面向移动Ad Hoc网络的自适应网关发现算法研究

发布时间：2020-06-15 22:15

【摘要】：移动Ad Hoc网络与Internet的互联可以扩展MANET的应用范围,而网关发现算法作为实现MANET和Internet网络互联的核心技术,成了无线通信技术所面临的一大热点问题。尽管目前已经有很多关于网关发现的算法和模型提出,但是在移动节点的分布场景上、移动节点和网关节点之间的物理距离上和优化网关节点的位置方面尚需进一步的研究。因此,在本文中,就网关发现性能方面,对网关发现算法进行了深入的研究分析,进而提出一种网关发现算法使其既考虑了移动节点的分布情况,根据不同的分布状态采取不同的网关发现策略,并且根据节点分布调整网关节点位置,使网关节点既能及时满足移动节点的通信需求又能提高网络通信质量等性能指标。本文的主要研究成果为:(1)提出网关发现的数学定义,并从该定义出发,对MANET中节点之间路径建立时使用的AODV协议做了详细的介绍。通过网络拓扑场景中节点分布情况对自适应网关发现算法中的关键因素(网关节点数量、网关节点位置、网关通告半径)加以分析,提出这些因素对网关发现算法性能上的影响。(2)提出一种基于DV-Hop定位三个网关自适应网关发现算法。在大量移动节点均匀分布的场景下,根据DV-Hop定位算法原理,利用网关节点位置和移动节点到网关节点之间的跳数,对移动节点的位置进行估算,网关节点根据已估算的移动节点的位置信息和自身位置信息计算移动节点和网关节点之间的实际距离,通过比较三个网关节点和移动节点之间的实际距离,确定离该移动节点最近的网关节点,实现其与该移动节点的互联。通过将上述移动节点与网关节点之间的互联方式和单个网关单独实现移动节点和网关节点的互联方式进行对比,验证该算法在整个网络中的网络吞吐量、整个网络的网络时延、数据的分组传递率等性能指标上的优越性。在网关节点周期性地发送网关公告信息范围的确定上,通过网关公告信息中包含的移动节点位置和移动节点的移动速度字段,判断接收到网关公告消息的节点是否需要转发该公告消息,进而达到了自适应地调整网关发送网关公告范围的目的。该算法减少了发送控制报文的开销,从整体上提高了网络的通信质量。(3)提出一种基于K-mean算法网关节点位置优化的网关发现算法。在移动节点以簇的形式分布的场景下,根据K-mean聚类算法思想,通过上一章提到的DV-Hop定位算法对移动节点进行定位,以定位得出移动节点的分布状态为基础,将移动节点分为三个簇,这三个簇之间相对远离,簇内节点相对紧凑。通过为每个簇内节点找中心节点位置的方法为每个网关节点部署位置,使三个网关节点分别位于三个簇内节点的中心位置。为三个网关节点部署位置后,再进行三网关的自适应网关发现。该算法能够实现较好的网络覆盖,从整体上缩短实现互联的移动节点和网关节点之间的实际距离,从而缩短了数据传输路径,提高整个网络的网络吞吐量,降低网络传输延迟,提高分组传递效率。本文在对已有网关发现算法进行总结的基础上,提出一种基于DV-Hop定位算法的三个网关的自适应网关发现算法和基于K-mean算法网关节点位置优化的三网关发现算法。为网关发现算法提出了一种新的思路和方法,对网关发现算法的完善以及日后的研究和实践了提供了一定的理论基础。
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.5
【图文】：

网关,主动网

图 1-1 网关发现方法 MANET 与 Internet 互联的网关发现方法可以分为四种：主动网关发现方发现方法、混合网关发现方法和自适应网关发现方法[23-25]。主动式网关发现动网关发现的方案中，网关节点向整个 MANET 广播网关通告消息（GWADV 覆盖范围内的节点都能接收到该通告报文，接收到 GWADV 报文之后前不曾有到达此网关的路由，就会在它的路由表中建立一个到此网关的路，就更新它之前保存的路由表项。主动式网关发现方案可以提供较好的访GWADV 的全网泛洪，会造成大量的控制报文开销。Batsell 等人提ET 方法是较早的主动网关发现方案[26]。MANET 节点利用移动 IP 代理发外地代理（FA）与 Internet 实现互联。FA 可以被视为网关，它发送的代理为 GWADV。MIPMANET 在节点和 FA 之间使用的是经典的 AODV 路由协

工作流程图,工作流程图,目标节点,单播

则向发起节点以单播方式发送 RREP；如果不是，则应该先在自身维护的路由表是否有到达目标节点的有效路由，如果存在有路径，则向发起节点单播发送 RRE将继续转发 RREQ 报文以进行查找目标节点，AODV 详细工作流程如图 2-2。开始

【参考文献】