L3、移動自組網(wǎng)中負載均衡的路由協(xié)議研究_圖文

1、 AdHoe網(wǎng)絡存在以下的安全性問題【ll】:(1無線鏈路使AdHoe網(wǎng)絡容易受到鏈路層的攻擊,包括被動竊聽和主動假冒、信息重放和信息破壞。(2節(jié)點在敵方環(huán)境(如戰(zhàn)場漫游時缺乏物理保護,使網(wǎng)絡容易受到已經(jīng)泄密的內(nèi)部節(jié)點(而不僅僅是外部節(jié)點的攻擊。采用分布式的網(wǎng)絡體系結(jié)構可以提高Ad Hoe網(wǎng)絡的生存能力。(3Ad Hoe網(wǎng)絡的拓撲和成員經(jīng)常改變,節(jié)點間的信任關系經(jīng)常變化。與移動IP相比,Ad Hoe網(wǎng)絡沒有值得信任的第三方的證書的幫助,在節(jié)點間建立信任關系成為Ad Hoe網(wǎng)絡安全的中心問題。(4Ad Hoe網(wǎng)絡包含成百上千個節(jié)點,需要采用的安全機制應該具有擴展性,以便應用于這些大型網(wǎng)絡。TCP

2、是針對有線網(wǎng)絡設計的,同時也是針對這種網(wǎng)絡進行參數(shù)調(diào)整和優(yōu)化的。當應用于多跳無線Ad Hoe網(wǎng)絡時,TCP連接存在嚴重的不穩(wěn)定性和不公平性問題,其主要原因一方面是IEEE802.11MAC協(xié)議不適用于多跳AdHoe網(wǎng)絡,另一方面TCP的擁塞控制機制本身也不適用于這種網(wǎng)絡。在多跳Ad Hoe 網(wǎng)絡中,造成分組丟失的主要原因有四種:無線信道的高誤碼率、節(jié)點的移動性、信道接入沖突和緩存溢出。針對不同原因,TCP應該采用不同的措施來保證連接的性能。綜上所述,Ad Hoe網(wǎng)絡研究還處在起步階段,還有許多問題未等待研究和解決。研究者預測,徹底解決這種移動的自組織網(wǎng)絡存在的所有問題是不可能的,人們的工作應該

3、針對某個或某些特定的應用條件采取具體的措施,來改善Ad Hoe組網(wǎng)性能。1.3本文的研究對象、內(nèi)容和研究方法在上述背景下,本論文展開了對Ad Hoc網(wǎng)絡的研究。由于Ad Hoe網(wǎng)絡的研究領域極其廣泛,不僅涉及到與傳統(tǒng)的有線Intemet、無線蜂窩網(wǎng)和無線局域網(wǎng)有關的熱點和難點問題,而且更重要的是由于移動性、多跳和自組織所帶來的問題。因此,本文不可能研究所有與Ad Hoe網(wǎng)絡有關的課題,而是只能將研究重點集中到目前最急需解決的問題之一,即如何改善Ad Hoe網(wǎng)絡中的路由協(xié)議性能。本文采用理論分析和仿真試驗相結(jié)合的方法,使用的仿真平臺為無線網(wǎng)絡仿真軟件Glomosim2.03。根據(jù)AdHoe網(wǎng)絡自

4、身的特點,本文以均衡網(wǎng)絡負載,提高路由穩(wěn)定性為目的,研究多跳、能量限制等因素對網(wǎng)絡性能的影響,提出并實現(xiàn)了一種基于能量和接口隊列的多跳路由協(xié)議,分析了網(wǎng)絡參數(shù)和特征對網(wǎng)絡8協(xié)議性能的影響。具體而言,本文的主要研究內(nèi)容如下:1移動自組網(wǎng)利用收集到的節(jié)點負載信息將網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)業(yè)務流進行均衡分布來提高路由協(xié)議的性能。本文從發(fā)送數(shù)據(jù)分組使用路由的數(shù)目簡要介紹目前比較流行的幾個單徑負載均衡路由和多徑負載均衡路由協(xié)議,并對不同負載均衡路由協(xié)議進行了分析和比較。2為了更好平衡網(wǎng)絡負載,在選路過程中不僅選擇節(jié)點擁塞比較輕的路由,而且還會選擇最穩(wěn)定的路徑,減少重建路由的次數(shù),基于此提出了基于移動預測的負載感知路

5、由協(xié)議。3AdHoe網(wǎng)絡節(jié)點的能量有限,為了延長網(wǎng)絡的生存時間,在選擇路由的時候應該有效的利用整個網(wǎng)絡的能量;在研究內(nèi)容2的基礎上提出了基于能量和負載感知的路由協(xié)議。本文的章節(jié)安排如下:第一章緒論。首先對移動Ad Hoe網(wǎng)絡的發(fā)展過程、特點、應用領域進行一個比較簡單的介紹,然后總結(jié)了當前移動Ad Hoe網(wǎng)絡研究中的主要熱點和難點,最后闡述了本文研究的對象和內(nèi)容。第二章移動Ad Hoe網(wǎng)絡的負載均衡路由協(xié)議的研究。從單徑路由和多徑路由的角度總結(jié)和分析了移動AdHoe網(wǎng)絡的負載均衡路由協(xié)議。第三章基于移動預測的負載感知路由協(xié)議。通過節(jié)點的鄰居數(shù)目和MAC 隊列共同來表征節(jié)點的負載狀態(tài),在選路的過程

6、中重負載節(jié)點不接受路由請求包,在目的節(jié)點從收集到的路徑中選擇一條最穩(wěn)定路由回復給源節(jié)點。然后對該協(xié)議進行了仿真,并對仿真結(jié)果進行了理論分析。第四章基于能量感知的負載均衡路由協(xié)議。考慮到Ad Hoe網(wǎng)絡節(jié)點能量的有限性,在第四章提出的LAMP協(xié)議的基礎上,提出了基于能量的負載感知的協(xié)議,并對協(xié)議進行了仿真和結(jié)果分析。第五章結(jié)論與展望。對論文的工作進行了總結(jié),并提出了進一步的研究工作。9 響網(wǎng)絡的性能。目前已有的單徑負載均衡協(xié)議中,大多數(shù)協(xié)議采用節(jié)點的緩存數(shù)據(jù)包或是MAC層的接口隊列分組個數(shù)作為定義負載的指標。因為MAC層的接口隊列長度更能客觀反應本節(jié)點的業(yè)務流強度以及本節(jié)點MAC層接口隊列可接收

7、的分組容量,所以基于跨層負載感知的節(jié)點負載更具有公平性,但是采用跨層負載感知的路由協(xié)議忽略了MAC層接口隊列每個分組的字節(jié)大小,因為分組大小的不同導致占用信道的時間長度也不同。在MAC層接口隊列中存放的分組包括數(shù)據(jù)分組和控制分組,而這兩種分組的字節(jié)大小相差甚大,也必然會導致這兩種分組占用信道的時間不同。此外,這些負載均衡協(xié)議考慮到了避開重負載節(jié)點,但忽略了Ad Hoc網(wǎng)絡移動性這一特點,因為網(wǎng)絡拓撲結(jié)構的易變性,導致網(wǎng)絡鏈路容易失敗,所以即使選擇了一條輕負載的路由,如果沒有考慮其路由的穩(wěn)定性,同樣會導致路由發(fā)起次數(shù)的增加,這必然增加網(wǎng)絡的控制開銷。所以,本文在考慮負載感知,均衡網(wǎng)絡負載的同時,

8、還選擇一條穩(wěn)定可靠的路由來傳輸數(shù)據(jù),以提高網(wǎng)絡的性能。目前已經(jīng)提出了一些基于移動預測的路由協(xié)議,通過預測鏈路的有效性路由的可靠性,選擇出一條最可靠路徑來提高路由性能。其中,MCTMP【391、RORpf40J 等協(xié)議是通過GPS獲得節(jié)點的位置信息來預測路由的穩(wěn)定性;Naresh Verma f4I】則通過收集節(jié)點的運動歷史來預測它的移動形式,并利用網(wǎng)格技術選擇穩(wěn)定的路由。本文在基于sang Ho Baed等提出的移動預測思想的基礎上142】,提出了一種基于移動預測的負載感知LAMP(a Load Aware protocol based on Mobility Prediction路由協(xié)議。在

9、路由請求的過程中,將重負載的中間節(jié)點處的路由請求分組丟棄,減少經(jīng)過重負載節(jié)點的不利路由,以提高路由的穩(wěn)定性。LAMP以路由穩(wěn)定性和節(jié)點負載為度量,通過在路由發(fā)現(xiàn)過程中避開重負載節(jié)點,并且在目的節(jié)點選擇一條最穩(wěn)定的路徑回復給源節(jié)點,從而達到均衡網(wǎng)絡負載,減少路由發(fā)現(xiàn)的次數(shù)。該協(xié)議的主要思想包含:源路由,避開重負載節(jié)點,移動預測。1按需路由在路由協(xié)議發(fā)展的過程中,按需(On.demand路由只有在一個節(jié)點需要一條到達目的節(jié)點路由的時候,該節(jié)點必須一直等到尋找到這樣一條路由的時候才能夠使用該條路由進行通信。不需要周期性地進行路由廣播及路由信息交換,使網(wǎng)絡中的控制開銷大幅度降低,因此更能適應移動自組網(wǎng)

10、絡的需要。21源路由每一個被傳輸?shù)陌紨y帶一個要到達目的所要必經(jīng)的節(jié)點的完整的序列,即要求發(fā)送者知道到達目的節(jié)點的完整的路徑,這個特性就是源路由。源路由的優(yōu) 表3-1仿真環(huán)境性能參數(shù)參數(shù)參數(shù)值節(jié)點運動區(qū)域節(jié)點數(shù)目平均運動速度等待時間節(jié)點運動模型節(jié)點信號傳輸能力節(jié)點信號接收門限NOISE FIGURERADIO-TYPERADIo_Tx-PoWER RADIo_ANlENNAGAIN 2000m×2000m502m/s一12m/s之間變化10sRANDOM-WAYPOINT15dbm10RADIo-ACCNOISE0dB對下列協(xié)議的性能進行評估和比較:源動態(tài)路由DSR協(xié)議;動態(tài)負載感知DLAR協(xié)議;基于移動預測的最大連接時間MCTMP協(xié)議;基于移動預測的負載感知LANIP協(xié)議。使用下列四個性能指標進行比較:1平均端到端時延(Average End-to.End Delay:平均端到端時延定義為路由尋找期間緩存時延、接口隊列排隊時延、MAC層重傳時延、分組傳播時延,以及變換時間等所有可能的時延之和。2數(shù)據(jù)包到達率(Date Packets Delivery Fraction:數(shù)據(jù)包到達率定義為節(jié)點在網(wǎng)絡層收到的數(shù)據(jù)包總和與發(fā)出的數(shù)據(jù)包總和之比。3丟包率(Losing Packets Fraction:丟