论文摘要
移动自组网（Mobile Ad Hoc Network, MANET）是由一组带有无线收发装置的移动终端组成的一个多跳的临时性自治系统,网络通讯依靠节点之间的相互协作,以无线多跳的方式完成,具有组网快捷、灵活、抗毁性强,且不受固定网络设施约束等优势。移动自组网不仅适用于军用通信,也适用于环境监测、灾后现场、野外科学考察及家庭网络等民用通信领域。但是,开放的网络体系、共享开放的无线媒质、受限的网络能力以及动态的网络拓扑等新特性的引入,使得传统网络的路由方式不再适用于移动自组网环境。设计符合移动自组网特点与要求的路由方法,是移动自组网实际应用中必须解决的核心问题。现有移动自组网路由协议在路由效率和可扩展性等方面存在诸多问题,而且缺乏有效安全机制,无法有效的应对系统中的恶意行为及不可靠的服务质量。本文围绕路由效率和路由安全问题,开展了广泛且深入的研究,构建了高效的路由模型以及有效的安全机制,对现有研究成果的空白与不足进行了填补和改进,主要工作包括：（1）深入研究了结构化P2P （Peer-to-Peer Computing）路由技术与MANET路由技术的融合方法。针对对称的P2P拓扑结构及其路由算法,提出了基于Kademlia的MANET路由模型。通过分布式散列表技术将MANET物理节点映射到基于异或度量的覆盖网拓扑中,实现了基于P2P计算模式的路由方法。提出了基于DHT的全新高效的路由发现和路由维护方法。提出了独特的路由优化策略,进一步提升了路由效率。仿真结果表明,与其他基于P2P计算模式的MANET路由模型和传统MANET路由协议相比,该模型在各项路由性能上都取得了较大的优势,具有更好的可扩展性和鲁棒性。（2）针对非对称的P2P拓扑结构及其路由算法,提出了基于Terrace拓扑的MANET路由模型。通过将MANET网络系统投影到Terrace拓扑上,定义了覆盖层的非对称拓扑结构MRT （MANET Routing Tree）,设计了高效的MRT构造算法,并对算法的收敛性进行了证明。在路由方法上,该模型在覆盖层中基于前缀匹配路由分组,在物理网络中则利用源路由转发分组。借鉴P2P系统中的对象存取机制,提出了有效的路由优化策略：基于DHT的路由共享机制和基于DHT的路由发现机制。提出了高效的基于分布式散列表的MRT拓扑修补方法。仿真结果表明,较之传统MAENT路由算法,该路由模型具有更高的路由效率、更强的动态适应能力和更好的可扩展性。（3）针对移动自组网中可能存在的恶意节点,提出了基于贝叶斯框架的MANET分布式信任机制。明确定义了移动自组网环境下的信任的含义,构建了基于贝叶斯框架的信任模型,给出了信任度和声誉度的计算方法,深入分析了信任计算中存在的准确性问题和安全问题,并对计算方法进行了改进,使信任模型能够抵御诋毁攻击和偏见攻击。深入研究了分布式信任管理机制,提出了有效的交互证据收集方法和信任推荐的获取方法。结合MANET路由协议,设计了信任评估系统,给出了信任机制的实现方法。仿真结果表明,该信任机制可有效识别网络中的恶意节点和不诚实的推荐节点,从而大幅度提升了网络的整体性能,保证了网络的可用性,同时又具有较好的工程可行性。（4）针对节点在正常路由和数据转发过程中表现出的自私行为,提出了基于博弈论的MANET激励机制。从节点个体角度出发,建立了单阶段报文转发博弈模型,对移动自组网中因自私行为导致的“囚徒困境”进行了分析。提出了基于本地监测的严厉针锋相对惩罚策略以促进节点间的合作,并以此为基础构建了重复报文转发博弈模型,求解博弈的纳什均衡,得到了激励一致性条件。从群体的角度出发,基于演化博弈理论对节点由自私向协作转变的动态过程进行了分析,并证明了严厉针锋相对策略的演化稳定性。仿真结果表明,通过合理选择惩罚参数,可以有效激励不同类型自私节点的协作转发行为,提升网络的可用性,延长网络的生存时间。本文的相关研究受到了国家自然科学基金,沈阳市科技计划项目等的资金资助,相关研究成果已经应用到实际的原型系统及产品开发中。
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标签：移动自组网论文; 对等计算论文; 路由论文; 安全论文; 信任机制论文; 贝叶斯框架论文; 激励机制论文; 博弈理论论文;