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[学位]

基于MANETs的灾后救援网络路由及其关键技术研究

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Author:

李琳琪 (李琳琪.)

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学位论文库

Abstract:

频繁的自然灾害和人为灾难都对人民的生命财产安全和社会稳定造成了严重影响。从技术特点来看,移动Ad Hoc网络(Mobile Ad Hoc Networks,MANETs)无疑是构建灾后救援网络理想方式。由于灾害的影响往往是大范围的,因而灾后救援网络呈现大规模的特点,所以网络的可扩展性是灾后救援网络必须面对的重要问题。此外由于灾害性质和救援方式的不同,灾后救援网络也呈现出多样性的需求。
本论文以基于移动MANETs的灾后救援网络为主要研究对象,结合灾后救援网络的需求特点,研究了改进网络时延、吞吐量等影响可扩展性的相关机制,内容涉及位置服务,信道分配,路由设计等无线网络研究的多个方面。本文的创新点包括:
1) 研究了面向群组移动的位置服务问题。为了满足灾后救援网络的可扩展需求,基于位置的路由是较为理想的选择,因而位置服务协议的高效与否直接关系着路由协议性能的优劣。在大部分位置服务协议中,周期性长距离的更新负载占据了总负载很大比例,复杂的位置更新、位置请求机制容易受到网络节点移动性的影响,尤其在大规模网络中维护复杂层级、网格结构的信息一致性将变得十分困难,降低服务成功率的同时也会增加维护负载。本文针对这些问题提出了一种面向群组移动的位置服务算法G-HLLS(Group mobility oriented History information based Light Location Service),主要利用网络节点群组移动的特性,将基于历史信息的位置服务框架与分簇机制相结合,削减单个节点本地位置数据库所保存的信息量,从而优化位置服务协议的单个节点存储开销及协议初始化负载,在大规模群组移动网络中保持了较高的服务成功率及较低的协议负载。
2) 研究了高动态网络下可扩展路由的问题。随着越来越多的高速设备参与到灾后救援网络中,导致灾后救援网络移动性越来越高,由于在这种环境下路由信息会频繁发生变化,使用传统协议会产生很大位置更新和路由更新负载,使得路由协议工作效率大幅降低,严重情况下甚至会造成路由协议失效。针对高动态网络下频繁的拓扑探测和位置更新造成路由协议低效甚至失效的问题,本文提出了自决策式地理机会主义路由算法。该算法不指定转发节点,而是在消息传递时,将转发规则携带在消息中广播出去,接收节点根据位置信息和预先设置的规则判断自身是否具有转发消息的权利,并根据贪婪规则计算自身的优先级确定转发时机,从而避免了拓扑探测或位置更新的需求。实验结果表明,在节点移动速度相当高的网络环境下,协议依然工作正常,网络性能明显优于同等环境下的传统路由协议。
3) 研究了满足低时延需求的路由问题。随着灾后救援网络规模的扩大,路由可扩展性数据传输跳数增加,端到端的延迟无法满足一些业务量对延迟的要求。基于位置的路由方式使得路由可以局部化,摆脱网络对全网信息的依赖,但同时也要面对空旷域以及伴随而来的延迟等问题。此外,贪婪测量的方式往往只考虑跳数和距离而忽略链路质量的问题,而链路的质量往往受到环境等因素的影响,在较差的链路上传递消息,可能会导致消息被重复传几次才能成功,甚至可能传输失败,这也必然造成不小的延迟。为了解决这些问题,本文提出了基于期望传输时间ETT的贪婪半固定路由方法EGR,将两跳的链路以固定路由方式与虚拟邻居节点集中的节点一一映射,省略了中间节点的路由选择时间,配合以期望传输时间(ETT)作为固定路由的优选参考因素,通过使用优选链路来降低重传的概率,并以空旷域边缘节点集合映射候选静态路由的方式解决网络局部化的问题,减少了协议转换和尝试寻路造成的时间开销,使得网络的延迟状况得到很大程度的改善。
4) 研究了信道与路由相联合的跨层路由设计问题。针对多信道环境下链路干扰造成网络性能下降,吞吐量减少无法满足灾后救援网络数据传输需求的问题,从信道干扰的直接表象即信道空闲比出发,提出了一个基于信道资源利用率估计的跨层路由算法EBR(Estimation Based Routing Algorithm),使用一种更准确的信道估算办法,对信道的空闲比进行估算,在此基础上进行路由选择,从而在很大程度上规避了信道干扰,减少了信道竞争和涟漪现象,有效的利用了信道,增大了网络吞吐量,提升了网络的性能。仿真结果表明,该路由算法可以较大程度上提升网络的性能。

Keyword:

路由 位置服务 信道分配 移动Ad Hoc 灾后救援

Author Community:

  • [ 1 ] 西安交通大学电子与信息工程学院

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Basic Info :

Degree: 工学博士

Mentor: 杨新宇

Year: 2015

Language: Chinese

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WoS CC Cited Count: 0

30 Days PV: 3

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