生物启发的智慧路由机制与协议研究

发布时间：2020-07-15 05:13

【摘要】：随着网络技术的不断发展和网络设备的不断更新,多种异构网络并存成为信息网络的重要特征。当同一个网络设备由于各种原因进入不同异构网络时,其路由协议需要适应网络的变化。然而,传统路由机制与协议难以满足这种动态变化,迫切需要构建智慧的路由机制与协议。本文基于生物启发技术,从“协议与网络的自主适配”研究路由机制的智慧性,从“路由协议的内部决策”研究路由协议的智慧性,主要完成以下研究内容： (1)提出了协议与网络的智慧适配模型。从逻辑上将网络结构分为数据感知平面与控制决策平面。从数据感知平面进行网络特征的感知,并将获取的感知信息沿传输通道从观测节点向局部网络、区域网络以及更高层面网络的控制决策节点汇聚。控制决策平面获取网络特征信息后,采用节点决策、局部决策、区域决策或更高网络层面的决策,确定当前或未来的网络特征；然后,根据协议与网络适配算法确定所处网络应该采用何种路由协议,并进行路由协议的自主更替,以提高相应网络下的通信效率。 (2)提出了绒泡菌启发的静态无线网络路由协议。多头绒泡菌在觅食过程中能够通过形体变化找到分散的食物源,并能够将形体自适应调节为连接分散食物源的最短路径。受此过程启发,利用无量纲分析方法将绒泡菌觅食过程的数学模型迁移到无线网络,将静态无线传感网络或无线Mesh网络的节点类比为食物源,提出绒泡菌启发的下一跳选择模型及相应的路由算法。通过数学方法分析得出绒泡菌启发的下一跳选择模型总能选择“最优”的节点作为下一跳进行数据转发,实现对算法中感兴趣网络参数的最佳均衡。 (3)提出了跨层感知的移动自组网络混合路由协议。先应式路由协议的发送等待时延较小但控制开销较大,反应式路由协议的控制开销较小但发送等待时延较大。因此,从节点的角度将无线自组网络从逻辑上分为域内和域外,在域内先应地维护路由表,在域外反应地维护路由表。在路由发现过程中,使用升级的感知蚂蚁,在找到目的节点返回的过程中感知路径上感兴趣的参数,并进行合理累积。当源节点收到多条通向目的节点路由时,基于绒泡菌觅食模型,将发现路径的累积参数看成是一跳路径上的参数,选择一条“最优”的路由,将路由的选择从局部最优(选择下一跳)发展到全局最优(累积的路径参数作为一个指标选择路由)。 (4)提出了非可信网络下的可信路由协议。上述两种路由协议是假设网络中节点都是善意的。然而,网络中经常存在自私或恶意节点。当网络中存在自私或恶意节点时,会对路由协议的性能造成严重影响。受免疫系统对外来入侵病毒、细菌处理的启发,将网络中节点的行为类比为免疫系统中相关的概念和过程。通过对邻居节点的监测,评价其可信度,作为路由发现过程的一个重要参数。然后,结合感知蚁群算法、绒泡菌觅食过程实现移动无线传感网络中的路由发现、路由选择、路由优化和路由维护等过程,构建非可信网络下的可信路由协议。 (5)提出了支持资源动态适配的可重构路由协议。面向未来信息网络的体系结构研究是当前的一个热点。例如,智慧协同网络就是一种面向未来信息网络的新型网络体系,它提出了“三层”、“两域”的结构模型。在智慧协同网络的结构模型下,不仅需要考虑某个具体任务的路由,而且需要同时考虑族群内所有任务的路由。基于绒泡菌觅食机制,将族群内的每个资源作为一个食物源,将任务类比为连接食物源的管形体,选择最合理的方案完成族群内的所有任务。当不能完成任务匹配时,申请重新分配资源,构建支持资源动态适配的可重构路由协议。 上述第一个研究内容从协议与网络适配着手研究路由机制的智慧性,后四个研究内容从协议内部决策入手研究路由协议自身的智慧性,共同实现智慧路由机制与协议的研究,提高网络通信的效率。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN915.04
【图文】：

不同网络环境的智慧路由协议，两方面研究内容一起支持项目研宄目标，各研究内容逻辑关系如图1-1所示。 从体系架构层面.数据感知与 网络环境—“网络分级 I协议与网络控制决策分离j 协同感知 决策与预测 I的智慧适配 V V Y V协议与网络的智慧it配 ).. r . . ... . i ..上、 .... ....... ?.：.. ‘ V I▲ k 金 、k"‘~ ：实姇通信过程中由协议的奴慧性 .I% 士生物启发的智慧路由-- 2 i k ?T %

本文编号：2756034