移动节点构成。与传统的无线局域网不同，移动自组网是一个无中心、多跳、自组织的对等式无线通信网络，每个节点同时充当两种角色，既是计算机又是路由器。由于自组网具有移动性、快速搭建性、自治性、和对等性等特点，因而具有非常广泛的应用前景，尤其在一些需要临时快速组建网络的特殊应用场合，如数字化战场、抢险救灾、传感器网络、新闻现场报道和学术会议等。 然而，不同的应用场景需要采用不同的配置来组建自组网，才能达到网络性能相对最优。为此本文首先对自组网的组建技术进行了研究，分别采用理论分析和实验仿真两种方法重点研究了网络连通性与网络规模、无线收发器的选配之间的关系。为了更加合理高效地组建自组网，本文定义了一种移动自组网应用模型，并采用此模型对自组网应用场景进行有效地划分，然后针对每一种应用场景重点研究了无线收发器的优化配置方法。 Internet作为全球有线网络的骨干网已经具有绝对的统治地位，任何其它形式的网络只有与Internet互联才能够寻求到更大的发展空间，移动自组网也不例外。自组网接入Internet不但可以提高自组网的扩展性，拓宽自组网的应用范围，而且可以使自组网节点享受到Internet上无限的网络资源和丰富的网络服务，所以将移动自组网与Internet互联已经成为自组网更为广泛应用的必由之路，也成为近几年移动自组网领域研究的热点问题，国内外许多专家已经认为这是移动自组网发展的必然趋势。自组网接入Internet过程中，关键技术包括自组网节点自动配置与Internet主机兼容的IP地址技术和自组网与Internet之间数据路由技术。 现有的自组网地址自动分配技术重点解决如何检测出自动分配的地址在自组网中是唯一的，所以大家将研究重点放在了重复地址检测技术上。而本文则着眼于如何提高选择地址的唯一性，从而节省用于检测地址重复的费用。基于此，本文提出了一种基于GPS信息的自组网IPv6地址构造思想，从理论上将可能出现地址重复的节点之间的距离严格限制在一跳传输范围之内，从而将地址重复检测的操作也限制在一跳之内，达到缩短地址分配时延、减小地址分配开销的目的。基于此思想本文先后提出两种地址分配协议，分别为One-hopstrongDAD协议和One-hopweakDAD协议，实验证明两种协议的效率非常高。 自组网与Internet之间的数据路由主要是通过Internet网关的存储转发来实现的。Internet网关是一种特殊的Internet主机，它同时具有Internet网络接口和自组网网络接口。在自组网中，Internet网关作为一个固定不动的自组网节点与其它移动节点通过自组网网络接口进行数据通信，其它移动节点若要访问Internet则首先将数据发送到Internet网关，再由Internet网关将数据从Internet网络接口发送到Internet上。 现有的关于自组网接入Internet技术主要是通过一个相对最优Internet网关进行Internet的接入，所以研究重点放在了Internet网关的发现、优化选择和切换上，这样做的弊端是导致某个网关的网络负荷过重，使得该网关和从该网关辐射到自组网上的路径成为数据交换的路由瓶颈，从而增加了自组网与Internet交互数据的延迟，同时也加速了关键路径上节点能源的衰减，降低了自组网的生存期。为此，本文提出了一种基于多网关的、非对称的Internet接入技术，同时设计了一种“动态反馈负载均衡”的下行数据传输协议，将来自Internet上的大量数据均匀的分布到自组网的多条路径上，从而达到降低传输延迟，提高Internet接入能力的目的。实验证明本文的Internet接入协议在高网络负载环境中表现出优越的性能。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1引言

1.2自组网概述

1.2.1自组网的特点

1.2.2自组网的应用

1.2.3自组网的好处

1.2.4自组网的局限性

1.2.5自组网的性能评价方法

1.3自组网的研究重点

1.3.1物理层

1.3.2媒体访问控制层

1.3.3网络层

1.3.4节能设计

1.3.5安全问题

1.4自组网Internet接入技术的研究现状

1.4.1自组网IP地址分配技术

1.4.2基于网关的Internet接入技术

1.5本文主要研究内容与结构

第2章移动自组网的组建

2.1引言

2.2预备知识

2.2.1随机图理论

2.2.2 Random Waypoint移动模型

2.3自组网应用模型

2.3.1应用模型

2.3.2应用场景分类

2.4无线收发器选配

2.4.1二维空间的数学分析

2.4.2二维空间的仿真模拟

2.5本章小结

第3章基于GPS的自组网IPv6地址结构

3.1引言

3.2地址自动分配技术发展现状

3.2.1地址分配技术的分类

3.2.2地址唯一性检测技术

3.3地址自动分配技术分析

3.3.1地址自动分配技术的性质

3.3.2现有地址自动分配技术的不足

3.4基于GPS的IPv6地址结构设计

3.4.1前提条件

3.4.2 GPS有效信息的选取

3.4.3基于GPS信息的IPv6地址结构设计

3.4.4唯一性分析

3.5本章小结

第4章基于一跳传输的自组网地址自动分配技术

4.1引言

4.2 One-Hop Strong DAD协议

4.2.1控制包格式

4.2.2 IPv6地址的自动获取

4.2.3协议描述

4.2.4协议分析

4.2.5协议性能研究

4.3One-Hop Weak DAD协议

4.3.1控制包格式

4.3.2协议描述

4.3.3协议分析

4.3.4协议性能研究

4.4本章小结

第5章自组网Internet接入技术

5.1引言

5.2 Mobile IPv6协议

5.3自组网接入Internet的体系结构

5.3.1双层交叉体系结构

5.4基于负载均衡的非对称Internet接入技术

5.4.1非对称接入

5.4.2数据结构

5.4.3负载均衡策略

5.4.4自组网接入Internet的连接建立

5.4.5 Internet数据的传输

5.4.6 Internet接入协议性能研究

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明主哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书

致谢

个人简历