利用网关实现MANET接入Internet关键技术的研究

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移动Ad Hoc网络(MANET)以其组网灵活、可自我配置以及易于实施等特点在未来无线及移动通信领域占有越来越重要的地位。然而，人们日常所需的绝大部分信息资源和服务都存储在Internet中，因此人们自然期望能通过有效的无线移动设备不受实际物理位置的制约随时随地的获得连续、稳定、质量有保证的网络连接以获取Internet上的信息。随着各种无线技术整合形成未来无线系统的趋势日益明朗，将MANET与Internet等IP网络进行互联、形成无线多跳接入网日益成为一个重要的研究领域。这种混合的MANET网络将对既有的基础设施网络形成一个简单易行、经济有效的补充和扩展。如何实现MANET接入Internet正在成为业界的一个热点问题，国内对于相关问题的研究尚处于起步阶段。由于MANET和lnternet具有本质上的差别，因此要将这两个异构的网络实现互联并非易事，需要解决方方面面的问题，这其中就包括地址自动配置、网关发现、负载均衡、移动性管理、QoS、网关转发策略、开销控制等诸多关键性的问题。有鉴于此，本文对当前关于MANET接入lnternet的关键问题和技术进行了研究和总结，包括接入过程中的基于多路径的互联、负载均衡策略、网关的布局与选取、自适应的网关发现方法、接入过程中的开销控制等问题，在给出相应的解决方案后，通过理论分析和NS2仿真验证了这些方案的有效性。这些研究对于进一步讨论和开展MANET的应用具有重要意义。本研究的创新性工作主要体现在以下几个方面：
　　 (1)提出了一种基于负载均衡的MANET接入Internet路由算法。该算法通过在路由发现过程中根据节点的可用度避开重负荷节点和网关、使用不对称的多径传输技术分散网络负载以提高接入网络的性能。在经过NS2网络仿真平台的验证后，证明该方案能够较好地均衡网络负载及节点能耗，保护网络中的低能量节点，有效地延长网络寿命。
　　 (2)针对接入网网关布局的研究空白领域，对MANET接入Internet过程中网关的布局与选取问题进行了研究。考虑到动态网关在整个接入过程中的重要作用，提出了一种新的适用于MANET接入Internet的动态网关布局与选取的三层规划模型。该模型通过引入具有协调控制功能的节点（即决策节点）来对接入网络中网关和路径的使用情况进行调控，通过上下层的交互决策协调网络整体利益和节点局部利益之间的关系，并以此作为配置网关的依据，从而优化网关布局。对仿真结果进行分析后发现：引入该模型后，网络的延迟、开销以及吞吐率等性能指标得到了改善，模型的有效性得到验证。
　　 (3)提出一种自适应的网关发现方法，该方法根据网络的实时状态动态地调整网关通告报文的发送范围和发送间隔，以减少网络的控制开销；通过对节点的转发权进行控制，避免同一报文在网络内重复转发所带来的不必要的开销，将网络中控制报文的数目尽量降到最少。结果表明，该方法以少许的平均传输延迟为代价，换取了控制开销的大幅度降低。
　　 (4)提出一种基于移动代理的MANET接入Internet路由算法。该算法不预先设置网关，而是通过使用移动代理的代码迁移功能使普通的移动节点实现网关功能来提供接入服务，从而达到灵活控制网关的目的；同时，利用移动代理来收集和传播信息，可以有效降低控制分组的数量。通过仿真验证，该算法能够在保证原有接入性能的前提下，明显降低网络开销，验证了算法的有效性。
　　 (5)根据蚂蚁寻径与移动节点寻找网关的相似性，借鉴蚁群算法中信息素的更新方式，提出一种基于网关信息素更新的接入网络开销控制算法。该算法运用路由应答报文中携带的信息对网关信息素进行更新，节点在寻路时根据路径上的网关信息素浓度、链路带宽和时延等参数计算转发概率后再进行转发。同时，模仿蚁群算法中信息素挥发过程，对网关信息素进行局部调整，使之更符合网络特点。该方法变传统的广播网关通告的方法为节点保存并更新网关信息素的方法，避免了网关通告报文广播过程带来的洪泛开销。分析与仿真结果表明：采用该算法后，可以在保证一定的平均传输延迟的前提下有效降低归一化路由开销，提高分组投递率。同时，该算法可以独立于底层协议工作，对存在硬件或链路功能局限性的MANET接入Internet的特定应用具有参考价值。

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作者
李昕;
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作者单位

东北大学;

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授予单位东北大学;
学科通信与信息系统
授予学位博士
导师姓名朱志良;
年度 2009
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类移动通信;通信网结构与设计;
关键词
移动通信; 多跳自组网; 网络架构; 网关设计;

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专利

1. 基于网关信息素更新的MANET接入Internet开销控制方法 [J] . 李昕 ,李喆 . 电子学报 . 2010,第004期
2. 基于MANET接入Internet的动态网关布局与选取规划模型 [J] . 李昕 ,李喆 . 电子学报 . 2009,第004期
3. MANET接入Internet模型的设计与仿真实现 [J] . 李昕 ,李喆 . 计算机科学 . 2009,第002期
4. MANET与Internet互连的网关选择策略研究进展 [J] . 徐瑞 ,陈华胜 ,李伟华 . 计算机应用研究 . 2008,第006期
5. MANET与Internet互联中网关发现策略研究 [J] . 徐瑞 ,李伟华 ,李由 . 计算机科学 . 2008,第005期
6. 一种基于移动代理的MANET接入Internet路由算法的研究 [C] . 李昕 ,李喆 ,刘冰 . 辽宁省通信学会2009年通信网络与信息技术年会 . 2009
7. 利用动态网关实现移动Ad Hoc网络接入Internet技术的研究 [A] . 张文学 . 2012

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