● 摘要
无线多跳网络具有自组织、易部署、低成本和良好的可扩展性等优点，可以扩展网络通信范围和提升网络容量，已广泛应用于军事战术通信、应急搜救、交通监视等领域。随着网络使用者数量和应用业务对带宽的需求剧增，针对无线链路的动态、有损和带宽资源受限等特性，设计高效率动态路由协议，提高路由协议对网络资源的利用率和对各种网络环境的适应力是无线多跳网络的核心关键问题之一。本文主要利用无线传输的广播与侦听特性，结合无线多跳网络的上述特性，围绕利用网络编码和机会转发提高无线网络吞吐量性能、利用概率转发降低路由开销和利用多径传输实现负载均衡等，开展了无线多跳网络动态路由关键技术研究，以改善和提升网络传输能力。论文的主要工作和创新性成果：1. 提出一种基于机会转发的网络编码路由算法OFNCR。针对网络编码COPE协议被动编码的问题，利用无线传输的广播和侦听特性，动态选择节点机会编码转发，从而比传统采用预定节点的路由转发机制获得更多编码机会。在分组转发过程中，中间节点考虑局部拓扑构形，通过定义编码收益函数，动态选择能获得更好编码收益的分组进行编码，并根据编码收益赋以分组动态转发优先级，可有效利用编码机会的同时避免冗余转发。实验结果表明，相比传统的基于网络编码的路由，OFNCR能有效提高网络的吞吐量和分组送达率。2. 提出一种基于流间网络编码的机会路由算法ORNC。考虑到机会路由天然存在多条路径及其空间分集增益，ORNC以网络编码感知的方式进行机会路径选择，积极创造网络编码机会，提高带宽利用率。在分组转发过程中，节点根据分组的实时接收情况和机会转发效用函数选择下一跳最佳转发节点。机会转发效用函数综合考虑了网络编码收益和转发节点到目的节点的距离。当存在网络编码机会时，可以有效减少期望的转发次数，提高网络吞吐量；当没有网络编码机会时，也可获得与传统机会路由相当的性能。仿真结果验证了ORNC能够有效地提高网络的吞吐量。3. 提出一种无线多跳网络的自适应gossip机制路由算法。针对洪泛路由发现中存在的路由控制消息冗余转发问题，提出综合考虑了节点负载、两跳邻居信息和路径跳数，计算路由请求分组的转发概率，减少路由控制分组的冗余转发。仿真结果表明，将所提出的自适应gossip机制应用于动态源路由协议后，相比传统的洪泛路由发现机制可降低路由开销和数据分组平均端到端延迟，对网络规模具有较好的适应性。4. 提出一种拥塞感知的多径路由算法。首先在路由发现过程，提出了基于距离的洪泛受限的路由发现广播算法以及根据网络的节点密度计算该距离门限值的方法，降低路由发现开销。其次，提出一种综合考虑路径质量和节点队列长度两个因素的路由度量标准以及基于该路由度量的路由选择和流量分配算法。仿真验证了算法的有效性。本文为无线多跳网络路由协议的开发与应用奠定了一定的理论基础和提供了一定的技术支撑。