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移动Ad hoc网络是20世纪末计算机网络和无线通信技术相结合的产物,它使用无线信道来接入网络,为通信的移动化、个人化和多媒体应用提供了潜在的手段,并成为宽带无线接入的有效途径之一。网络层作为移动Ad hoc网络的关键协议层,节点之间通讯首先要寻找一条质量高的路由,通讯质量才能保证。特别是在网络负载较大的情况下,路由协议就显得更为重要。
如今按需路由协议是移动Ad hoc网络中应用最广泛的一种路由协议。作为按需路由协议代表的AODV和DSR都是以最短路径作为路由选择的标准,它们在网络轻负载情况下表现良好。然而,在高业务量的情况下,AODV和DSR的性能都急剧恶化,部分原因是由于其在路径选择时倾向于使用相同的节点作为中间节点,大量的数据通过少量节点传输,引起网络的阻塞,从而导致较高的分组时延,部分节点也会过早地电池耗尽。许多研究者认识到,当网络负载较重时,最短路径并非是MANET中用于路径选择的最佳度量。在这种情况下,网络负载均衡技术可以有效地使网络负载分布均匀,提高网络整体性能,本课题即研究移动Ad hoc网络路由负载均衡。
不少研究者提出多路径(multi-path)方案来提供网络负载均衡。多路径最根本的思想是通过在节点维护路由信息,把网络数据流分布在多条路径上,以此来平衡网络。然而,维护不同的路径需要额外的路由表空间和计算开销。另外,多路径方案只有在多个路径互不相交的情况下才有效,然而路径互不相交在MANET中是很难获得。Ganjali等人进一步证明了多路径的网络负载分布和单路径(single-path)几乎是相同的。
DLAR是由Lee和Gerla提出的单路径负载均衡方案。在路由发现过程中,路由请求分组RREQ记录所经过的每个节点的接口队列信息,以此来获得该节点的负载情况;目的节点则根据RREQ中的记录选择最佳路由。然而,为了获取最新的负载信息,DLAR禁止拥有到达目的节点路径信息的中间节点回复RREQ。对于拥有大量节点的MANET环境,可能导致RREQ风暴。
Lee提出的WAL每个节点根据其自身负载选择性地转发RREQ,以阻止网络在过载的节点上建立路由。这样便有效地减少了RREQ广播风暴,但是由于这个协议完全是以一个分布式的形式运作,缺少备选路由之间的比较,导致最后选择的路由未必理想。
本论文提出了一种带宽估算模型和负载均衡技术,并结合DLAR和WAL各自的优点,基于AODV设计了新的负载均衡路由协议。同时考虑到时延因素,对新协议作进一步改进。新协议使每个节点根据自身网络负载情况,有选择地转发RREQ路由选择包,这样超负载的节点在一定时间内就可以避免再被选为中间节点;目的节点根据记录在不同RREQ中的网络负载信息,从中选择一条最佳路由。仿真表明,与DLAR和WAL相比较,本文提出的协议可以提高分组传送率,降低平均端到端时延,并且没有影响路由开销和综合能效。