基于稳定性的Ad Hoc备份路由算法的研究

作     者：康琳 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曹叶文

授予年度：2014年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：Ad Hoc网络 备份路由协议 跨层实现 路由稳定性 NS2 

摘      要：近年来,由于移动自组织Ad Hoc网络独有的特点,其在多种场景下得到了较普遍的应用。但是,在这一网络中,由于很多限制因素（比如节点的移动,电池能量和复杂的信道环境）,导致拓扑的不断变化。因此,设计一条稳定性较强的路由,从而减少路径的断裂,是Ad Hoc网络研究的重点内容。 在Ad Hoc按需距离矢量路由AODV中,源节点只在有数据需要传输时,才会进行路由建立的过程。因此,相比于其他先验式路由协议,AODV有效减少了控制开销。但是,单径路由AODV所建立起的路由都是基于跳数的。尽管这种最短跳数路由能减少传输时延,但建立的链路的稳定性较差。 为了增强路径的稳定性,许多研究者提出了改进策略,备份路由算法就是一种有效的解决办法。当主路由由于节点移动或能量耗尽等因素发生断裂时,就可以利用提前建立好的备份路由进行数据的传输,从而减少了路由重发现的过程,进而有效的提高了投递率。例如,基于AODV的备份路由AODV-BR通过侦听路由回复包RREP,中间节点获得了备份路由信息。但是,当节点移动速度较大时,AODV-BR的备份路由可能已经过时,无法保证通信。另外,AODV-BR协议的路由维护机制缺乏详细设计,会造成目的节点收到多组重复数据包,增加了网络负载。为了能够适应拓扑的动态变化,基于AODV的自适应备份路由AODV-ABR提出了一种自适应的建立备份路由的算法。这种算法没有增加控制包,只是通过侦听邻居节点数据的传输即可。另外,AODV-ABR的路由维护机制选择较短的备份路由,从而减小了传输时延。但是,这种侦听数据包的方法需要消耗大量的能量,因为数据包的长度较长。SLR提出了通过侦听MAC层的信息交互过程建立备份路由的方法,使建立的备份路由更加适应拓扑的变化。另外,SLR在路由维护中采用了退避机制,当侦听到其他邻居节点正在进行备份路由响应时,可以取消发送备份路由回复包,因而减少了路由开销及数据冲突。 通过分析现有的备份路由算法,我们发现,几乎所有的备份路由协议都忽略了备份路径的性能。缺乏严格评估的备份路径将会导致重新建立起的链路的再次断裂,或者会使能量较低的节点被选为中间节点,从而使投递率降低,传输时延加大。 本文提出了一种基于稳定性的备份路由机制SBR（Stable Backup Routing）。其借鉴SLR的思想,即备份路径是通过侦听MAC层的控制包而建立起来的。不同于其他备份路由机制的是,我们在备份路由的建立过程中是基于路径的错误概率的。另外,通过分析备份路径的特性,我们将他们分为三种类型。每种类型有不同的优先级,优先级高的代表性能较好的路径,可以优先被选为备份路由。通过在NS2软件下的仿真表明,本文提出的稳定备份路由算法,在投包率和时延性能上比传统的备份路由算法有了显著的改善。