IPv6中任播路由协议的研究

论文摘要

随着计算机技术与网络通信技术的快速发展,特别是Internet服务日益广泛深入的应用,任播作为IPv6所定义的三大通信方式之一,在众多网络应用中占据越来越重要的位置。任播研究的根本问题就是设计出高效的任播路由协议,使其按照定义完成相同地址多个主机最优路径的确定。但是,由于任播通信技术特别是任播路由问题是一个新的研究领域,关于它的研究才刚刚起步,因此还存在着许多问题需要进一步的分析和研究。针对不同网络环境中任播路由技术现存的问题,本文进行了深入地分析和研究,并且提出了解决方案与相关任播路由协议,本文所做的主要研究内容和创新如下：（1）深入分析和研究了传统任播路由要求全局信息导致大量节点资源和网络资源耗费的问题,将移动Agent技术引入到网络路由中,提出一种基于移动Agent的任播多目标路由协议。该协议只要求节点掌握局部信息,通过移动Agent去寻找任播组员,建立任播路由表,因此节点和网络资源开销较少。与本文提出的基于OSPF网络环境的多目标任播路由协议相比较,该协议因节省节点和网络资源开销在网络时延性能上具有较好的表现。（2）针对任播中常用的最短路径算法在移动自组网等高动态性网络中路由健壮性不高的缺点,提出一种基于密度和距离的任播路由协议。该协议路由选择由目标距离及目标周边任播组员的数目（即密度）决定。在高动态性网络中,选择密度较大的组员,传输过程中若发现目标失效,可重路由至周围其它任播组员的概率较高,路由健壮性较好。协议通过参数k值可调节距离和密度的权重从而影响任播组员的选择优先顺序,具有较好的可调节性和适应性,可在路由健壮性及路由效率两者之间可以做出较好的权衡。（3）针对无线传感器网络节点的有限能量问题及无线链路的链路质量问题,提出一种基于链路质量的无线传感器网络任播路由协议,该协议在讨论链路质量（特别是传递碰撞问题）计算的前提之上,以能耗均衡和系统能耗最小这两个因素决定任播路径的路由权重,并以参数α权衡两者之间的关系。该协议能有效地均衡网络能耗,减少系统能耗,从而优化网络生存期。（4）深入分析和研究了客户的QoS约束对任播路由技术的影响。针对带宽QoS约束的任播路由问题,提出一种基于负载平衡的任播流路由协议。该协议中,接入控制节点计算各路径权重值并以此多路径传递任播数据流,从而均衡负载；接入控制节点负责资源申请、复审控制和资源释放。通过均衡负载,任播组可以给客户提供较高带宽要求的数据流服务,并在降低平均服务时延上具有良好的效果。针对带宽需求和最小时延约束的多约束QoS任播路由问题,提出一个多项式时间近似优化算法来解决带宽和时延约束,鉴于该问题是NP难题,本文近似优化算法是一个较好的解决办法。相比较我们给出的启发式算法（最短路径优先任播路由算法和最大带宽优先任播路由算法）,在带宽受限大型网络中,本文近似优化算法具有明显的性能优势。（5）深入分析和研究了k-任播路由技术,提出一种基于移动Agent的分组k-任播路由协议。该协议创建并维护多个分组,每个分组管理至少k个k-任播成员,因此可将k-任播路由问题分散至各分组组长处,从而使协议具有分布式管理和多路径路由的特点；采用适合分布式管理的移动Agent技术实现分组和路由管理。该协议具有系统开销小、时延低和具有较好的可扩展性等优点。本文又利用无线网络的无线广播优势特性,提出一种基于广播策略的无线传感器网络的k-任播路由协议。协议中,通过调节发射功率,使得发送者可以同时传递多个目标,并优化全局能耗和系统均衡能耗这两个因子。该协议具有系统能耗小,能耗均衡,网络生存期长的优点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 图表目录
• 缩略词表
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 任播通信的特点及研究意义
• 1.3 任播的研究现状
• 1.4 研究内容与创新
• 1.5 组织结构
• 2 任播路由协议研究
• 2.1 任播路由协议的基本目标
• 2.2 任播路由协议分类
• 2.3 按需驱动任播路由协议
• 2.4 重要的表驱动任播路由协议
• 2.5 基于QoS约束的任播路由协议
• 2.6 基于智能算法的任播路由协议
• 2.7 基于负载均衡的任播路由协议
• 3 基于移动Agent的任播路由协议研究
• 3.1 移动Agent技术
• 3.1.1 移动Agent的优点
• 3.1.2 移动Agent的应用
• 3.1.3 移动Agent的生命周期
• 3.2 移动Agent在路由技术中的应用
• 3.3 基于OSPF的任播多目标路由协议
• 3.3.1 前言
• 3.3.2 路由表建立子协议
• 3.3.3 数据包传递子协议
• 3.3.4 模拟与分析
• 3.4 基于移动Agent的任播多目标路由协议
• 3.4.1 协议所需数据结构
• 3.4.2 协议具体步骤描述
• 3.4.3 仿真实验与分析
• 3.5 小结
• 4 基于无线（移动）通信技术的任播路由协议
• 4.1 移动自组网（MANET）和无线传感器网络（WSN）
• 4.1.1 MANET及其特点
• 4.1.2 WSN及其特点
• 4.2 基于MANET的任播路由协议
• 4.2.1 问题的提出与解决
• 4.2.2 协议所需相关参数
• 4.2.3 基于密度距离的任播路由协议
• 4.2.4 仿真实验
• 4.3 基于WSN的任播路由协议
• 4.3.1 WSN任播路由协议研究现状
• 4.3.2 WSN模型及问题描述
• 4.3.3 协议相关参数
• 4.3.4 实验结果及分析
• 4.4 小结
• 5 基于QOS约束的任播路由协议
• 5.1 研究背景
• 5.2 基于带宽约束的QoS任播路由协议
• 5.2.1 协议主要数据结构及参数
• 5.2.2 协议算法主要步骤
• 5.2.3 实验结果及分析
• 5.3 基于带宽和时延约束的QoS任播路由协议
• 5.3.1 系统模型及问题描述
• 5.3.2 启发式算法
• 5.3.3 本文优化算法
• 5.3.4 实验结果及分析
• 5.4 小结
• 6 k-任播路由协议
• 6.1 k-任播的定义及相关工作
• 6.2 基于移动Agent的分组k-任播路由协议
• 6.2.1 构建基于移动Agent的分组k-任播路由协议
• 6.2.2 仿真实验与分析
• 6.3 基于广播策略的WSN的k-任播路由协议
• 6.3.1 WSN网络模型
• 6.3.2 广播策略
• 6.3.3 能耗评价模型及本文协议能耗
• 6.3.4 协议算法步骤
• 6.3.5 实验结果及分析
• 6.4 小结
• 7 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 博士期间发表（含录用）的论文