无线自组织网络KTRP核心树路由协议优化研究

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无线传输技术和网络协议的发展,使得Ad Hoc网络成为一个研究热点。Ad Hoc网络是一种不依赖于固定基础设施的、具有自组织特性的无线网络。它具有组网方便、灵活,受时间和空间制约小的特点,可广泛应用于救援、战场和探险等场合。由于网络资源有限和拓扑结构的频繁变化,传统的网络协议算法不适用于Ad Hoc网络。这给Ad Hoc网络的路由问题带来了严峻挑战,同时也引起了极大关注。863课题“无线移动自组织互联网技术及实验系统研制”中提出了一种分层的自组织算法——核心树路由协议(Kernel Tree Routing Protocol,KTRP),它是一种混合式(hybrid)路由协议,具有分层自组织、混合式路由、无环路由等特点。KTRP路由协议通过无线路由器(Wireless Router,WR)的树形逻辑拓扑解决了Ad Hoc网络中路由环路的问题,易于组建较大的网络。但是原KTRP路由协议的通信规则和逻辑上的核心树形拓扑带来了迂回路由、根节点易形成瓶颈等问题,导致核心树的开销过大。本文针对这个问题,在原KTRP协议上提出了改进方法。首先引入了“直连同级邻居WR”的概念,通过直连同级邻居节点,使得路由选取除了汇聚点之外有了新的选择,在原KTRP协议中需要汇聚点转发才能进行通信的节点现在可以直接进行通信。网络中由转发带来的冗余开销减少,使得核心树的总体开销减小,核心树开销过大的问题能得到改善。接下来本文提出了动态根节点的概念,使用根节点自动更新原则选择跳数最小的根节点。本文增加了网络拓扑表NTT (Network Topology Table),由根节点进行维护。该表包含了所有节点的父节点关系,根据这个关系,根节点可以计算出网络的拓扑结构,并且以此计算每个节点到所有节点的跳数总和。这个表保证了根节点可以了解所有节点的具体位置信息。在此基础上本文设计了根节点自动更新原则,通过动态选择最佳根节点的策略选择跳数总和最小的根节点,尽量使网络中所有节点到根节点的跳数总和为最小,从而减少核心树的路由开销。从总体上实现对核心树的优化,从而提高网络性能。本文分析了现有Ad Hoc网络路由协议的特点,对原KTRP协议进行了详细介绍,重点分析了原KTRP协议存在的问题并提出了合理的改进方案,并对优化后的协议进行仿真并对仿真结果进行了分析。
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