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移动自组织网络中,节点随机移动会引起网络拓扑频繁地、不可预知地变化,进而导致节点之间的通信链路断开,路径失效,带来大量的路由重建,耗费了有限的网络资源。然而,研究表明,节点移动性在引起网络拓扑变化的同时,也可能增强网络连通度。因此,在传统路由协议中,怎样利用节点移动性减少路由发现阶段的路由请求包广播数量,选择一条稳定路径,减少由于断链带来的时延和开销是个很重要的课题,而在新型的无状态路由中,怎样利用节点移动性控制数据转发的方向和有效性,节约网络资源也是个很重要的课题。
本文在合理利用节点移动性的基础上,设计了三种低开销的高效路由:
首先,本文首次研究了曼哈顿移动模型下的链路可用性问题并给出一个估算方法用于选择更为稳定的路径,减少路径失效以及路由重建出现的次数。曼哈顿移动模型作为一种重要的模型,符合商场购物者、城市车辆等很多场景的移动特征。我们分析了该模型下的节点空间分布,预测了节点间的链路可用性,并利用马尔可夫链的等价属性,在不基于链路相互独立的假设下,将单跳的链路可用性扩展到多跳的路径可用性。此外,我们结合路径可用性和路径跳数,设计了新的路由度量用于选择转发路径,增强了路径的稳定性,减少了时延和开销,并提升了路由性能。
第二,本文提出了一种新的预测手段:期望会合节点连通信息,在减少路由发现广播过程中路由请求包不必要转发的同时,使得路由发现能够提供连通更好的路径。在路由发现过程中,盲目广播路由请求包会带来大量不必要的冗余转发,并且,路由发现根据当前连通状态选出的通信路径,在数据传输阶段不一定有效,这会对路由性能产生重大影响。针对这种情况,我们设计了根据期望会合节点连通信息的概率转发算法。节点的期望会合节点连通信息指的是未来一段时间节点和其邻居的连接情况变化趋势,运用此信息,本文的广播策略同时考虑了当前的链路稳定性和近期的连通度变化,计算出合理的转发概率,使得路由发现选出的路径能够具有更好的稳定性并维持更长的时间,有效的减少了重路由的次数和路由开销。
最后,本文针对移动自组织网络提出了一种拓扑辅助的自适应地理机会路由。机会路由作为一种无状态路由,利用广播的特性发送数据包,不需要确定性路由,开销很小,但是节点在转发过程中可能会对彼此的传输造成干扰。此外,基于拓扑的机会路由存在获取维护难度大的缺点,而基于地理信息的机会路由可能会引起路由空洞。本文中,同时考虑节点移动性和数据包冲突对通信造成的影响,设计了一种更精确的链路质量评测方法来控制投递集,并且,我们还利用节点的地理位置和移动适应性设计了一种同时考虑拓扑信息和地理信息的优先级分配方案,该方案能够有效指引数据包的传输并减少路由空洞的出现次数,从而提高了路由协议的性能。