鉴于计算机网络编码机会路由方法探究

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论文字数:60800 论文编号:sb201211261920314543 日期:2012-11-27 来源:硕博论文网

第一章引言

    无线网络是最近几年来国外兴起的一种无线网络技术,美国商业周刊和M工T技术评论在预测未来技术发展的报告中,分别将无线络列为21世纪最有影响的21项技术和改变世界的10大技术之一,并被美国麻省理工学院《技术评论》杂志评为对人类未来生活产生深远影响的十大新兴技术之首
    电子技术,计算机技术和无线通信等技术的进步,推动了低功耗多功能传感器的快速发展,使其在微小体积内能够集成信息采集,数据处理和无线通信等多种功能。无线网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统,其目的是协作地感知,采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息,并发送给观察者。传感器网络是集成了监测,控制以及无线通信的网络系统,节点数目很庞大(成千甚至上万),节点分布密集;由十环境影响和能量耗尽,节点容易出现故障;环境干扰和节点故障易造成网络拓扑结构的变化;传感器节点具有的能量,处理能力,存储能力和通信能力等都十分的有限。

1. 1研究背景与意义

1. 1. 1无线网络中的路由协议
    无线网络中的路由协议的作用是负责将数据分组从源节点通过传感器网络发送到目的节点。主要包括两方面功能,一是,查找源节点和目的节点之间的最优传输路径,二是,将待传数据沿着最优路径正确的转发。Ad hoc无线局域网等传统无线网络中的路由协议的主要任务是寻找源节点与目的节点之间的通信延迟小的路径,以便提高整个网络的利用率,避免拥塞,均衡网络流量等,能量损耗问题不是这类传统网络考虑的重点。但是在无线网络中由十节点的能量是有限的而一般很难为节点补充能量,因此这就如何高效的利用能量是无线网络的首要问题,同时网络中节点数目庞大,节点往往只能获得局部的网络拓扑结构信息,路由协议要在此基础上选择适当的传输路径。
    传统的无线网络的路由协议是一种前择路由,采用确定的路径,如AODV(ad hocon-demand distance vector routing)源节点欲发送分纲一数据,先选择一条确定的最优的传输路径,提前设定好下一跳中继节点传输数据到目的节点,目的节点收到数据后按原路径向源节点回发ACK确定信息。无线网络的各节点均有可能作为数据的目的节点,也可作为数据的中间节点。由十无线网络的动态,日寸变性和数据的易丢失性导致链路的稳定性很低目_质量较差,这对网络的传输的可靠性和数据吞吐量提出了新的挑战,此外,节点数目庞大目_具有移动性致使链路不稳定,常出现链路遭到破坏等问题,各节点携带有限的能量这些特性都给传感器网络路由协议的设计和优化带来问题。基十此,2004年,麻省理工学院(MIT)的Biswas等人利用无线信道的广播特性首次提出了机会路由(opportunistic routing)的概念,机会路由协议是一种后择路由,即不提前设定数据的传输路径,是根据网络的实际情况,通过竞争的方式智能自主的选择下一跳,以确保数据正确的到达目的节点。
(a)为传统路由.

1.1.2机会路由的研究意义
    确定性路由方式未能充分利用无线信道的广播特性,如果在传输过程中出现了数据的错传或者丢失则需要重新启动链路层进行重传,太多的链路层数据重传会造成带宽资源的极大浪费,机会路由就是针对传统路由协议的这种弊端提出的,所以机会路由的研究设计具有重大的意义。
    1)机会路由减少了端到端的跳数。
    无线网络中相同的链路具有相同的分组投递率。传统路由协议提前设定好了传输路径,即确定了中介节点,当源节点将数据包广播出去之后,同时有多个转发节点收到了信息,假设有一个节点的优先级高十选定节点,那么此节点可以担任向下一级转发信息的任务,这样可以更快的将信息传输到目的节点,减少了时延。此外,若源节点发送的数据包没有被选定的节点收到,但是被比它优先级低的节点收到了,那么此时也不需要重新启动链路层重传数据。

 

    3.3 基于随机网络编码................ 30-43
        3.3.1 MORE 协议提出................ 30-33
        3.3.2 MORE 协议的设计................ 33-34
        3.3.3 问题的实际解决................ 34-36
        3.3.4 MORE 协议的具体................ 36-37
        3.3.5 网络模拟实验................ 37-41
        3.3.6 MORE 协议................ 41-43
第四章 MORE 协议的改进................ 43-53
    4.1 数据块时延模型................ 43-44
        4.1.1 数据块的................ 43-44
        4.1.2 数据块的................ 44
    4.2 数据块时延的模型................ 44-46
        4.2.1 发送时延................ 45
        4.2.2 传输时延................45-46
    4.3 由时延估计数据块................ 46-48
        4.3.1 传输时延................ 46-47
        4.3.2 数据块大小................ 47-48
    4.4 MORE 协议的具体................ 48-53
        4.4.1 背景假设................ 48
        4.4.2 MORE 协议改进................ 48-53
第五章 协议实现与性能................ 53-65
    5.1 Click 软件路由系统................ 53-55
        5.1.1 Click 背景................ 53-54
        5.1.2 Click 路由器................54-55
    5.2 MORE 协议代码................ 55-57
        5.2.1 MORE 协议基代码................55-56
        5.2.2 MORE 协议实现中................ 56-57
    5.3 N-MORE 协议的性能................ 57-65
        5.3.1 传输吞吐量................ 57-59
        5.3.2 信道利用率................ 59-62
        5.3.3 数据块时延................ 62-63
        5.3.4 平均延迟抖动................ 63-64
        5.3.5 小结................ 64-65


总结与展望
    本章对全文进行概率总结,指出本研究课题的创新点和主要贡献,并根据研究过程中涉及到的相关问题在未来的研究工作中进行展望。
6. 1本文主要工作和创新点
   本文以无线网络为大的探究方向,针对近年来兴起的路由技能一机会路由协议进行探究,介绍了现在主流的机会路由协议。主要针对基于网络编码机会路由协议一MORE协议(独立于MAC层的机会路由协议和网络编码)通过理论和实验分析其性能并提出该协议存在的弊端并将改进优化。
    本文研究的创新之处有以下两方面:
    1)详细分析了MORE协议的工作流程,采用网络实验的方式研究其性能,提出了原MORE协议在源节点将数据包分成固定批这一操作存在的弊端,并分析了这以缺点对数据的实际传输造成的影响,并分析其改进的可行性和改进的意义,为改进MORE协议提供了理论了依据。


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