移动自组网中基于多路径的分段式qos路由协议研究

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1、第一章绪论移动自组网(MobileAd—hocNETworks，MANETs)是一种多跳的临时性自治系统，它的原型是美国早在1968年建立的ALOHA网络和1973提出的PR(PacketRadio)网络。它是一种移动通信和计算机网络相结合的网络，是移动计算机网络的一种，用户终端可以在网内随意移动并保持通信。一方面，网络信息交换采用了计算机网络中的分组交换机制，而不是电话交换网中的电路交换机制；另一方面，用户终端是可以移动的便携式终端，如笔记本、PDA等，用户可以随时处于移动或者静止状态。在这种网络中，每一个移动节点不仅作为主机而且还作为路由器来为网络中

2、的其他不能直接通信的节点转发分组信息。这种分布式控制和无中心的网络结构能够在部分通信网络遭到破坏后维持剩余的通信能力，具有很强的鲁棒性和抗毁性。目前移动自组织网络己成为美国军方、官方等研究机构和大学里的学者的研究热点，甚至出现一些专门的学术研讨会和因特网的学术讨论组，这一研究热点已迅速扩展至世界范围。1．1研究背景及意义在移动自组网中，随着节点移动，网络拓扑结构在不断变化。如何迅速准确地选择到达目的节点的路由，是移动自组网的一个重要而核心的问题。现有的移动自组网路由协议的研究主要面向中小规模的网络，由几个至几百个移动主机组成。然而，随着网络的发展，由几千

3、或更多个移动主机组成的大规模移动自组网的路由协议的研究将更具挑战性。本文提出两种基本假设：(A)假设每个节点可获得其地理位置、移动方向、移动速度等信息，如通过GPS设备或者某种定位算法(LocalizationAlgorithm)获得；(B)假设网络是异构的(Heterogeneous)，即不同的节点具有不同的计算与通信能力，如军事战场上为每台坦克配置的节点的能力显然可以比为每一个步兵配置的要强。特别地，网络中的节点被分成两类：普通节点和超级节点。假设普通节点只能用短无线电通信，而超级节点能用长短两级无线电通信。移动自组网通常部署在一些特殊环境中，本质上

4、要求节点之间的通信满足一定的QoS要求。但是，移动自组网的网络拓扑结构易变、无线通信可靠性差和带宽受限、移动主机能源受限等特点，使得设计具有QoS保证的路由协议相当困难。另外，现有的移动自组网路由协议在源和目的节点对之间建立并使用一条单路径。由于节点移动性、节点失效以及网络的动态特征，单路径中的链路可能会临时失效从而导致路径不可达，而重新进行路由发现的开销大，并且可能带来消息转发中的额外的延时。多路径路由提供了到一个目的节点的多条路径。源和目的节点可以使用这些路径做为主路径和候选路径，也可以有选择地在多条路径上并发传输以实现负载均衡、提高传输的可靠性和安

5、全性。鉴于此，本文将分段式路由和多径路由相结合，提出了新颖的具有QoS保证的分段式多路径路由协议。其基本思想是将整条QoS路径划分成多段，每段路径分别独立地寻找多条路径来保证其QoS要求，相邻的段与段之间则通过运行简单、高效的路由维护过程进而保证整条路径的QoS要求。基于这种思想的QoS路由协议容易扩展到大规模移动自组网环境。1．2移动自组网的QoS保障随着移动通信的不断发展和多媒体业务的日益普及，在移动网络上提供QoS保障的研究逐渐成为一个热点【5l。QoS(QualityofService，即服务质量)【2。4】是网络在传输业务流时，业务流对网络服务

6、需求的集合，是应用业务对网络传输服务提出的一组可度量的要求。RFC2386(RequestForComments)【6】中关于QoS的定义为：QoS指网络在传输数据流时所必须满足的一系列服务要求。这些服务要求通常可以用带宽、端到端延迟、分组丢失率、抖动、开销等QoS参数来描述。根据QoS的定义要求，能够提供QoS保证的网络必须在传输延迟、分组丢失率、可用带宽、抖动、开销等方面提供满意的服务；但是由于移动自组网的特性，导致传统的固定网络中已经存在并支持QoS的路由算法不能直接应用于移动自组网中。在移动自组网中的QoS控制必须考虑如何动态地配置网络资源、提高

7、数据传输效率以及如何保障多媒体业务传输服务质量等问题，由于移动自组网是多跳的无线连接，它需要保证整个无线多跳路径上的QoS，所以它将面临以下问题：①拓扑结构的动态变化给QoS控制带来的困难，要求QoS路由协议能快速生成新的适应变化的路径；②基于竞争机制的共享信道访问，存在“隐蔽终端”、“暴露终端”和“入侵终端”等问题；③网络资源受限。无线信道带宽较窄，信道质量不稳且易受干扰，这些问题的解决有可能会造成网络进一步拥塞；④移动节点不适宜像高速网络中骨干节点那样传输大量的数据流，当传输的数据流都有QoS需求时，无线信道带宽将很快饱和；⑤节点需要维护和更新大量链

8、路状态信息，这对于有限的电池能量和内存是一个考验；⑥随时存在的单向链路，对路由的