战术MANET是由战术无线电台构成的无中心、自组织的战术通信网络,是战术互联网中覆盖范围最大、通信节点数最多的末端子网,是移动自组织网络在数字化战场上的一种典型应用。由于战术MANET具有组网灵活、可快速展开、高抗毁性的特点,特别适用于战场通信指挥和控制,因此现代化战争对战术MANET网络应用的需求与日俱增。在战术MANET中,高效可靠的路由协议是保证网络中所有节点成功通信的前提和基础,是建立移动自组织网络的首要问题,同时也是主要的研究热点和难点;尤其是未来的战术MANET拓扑结构变化更快,各种战术电台必须要迅速地跟上网络结构的变化,灵活快捷地组网,因此组网的快捷性和可靠性要求更高,路由协议的设计面临着更加严峻的挑战。数字化战争的发展趋势决定了未来的战术互联网业务综合性强,网络中传输的信息不再是单一的话音和指挥控制指令,还要完成战场态势信息、战场侦察视频、战场图像、实时会议等多媒体业务的综合传输。为了保证多媒体业务稳定而可靠地传输,作为末端子网的战术MANET必须要为不同的业务提供相应的服务质量保证(QoS),而其中的QoS路由技术是网络QoS保障的关键问题,现阶段的研究面临许多的困难和挑战。基于以上应用背景,本文在研究分析国内外大量相关文献的基础上,对战术MANET中的路由协议以及路由选择时的QoS保证技术进行了较为系统和深入的研究,主要就以下几个方面进行了创新性工作:(1)提出了基于闲时逆寻和路由学习机制的优化AODV路由协议。针对标准AODV路由协议的局限性,本文在不增加硬件设备和不过多增加节点处理负担的前提下,提出了节点闲时反向路由搜索机制和邻居节点路由监听学习机制,进而提出了结合这两种机制的优化的AODV路由协议──O-AODV。O-AODV协议能够在MANET网络中产生多个局部路由,从而增加网络中的路由冗余度,提高路由发现的效率,加快故障路由的本地修复。仿真实验结果表明,O-AODV协议提高了分组投递率,降低了端到端延时,有效地减少了网络中的重路由开销,在大规模和拓扑变化快的网络环境中优于AODV协议。(2)结合战术MANET的群组特性,设计了基于邻居稳定度的自适应混合式路由协议。根据战术MANET的组成特点和使命要求,本文分析了战术MANET的群组特性,并利用节点的邻居稳定度实现群组的自动区分。在此基础上,为战术MANET中的节点设计了两种路由工作状态:表驱动路由状态和按需路由状态,进而提出了一种自适应的混合式路由协议──ns-ahra。ns-ahra协议在稳定群组内采用表驱动路由协议,在群组之间则采用按需路由协议,充分利用了表驱动路由时延小和按需路由开销小的优点。仿真实验表明,ns-ahra协议具有较好的报文投递率、适中的端到端时延和较小的路由开销,比单纯的表驱动路由协议或按需路由协议性能更好、路由效率更高。(3)提出了基于多态转移策略的多约束条件蚁群优化qos路由算法本文分析了战术manet多目标、多约束条件的qos路由模型,并采用蚁群优化算法来解决战术manet的qos路由问题。为了提高蚁群优化qos路由算法的效率,降低时延和网络开销,本文提出了基于多态转移策略和资源预约机制的蚁群优化qos路由算法──mts-aqra。mts-aqra算法将链路稳定性和路由拥塞度与常规的qos路由约束条件结合起来,利用多态转移策略产生的多样化路由搜索蚁群和并行路由搜索处理,能够在战术manet网络中快速地建立满足业务qos要求的稳定路由。仿真实验结果表明,mts-aqra在分组到达率、端到端时延等指标上具有较好的综合路由性能。(4)提出了结合群组特性和业务优先级调度机制的自适应混合式qos路由算法。利用战术manet的群组特性以及网络中各种业务优先级的区别,本文设计了一种根据业务的优先级进行区分路由的业务调度路由机制,提出了一种适合战术manet的自适应混合式qos路由算法──hqra。hqra算法在稳定群组内采用表驱动式qos路由,而在群组间则采用按需的蚁群优化qos路由,并且在路由过程中根据业务的等级和业务qos指标的优先级进行区分调度,以满足战术manet网络中各种业务的传输要求。仿真实验验证了hqra算法能够按照不同业务的优先级的进行区分路由,保证战术manet中战术等级高的业务优先使用网络资源;同时对于单一业务的传输,融合群组特性和区分调度功能的hqra算法在路由性能上优于常规的路由算法,能够满足战术manet中qos业务的路由需要。(5)基于嵌入式arm硬件平台、wi-fi无线网络技术和嵌入式linux操作系统设计研制了manet试验床,并在该试验床上对文中提出的各种路由算法进行了实物实景仿真实验和性能对比研究。为了在物理环境中验证路由算法的性能,本文研制了基于arm技术的wi-fi手持式manet终端,为其移植了嵌入式linux操作系统和无线网卡驱动程序,设计和移植了多种路由算法驱动程序以及网络性能测试软件,然后用多个manet手持终端构建了manet试验床,并将其布置在实际的地形地物环境中对本文提出的路由算法进行了多种实物实景仿真实验研究和性能验证。实物实景仿真实验结果表明,在实际的地形地物环境和实际的MANET网络环境中,文中提出的几种路由算法具有较好的网络适应性,能够满足一定网络条件下特定业务的传输需求:O-AODV和NS-AHRA算法适宜于在实际网络环境中传输无QoS要求的数据业务,有QoS指标要求的实时音频和实时视频业务传输则是MTS-AQRA和HQRA算法的优势;此外,具有业务优先级区分调度能力的HQRA算法能够对战术MANET中不同优先级的业务传输提供强有力的支持,在实物实景仿真环境中其综合性能优于O-AODV、NS-AHRA和MTS-AQRA算法。