无线多跳网络认知路由技术研究与实现

摘要

无线多跳网络是以多跳的方式来组成端与端的通信路径。该网络会因节点密度、移动性或外部干扰等因素的变化而呈现出MANET（Mobile Ad-hoc Networks）网络形态、DTN（Disruption Tolerant Networks）网络形态、DTN over MANET或MANET over DTN网络形态等。本文主要针对形态多变的无线多跳网络设计并实现了一个DTN/MANET认知混合路由协议，该认知路由协议主要包含了基于网络环境感知的路由模式自适应切换算法、DTN路由模式下路由算法的自适应选择策略和基于业务流QoS（Quality of Service）需求及网络状态的信息传输方式自适应选择算法。 在无线多跳网络中，当网络环境表现为DTN特性时，由于MANET路由协议仅适用于连通状态的无线多跳网络，此时协议会因找不到合适的路由而直接丢弃数据包，影响网络的通信性能。当网络环境表现为连通性较好的MANET特性时，由于DTN路由协议中数据的传输是基于存储转发策略，因此会额外增加数据的存储和管理开销，占用更多的网络资源并降低通信质量。所以，基于以上两种协议的特点，本文首先设计了基于网络环境感知的路由模式自适应切换算法。该算法可以使网络中源节点和中继节点在发送数据之前通过判定当前网络环境处于哪种状态而自适应选择最佳的路由模式来完成数据的传输。 然后，本文设计了DTN路由模式下路由算法的自适应选择策略，该策略充分结合了基于洪泛的Epidemic路由算法和基于概率估计的Prophet（Probabilistic Routing Protocol using History of Encounters and Transitivity）路由算法的优势，实现了在DTN网络数据传输中路由算法的自适应调整，有效提高了网络通信性能。 其次，本文设计了MANET路由模式下基于业务流QoS需求及网络状态的数据传输方式的自适应选择算法。该算法中包含了单径，多径和编码数据传输；多径传输又分为多径负载均衡和多径冗余传输，可通过对业务流的QoS需求及网络状态的感知来自适应调整数据传输方式，从而提高数据传输的吞吐率或端到端递交率。 最后，为了对所提算法的正确性和有效性进行验证和评估，本文基于linux系统设计了具有模块化和可扩展性的认知路由协议实现平台，并通过设计和搭建不同的实验场景对协议性能进行测试。实验表明，在DTN/MANET混合路由下，路由模式及DTN路由算法的自适应选择策略和MANET模式下的数据传输方式自适应选择算法都能有效的选择合适的路由方式完成数据的递交，提高通信的可靠性。

目录

声明

第一章绪论

1.1研究背景与意义

1.2认知路由技术研究现状

1.3论文研究内容

1.4论文章节安排与整体架构

第二章无线多跳网络路由技术相关研究

2.1.1主动式路由协议

2.1.2反应式路由协议

2.1.3混合路由协议

2.2DTN 网络路由算法

2.2.1基于洪泛策略的路由

2.2.2 基于概率估计的路由

2.3DTN / MANET 网络认知路由技术

2.3.1 MANET网络认知路由技术

2.3.2 DTN和MANET网络下的自适应路由策略

2.4本章小结

第三章基于网络场景的认知路由研究

3.1.1 IBR-DTN路由协议概述

3.1.2 IBR-DTN协议事件系统

3.1.3 Bundle数据包转发流程

3.1.4 BATMAN-ADV协议路由分析

3.2 CARP 认知路由协议的设计与实现

3.2.1 CARP协议路由模式的自适应切换机制

3.2.2 CARP协议认知功能的实现

3.3 CARP 协议的DTN 路由算法自适应选择机制

3.3.1 CARP协议DTN模块路由算法分析

3.3.2 CARP协议DTN路由模块的关键参数

3.3.3自适应路由算法选择机制

3.3.4自适应策略数据包处理流程

3.4本章小结

第四章MANET网络数据自适应传输算法设计与实现

4.1.1多径路由技术

4.1.2数据编码传输技术

4.2 MAITP 自适应传输协议的设计与实现

4.2.1 MAITP协议自适应传输的总体设计

4.2.2 MAITP协议自适应传输策略的算法设计

4.2.3 MAITP协议中参数设置及业务流处理流程

4.3本章小结

第五章无线多跳网络认知路由协议实验分析

5.2无线多跳网络实验平台

5.2.1实验硬件平台

5.2.2实验软件平台

5.2.3实验测试软件工具介绍

5.2.4协议性能参数

5.3 CARP 协议实验设计与结果分析

5.3.1实验一：CARP协议路由模式自适应调整机制测试

5.3.2实验二：连通网络中CARP协议性能测试及结果分析

5.3.3实验三：CARP协议DTN模块路由算法自适应机制测试

5.4 MAITP 协议实验设计与结果分析

5.4.1实验四：MAITP协议负载均衡传输性能测试

5.4.2实验五：MAITP协议多径冗余传输性能测试

5.4.3实验六：MAITP协议单径编码传输性能测试

5.4.4实验七：MAITP协议多径冗余编码传输性能测试

5.4.5实验八：认知路由的自适应调整机制测试

5.5本章小结

第六章总结与展望

6.2未来工作展望

致谢

参考文献