移动自组网中可靠组播协议研究

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固定网络采用两种方式利用它的静态特性:第一,它主动地将网络拓扑信息分发给结点,根据这些拓扑信息,每个结点再使用相对简单的算法计算得到路由。第二,因为大规模网络的完整拓扑信息很难进行处理或进行全球性的分布,所以它嵌入一些路由线索到结点的地址中。但是,这两种技术都不能在拥有移动结点的网络中得到有效的应用,这是因为移动性使拓扑信息很快失效,而且永久的结点地址也不能包含动态的位置信息。 移动自组网是一种自组织的移动无线网络,它不依赖具有基础设施的网络结构进行通信。该网络中的结点拥有有限的传输范围,数据包可能要通过多个结点的转发才能到达目的结点。 提供可靠的组播是建立高级的分布式协议的一个基本要求。而在移动自组网环境中提供可靠组播尤其具有挑战性。 本论文研究了移动自组网中三种可靠路由协议:单播路由协议、组播路由协议和广播路由协议。可靠单播路由协议可分为基于拓扑结构的和基于地理位置信息的。而基于拓扑结构的路由协议又可分为主动式路由、反应式路由和混合式路由。大部分主动式路由协议都使用最短路径算法以适应移动网络环境。所以当结点的移动速率很高时,由于它们跟不上拓扑结构的变化而变得不适用。因而,一些主动式路由协议因为它们的高通信开销而被弃用。反应式路由算法中,仅当有数据包需要传递给目的结点时才触发路由发现操作。混合式路由协议综合运用了主动式路由和反应式路由。另一类单播路由协议是基于地理位置信息的,这些协议假设源结点知道目的结点的位置信息,中间结点就可以通过该位置信息有效地转发数据包。 虽然目前的移动自组网中组播传输还没有得到广泛地应用,但是在将来的多媒体通信中它将变得非常重要。组播协议的思想基于查询.回答机制,与实现单播协议很类似。除了做一些必要的修改以外,组播协议的基本操作与单播协议类似。单播协议中每个目的节点都拥有一个唯一的序列号。同样地,每个组播组也拥有一个序列号,以表示组播路由信息的最新性,包含了所有组成员的组播树按需地形成以支持组播传输。移动自组网中,许多组播路由协议已经被提出。它们可被划分为两类:基于树的和基于网格的。基于树的组播协议一般是对有线网络中类似的协议的修改以适应移动自组网环境。基于网格的组播协议使用网格来代替共享组播树进行数据包传送,网格可以在组成员中提供冗余的链路。与基于树的组播协议相比,基于网格的组播协议可能要消耗更多的带宽。 可靠的广播协议可实现高级通信中的组播通信,它们拥有其它协议中没有的优点。例如,一些路由协议在路由发现过程中使用广播:用来通知一个错误消息以删除路由表中的错误路由,或者作为高移动性移动自组网中可靠组播的一种有效机制。广播协议可分为确定性的和概率性的。确定性广播协议,它们为发送消息给移动自组网中的一组结点提供发送保证。提供这种发送保证的协议经常在数据源或路由被破坏的局部结点处,尝试探测和修复错误。概率性广播协议保证一定概率的发送成功率。 虽然移动自组网中存在大量的单播、组播和广播路由协议,但是仅仅一个协议似乎不能完全适应移动自组网应用中不同的场景和通信模式。主动式路由协议能很好地适应高移动性的小规模宽带宽移动自组网,而反应式路由协议则能很好地适应低移动性的大规模窄带宽移动自组网。 本论文还为组播路由协议提出了一种基于超立方体的虚拟动态骨干网模型以及一些简单的算法。该模型起源于n维超立方体网络,这种网络具有很多优良特性,如高容错性、短直径性、正则性和对称性。并且,由于结点的移动和出错,该模型中的超立方体很可能是不完全超立方体,其中的某些结点或链路不存在。这种基于超立方体的虚拟动态骨干网模型在大规模移动自组网中具有高可用性和负载均衡的特性。
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