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Ad hoc网络,也称为无线自组织网络(MANET),是由一组带有无线收发装置的移动节点所组成的一个临时性多跳自治系统。作为下一代网络的重要代表,它的发展不仅有利于国防军事,而且在民用方面也具有广阔的应用前景,因此,对Ad hoc网络及其应用技术的研究是目前网络研究中的热点问题。随着多媒体应用日益普及,开发适用于Ad hoc网络开展多媒体业务的QoS路由协议也逐渐成为一个重要的研究领域。然而,由于Ad hoc网络受拓扑结构变化较快、节点电池容量受限以及数据安全性较差等特点的制约,开发出在一定带宽条件下,端到端时延小、误码率低、安全、节能、能够传输多媒体数据的QoS路由协议具有较大的难度及挑战性,它已成为该领域的一项重要研究课题。
近年来,随着对Ad hoc网络重要性的认识逐渐增加,国内外的科研人员也对Ad hoc网络的QoS路由做了大量的研究工作,但仍然有许多未解决的难题,而且不少QoS路由协议仅针对的是一个QoS路由参数,如带宽或时延等,并未形成一套有效的体系或方案。本文在参阅大量国内外参考文献的基础上,对如何在Ad hoc网络上开展多媒体业务进行了较为系统的研究,拟提出一种较为有效的针对多媒体业务的Ad hoc网络QoS保障体系。该体系主要涉及Ad hoc网络的节能机制和Ad hoc网络的数据转发机制等内容,其主要创新性工作可体现在以下几个方面:
(1) 提出了基于能量边界代理(Edge-Agent)的节能机制。
在大多数节点采用电池供电的Ad hoc网络中,节能以及网络生存时间问题一直是研究的热点问题。文中从Ad hoc网络节点的能量消耗公式入手,不仅从理论上分析了节省电池电量、延长网络生存时间的方法,而且根据提出的能量状态公式在每个通信区域中寻找一个能量代理(Agent)节点,并针对两通信区域之间的节点提出了能量边界代理(Edge-Agent)的概念。该Edge-Agent由通信交叉区域中能量状态最高的节点担任,采用轮换工作方式负责两区域之间的转发任务。通过实验证明,该节能机制可有效保障网络生存时间,提高节点电池寿命,延长负载较大节点的工作时间。
(2) 改进了原有的IntServ模型,使其满足适用于Ad hoc网络的QoS保障。
原有的IntServ模型针对Internet中基于流的数据,主要在每个转发节点(路由器)上采用资源预留(RSVP)方式保障服务质量。然而,现有的IntServ模型由于其扩展性较差,不仅很难适应Internet的高速发展,更不可直接用于拓扑结构更复杂、节点功能更单一的Ad hoc网络。本文分析IntServ模型基于数据流的特性后认为,该机制有利于在Ad hoc网络中实现多媒体业务,并对不适用于Adhoc网络的原有模型中的RSVP模块进行了改进。改进后的RSVP模块将整个网络资源作为一个整体进行有效调配,且没有额外增加节点的能耗以及运算量。
(3) 设计了以MPLS转发机制为基础的QoS路由协议-WiMPLS。
本文以提出的Edge-Agent能量机制和修改后的IntServ模型为基础,并结合多协议标签交换(MPLS)机制,设计实现了一种基于流的、具有节能特性的、能够实现快速转发的Ad hoc网络QoS路由协议--WiMPLS协议。实验证明,该协议并不是三种机制的简单堆砌,也不仅仅是一种适用于网络第三层的QoS路由协议,而是一种包含了Ad hoc网络的第二层、第三层甚至能量层的混合协议,它能较好的完成对高效Ad hoc网络路由协议所提出的节能、保证服务质量以及快速转发的要求。
(4) 研究了利用WiMPLS路由协议保障多媒体业务的安全机制。
对所建议的协议应用于Ad hoc网络后的数据安全保障,本文也作了一定的阐述。文中指出,通过WiMPLS路由协议建立路由路径的过程中,每条路由路径包含不同的网络节点,而且每条路由路径上的节点相对独立,这样,可以形成一条非面向连接的数据隧道,达到保障数据流彼此独立的目的,较好的保障了数据的安全性。
本文对Ad hoc网络的QoS路由协议进行了较系统深入的研究,针对在Ad hoc网络上进行多媒体业务提出了有效的解决方案,旨在为促进Ad hoc网络的发展与科技进步起到一定的积极作用。