战术移动Ad Hoc网络路由及MAC协议研究

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战术移动ad hoc网络指的是由若干带有无线收发信机的节点构成的一个自组织网络,它可以不依赖预先存在的网络基础设施而快速展开。各节点可以在不进行事先通知的情况下自由进入网络和离开网络且不会导致整个网络陷入瘫痪。本文研究的目的就是要在复杂而恶劣的战场网络环境中,针对战术移动ad hoc网络的特殊要求,提出适用于战场环境的路由协议和媒体访问控制(MAC-Medium Access Control)协议。  本文针对现有ad hoc网络表驱动路由和按需路由协议的缺陷,提出了适用于战术移动ad hoc网络的混合式路由协议AHHR(Ad Hoc Hybrid Routing)。在AHHR中,节点工作在混杂接收模式,这样节点就可以通过监听网络中的分组传输来学习到更加丰富的路由。AHHR充分利用了表驱动路由和按需路由的各种优点,它使用了类似DSR(Dynamic Source Routing)路由协议的机制来发现路由,并通过边权值管理和路由公告来获得和维护网络拓扑。与传统的跳数最小的选路原则不同,AHHR的选路原则是边权值和最大,这样就可以保证所选择的路由具有较高的可靠性。根据不同的拓扑变化速度,AHHR可以在表驱动路由和按需路由之间自适应地切换。AHHR在综合性能上优于现有的ad hoc网络路由协议。  在战术移动ad hoc网络中,网络负载平衡是路由算法的一个重要考虑参数,忽视负载平衡的路由算法将会导致网络中的一些节点出现过度拥塞的情形,从而导致系统性能急剧下降。针对战术移动ad hoc网络对负载平衡的特殊要求,本文提出了LBHR(Load Balance Hybrid Routing)路由协议。LBHR以AHHR为基础。在LBHR中,负载较重的节点将丢弃收到的路由请求,也就是说过载的节点不参与路由发现过程。LBHR充分利用了节点的路由表,在一对源节点和目的节点间,构造了多条路径,并在数据传输时,使用多条路径来发送数据分组。LBHR可以较好地满足战术移动ad hoc网络对负载平衡的要求。  针对在战场上广泛使用的半双工电台只有单信道的现状,本文提出了一种新的适用于战术移动ad hoc网络的媒体访问控制协议-SCMA(Single Channel Multiple Access)。通过载波监听,并使用RTS/CTS(Request To Send/Clear To Send)控制分组,SCMA在单一信道条件下,较好地解决了隐藏终端问题。SCMA中的数据分组冲突概率远小于非坚持型CSMA(Carrier Sense Multiple Access)。SCMA以增加控制分组为代价,换来了吞吐量的增加。  本文还同时分析了有中心节点的战术移动ad hoc网络的特点,并提出了PAMA(Priority Alternation Multiple Access)媒体访问控制协议。PAMA以SCMA为基础。PAMA与SCMA有着相同的定时模型和状态转移图。两种协议都应用在单信道半双工电台上。SCMA协议适用于多跳网络,而PAMA则适用于有中心节点的网络。在PAMA协议中,在不同的访问周期中,第一个访问信道的机会被授予不同的节点。在PAMA中,各个节点按照优先级,在不同的时间发送RTS。PAMA可以很好地用作有中心节点的战术移动ad hoc网络的MAC协议。  
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