基于地理位置预测的AODv-RAI路由协议在多速率Ad Hoc网络中的研究

摘要

Ad Hoc网络是由一组无线移动节点组成的不依靠现有固定基础设施就能够迅速展开工作的网络实体，具有无中心、自组织、拓扑结构动态变化和移动终端资源有限等特点。近年来，网络物理层采用IEEE802.11标准以支持多种传输速率，军事上使用多频段多模式电台作为军用移动Ad Hoc网络节点，因此对多速率Ad Hoc网络的研究越来越深入。目前，国内外研究者已从不同角度提出了多种针对多速率Ad Hoc网络的算法设计，主要有多速率MAC层协议、多速率拓扑控制算法以及多速率路由判据。常用的路由判据有Hop-Count、ETX、WCETT、MTM和RAI等。
　　“路由评估指标”RAI判据具有熵函数的形式，利用熵函数具有的属性值来表示一条所期望的路由应该具有的少跳数、无瓶颈与高可靠性链路以及高吞吐量特点。RAI判据通过周期性发送hello包以统计过去一段时间内一条链路的双向传输成功率以及检测链路在当前时刻最大可能传输速率，按需、分布式计算并比较局部路径的RAI值以选择局部最优，目的节点计算出完整路由的RAI用于在候选路由中选择最优路径进行数据传输。本文在NS2中实现基于RAI判据的AODV路由协议，然而分析可知，这种对过去的统计和当前情况的检测只适用于节点不运动的状态，对于节点快速移动、拓扑频繁变化的网络来说，不能代表网络的真实情况，尤其是对于存在延时的网络更不能代表未来状况。因此，本文提出了基于ARIMA模型的运动轨迹预测机制，该机制作为RAI算法的先决条件作用于路由发现开启后，同时该机制作用于RAI算法之中，来优化节点的运动模型，从而获取更准确的参数值，以选取最优路径。
　　在NS2平台上实现基于运动轨迹预测的RAI判据（即LP-RAI）并取代AODV中的Hop-Count以实现LP-RAIAODV路由协议，在网络密度变化、节点移动速度变化和流量负载变化这三种场景下仿真分析两个协议的性能指标情况。仿真分析结果表明，LP-RAI AODV路由协议在分组投递率、传输时延和吞吐量等性能指标上均有很大的提高，明显改善网络性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 Ad Hoc网络概述

1．2 课题来源与研究现状

1．3 本文研究内容与组织结构

1．3．1 本文主要研究内容与创新

1．3．2 本文结构安排

第2章 Ad Hoc网络协议和路由判据

2．1 Ad Hoc网络路由协议设计要求

2．2 Ad Hoc网络路由协议分类

2．3 AODV路由协议分析

2．4 路由协议面临的问题

2．5 路由判据概述

2．5．1 跳计数Hop Count

2．5．2 加权累计期望传输时间WCETT

2．5．3 媒质占用时间MTM

2．5．4 路由评估指标RAI

第3章 时间序列模型的建立及运动轨迹的预测

3．1 常用预测模型概述

3．2 ARIMA建模思路及预测

3．2．1 时间序列平稳化初识别

3．2．2 差分预处理以实现平稳化

3．2．3 模型识别与阶数确定

3．2．4 模型位置参数估计

3．2．5 模型的有效性验证

3．2．6 模型预测分析

3．3 ARIMA预测模型在节点运动轨迹中的应用

3．3．1 ARIMA模型预测节点运动轨迹的实现

3．3．2 节点运动轨迹预测及结果分析验证

第4章 多速率Ad Hoc网络中AODV-RAI路由协议设计与实现

4．1 RAI判据的实现

4．1．1 RSSI测距原理

4．1．2 RAI计算方法

4．1．3 RAI获取方法

4．1．4 RAI路由发现策略

4．2 多速率Ad Hoc网络中应用RAI判据存在的问题

4．3 NS2仿真软件介绍

4．4 NS2中AODV-RAI路由协议实现

第5章 基于运动轨迹预测机制的AODV-RAI路由协议设计实现与仿真

5．1 LP-RAI的设计思想

5．2 LP-RAI的设计实现

5．2．1 节点位置信息的获取

5．2．2 节点位置信息的存储

5．2．3 下一时刻节点位置信息的预测

5．2．4 RAI中链路传输速率的测量

5．2．5 链路传输率的测量与数据结构的实现

5．3 基于LP-RAI的AODV路由协议的具体实现

5．3．1 在NS2中添加新协议

5．3．2 LP-RAI路由过程

5．4 仿真及性能分析

5．4．1 仿真环境设置

5．4．2 性能度量指标

5．4．3 性能分析

第6章 结束语

6．1 本文工作总结

6．2 未来发展方向

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文