【正文】 ...... 37 結(jié)論 ........................................................................................................................ 42 參 考文獻(xiàn) ................................................................................................................. 43 致謝 ........................................................................................................................ 44 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 1 章 緒論 論文的研究背景和意義 在 便攜式設(shè)備的生產(chǎn)技術(shù)日趨成熟 的今天 ，輕巧的手持設(shè)備 (Handhelds ) 還有 筆記本計算機(jī) (Notebooks )以及 個人數(shù)字助理 (Personal Digital Assistants) PDA等 越來越流行， 已經(jīng)到了十分普及的境地。無線移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)呈現(xiàn)出空前快速發(fā)展的趨勢。例如手機(jī)這種移動通信網(wǎng)絡(luò) 就 需要 有 預(yù)先建設(shè)好的基礎(chǔ)設(shè)施 (如基站 )或接入點的支持才能實現(xiàn)， 可是萬一 這些 信息基站 或接入點發(fā)生故障不能正常工作 ，或者移動節(jié)點 (Mobile Node )離開 基站的信號 覆蓋范圍， 那么 這些移動節(jié)點就會失去通信能 力。 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò) 與傳統(tǒng)移動網(wǎng)絡(luò)的一個根本區(qū)別就是它 不需要有線基礎(chǔ)設(shè)備的支持，通過移動主機(jī)自由的組網(wǎng)實現(xiàn)通信。正是 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)所具有的這種 無可比擬的易部署性和抗毀性，使得它在軍事和民用兩個領(lǐng)域凸顯出 了 廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。 在民用領(lǐng)域，它可以用作其他主要通信系統(tǒng)的補(bǔ)盲 和 災(zāi)后地區(qū)的通信快速恢復(fù) 以及 區(qū)域內(nèi)無線移動會議等。要保持?jǐn)?shù)據(jù)分組的可達(dá)性和網(wǎng)絡(luò)一致性，然而傳統(tǒng)的洪泛算法要求 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中任意主機(jī)對于相同的廣播信息都要精確轉(zhuǎn)播一次。盡管 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)路由逐步由 主動式 轉(zhuǎn)變?yōu)榘葱栩?qū)動，使得路由信息只需 要 在必要時才計算出來，降低了額外負(fù)擔(dān)，但是其路由 的 發(fā)現(xiàn)過程仍需 要 洪泛 來 實現(xiàn)。 因此 尋求高效的廣播算法對于 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)路由 協(xié)議 設(shè)計的優(yōu)化以及 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計 都 有著十分重要的意義。包括概率型算法、基于計數(shù)器算法、基于距離算法、基于位置算法、基于角度算法和基于分簇算法，了解這些算法的基本原理和思想，深刻認(rèn)識并對它們的優(yōu)點和缺點比較。在基于概率型算法上進(jìn)行改進(jìn)，它根據(jù) Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點間的距離動態(tài)的調(diào)整轉(zhuǎn)發(fā)概率。 論文的結(jié)構(gòu)安排 全文內(nèi)容如下 ： 第一章：緒論。 第二章： Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)概述。 第三章： Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中的廣播風(fēng)暴問題。 第四章： Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)廣播。 第五章：對現(xiàn)有算法的改進(jìn)。 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 2 章 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)概述 本章主要介紹 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)的基本概念、歷史及發(fā)展現(xiàn)狀，列舉 了 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，并將其與其他無線網(wǎng)絡(luò)比較分析。 后來在 1991 年， 標(biāo)準(zhǔn)委員會采用“ Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)”一詞來描述這 樣一 種特殊的對等式 的 無線移動網(wǎng)絡(luò)。 據(jù)此我們 可 以 知 道 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò) 是由 一群具有接收和發(fā)送 信息 并能自由移動的節(jié)點或路由設(shè)備 所構(gòu)成 。 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)的歷史及發(fā)展現(xiàn)狀 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)的前身是分組無線網(wǎng) (Packet Radio Network)。早在 1972 年， 美國 DARPA(Defense Advanced Research Project Agency)就啟動了分組無線網(wǎng)PRNET(Packet Radio Network)項目，研究分組無線網(wǎng)在戰(zhàn)場環(huán)境下數(shù)據(jù)通信中的應(yīng)用。研究如何 將 PRNET 的成果加以擴(kuò)展，以支持更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，還要開發(fā)能夠適應(yīng)戰(zhàn)場快速變化環(huán)境下的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。在分組無線網(wǎng)已有成果的基礎(chǔ)上對能夠滿足軍事應(yīng)用需要的、可快速展開、高抗毀性的移動信息系統(tǒng)進(jìn)行全面深入的研究，并一直持續(xù)至今。 90 年代中期， 隨著一些技術(shù)的公開， Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)開始成為移動通信領(lǐng)域一個公開的研究熱點。 90 年代以來，移動 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)的研究在世界范圍內(nèi)方心未艾，已經(jīng)從無線 通信領(lǐng)域中的一個小分支逐漸擴(kuò)大到相對較獨立的研究領(lǐng) 域。 它適合被 用于無法或不便預(yù)先鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的場合、需快速自動組網(wǎng)的場合等。 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 也 是 美軍戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)。 還有在美國國防高級研究計劃局主導(dǎo)的GLOMO 計劃及其子計劃 WING 中 都 大量使用 了 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。根據(jù) Frost Sullivan 公司 05 年6 月發(fā)布的名為《美國戰(zhàn)士軍用通信市場》的研究報告 中 ，美國戰(zhàn)士軍用通信市場 2020 年的銷售 總 額將 從 05 年的 49 億美元 提升至 約 57 億美元。 因此在 以移動為主 軍事通信 中 ， Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)必將在軍 事通信領(lǐng)域大有作為。這時 對于搶險救災(zāi)來說 就需要 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò) ， 這種不 需要 任何固定網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 設(shè)施 的預(yù)設(shè)又能迅速 布設(shè)的自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù) ，來實現(xiàn)在搶險救災(zāi)過程中的重要信息的通信 。 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的獨立組織網(wǎng)絡(luò)能力和自組織 等 特點，是這些場合通信的最佳選擇。 它 不僅可 以 用于實現(xiàn) PDA、手機(jī)、 筆記本 電腦等個人電子通信設(shè)備之間的 移動 通信，還可 以 用于個人局域網(wǎng)之間的多跳通信。 傳感器網(wǎng)絡(luò) 應(yīng)用 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 也應(yīng)用于如今比較流行的 傳感器網(wǎng)絡(luò) (WSN)。傳感 器網(wǎng)絡(luò) 可 被廣泛的應(yīng)用 于 國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生 、 交通管理、制造業(yè)、抗險救災(zāi) 、環(huán)境監(jiān)測 等領(lǐng)域， 它的 應(yīng)用價值 非凡 ?？茖W(xué)家們各個地方 利用傳感器網(wǎng)絡(luò)開展生物監(jiān)測項目研究。由于無線傳感器 所 具有 的 廣闊的市場前景 ，美國國防部遠(yuǎn)景計劃研究局已 經(jīng) 投資幾千萬美元， 來幫助大學(xué) 進(jìn)行“智能塵埃”傳感器技術(shù)的研 究 。 WSN 的產(chǎn)業(yè)鏈 由此 已經(jīng)基本成型，出現(xiàn)了一大批 系統(tǒng)集成商 、組件供應(yīng)商、軟件授權(quán)商 和解決方案提供商，他們正在推動 WSN 產(chǎn)業(yè)從研發(fā)階段向市場 推廣 階段轉(zhuǎn)移。 與移動通信系統(tǒng)的結(jié)合 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)還可以 作為傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的一個補(bǔ)充 與 傳統(tǒng)的 移動通信系統(tǒng)相結(jié)合，利用移動 主機(jī) 的多跳轉(zhuǎn)發(fā)能力擴(kuò)大 傳統(tǒng) 移動通信系統(tǒng)的覆蓋 面積 、 平衡 相鄰小區(qū)的業(yè)務(wù)、提高小區(qū)邊緣的數(shù)據(jù) 通信 速率等。因此， Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)也可 為各種通信網(wǎng)絡(luò) 提供 無線接入 的功能 。這種技術(shù)比起傳統(tǒng)的點對多 模式來說具有諸如節(jié)能和易擴(kuò)容等 多優(yōu)勢，很多公司開始 把 WM技術(shù) 應(yīng) 用于寬帶網(wǎng)絡(luò)接入，而且相關(guān)的無線路由器等產(chǎn)品也已 經(jīng) 開始 商用。日本某市已 成熟 使用 WM 連接了13 個小學(xué)、 4 個中學(xué)和 18 個市政建筑。 將來 ， Wireless Mesh 在 各方面 領(lǐng)域的應(yīng)用更是無可限量。蜂窩系統(tǒng)的發(fā)展可 以根據(jù) 應(yīng)用技術(shù) 大致 劃分為三代。 如美國的 AMPS 系統(tǒng)。 在 模擬蜂窩系統(tǒng)中，語音按電路交換的形式在窄帶寬信道上以頻率調(diào)制的方 式進(jìn)行 傳輸，系統(tǒng)對每個單元的控制放在 了 移動支持中心 MSS(Mobile Support Station)或者基站 BS(Base Station)上， MSS 和基站作為固定網(wǎng)的一部分 通過 無線方式連接移動用戶。 如 GSM(Global System For Mobile Communication)，和以 DECT、 PACS、 CT2 為代表的數(shù)字無繩電話系統(tǒng)。國際電聯(lián)在 1985 年提出 了 第三代 (3G)蜂窩系統(tǒng)的概念 FPLMTS(Future Public Land Mobile Telemunications System)，在 1999 年改為 IMT2020(International Mobile Telemunications2020)標(biāo)準(zhǔn)。目前 ITU接受的 3G 標(biāo)準(zhǔn)主要有以下三種： WCDMA， CDMA2020 與 TDSCDMA。但蜂窩系統(tǒng)需 要 事先將覆蓋區(qū)域劃分為小區(qū) 設(shè)立基站等基礎(chǔ)設(shè)施的支持 ，組網(wǎng)受到地形限制，配置管理較為復(fù)雜。 無線局域網(wǎng) 無線局域網(wǎng) WLAN(Wireless Local Area Network)是采用無線傳輸 多 媒體的計算機(jī)局域網(wǎng) [10]。無線局域網(wǎng) 自身 具有無需物理布線 、可移動性強(qiáng) 、組網(wǎng)靈活快捷 、傳輸速度高、信號比較穩(wěn)定等優(yōu)點，通過 布設(shè) 足夠的 AP 可覆蓋一部分區(qū)域，用戶可以在這些 AP 間實現(xiàn)無縫漫游。物理層定義了工作在 的ISM(Industrial， Scientific and Medical )頻段上兩種無線調(diào)頻方式和一種紅外傳輸方式，總數(shù)據(jù)傳輸速率設(shè)計為 2Mbps。也可以在基站的協(xié)調(diào) 下 進(jìn)行。 定義了一個在 5GHz ISM 頻段上數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá) 54Mbpse 的物理層。蘋果公司把自己開發(fā)的 標(biāo)準(zhǔn)叫做湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 Airport。 由于有布設(shè)的無線局域網(wǎng)接入點的支持， 現(xiàn)在 在賓館、機(jī)場、餐廳、書店、學(xué)校、醫(yī)院等場所 隨時隨地可以享受無線網(wǎng)絡(luò) 服務(wù)， WLAN可 以 看作是有線網(wǎng)絡(luò)在無線領(lǐng)域的擴(kuò)充。 集群無線通信系統(tǒng) 集群無線通信系統(tǒng) 中 多個用戶 可 共用一組無線電信道，動態(tài)分配使用這些信道的專用移動通信系統(tǒng)，是一種最主要的專用移動通信系統(tǒng)。它們的主要特點是相 同頻率、共用設(shè)施、共享覆蓋區(qū)、共享通信業(yè)務(wù)等。 對講機(jī)系統(tǒng) 對講機(jī)系統(tǒng)是 最簡單的移動通信。對講機(jī)系統(tǒng)主要用于 語音 通訊，是 目前 軍隊、公安部門 普遍 的通信手段。如果要 擴(kuò)大通信覆蓋范圍， 就 必須增大對講機(jī)的無線傳輸距離，因而必須增 加信號 發(fā)射功率， 這就 不利于提高通訊設(shè)備的便攜性。對講機(jī)系統(tǒng)可視 為 僅支持語音通訊的簡單單跳移動自組網(wǎng)，其 使用的 覆蓋范圍和數(shù)據(jù)傳輸速率都 有非常有限 。 同步軌道衛(wèi)星系統(tǒng)是第一類 ， 應(yīng)用的有 InmarsatB、InmarsatM、澳大利亞的 MOBILESAT、北美的 MSAT、 Jet Propulsion Lab 的PASS、歐洲的 Olympus、美國的 ACTS、日本的 ESTVI 衛(wèi)星系統(tǒng)等。 很少有個人業(yè)務(wù)的應(yīng)用， 事實上，同步軌道系統(tǒng)實現(xiàn)個人通信存在巨大的困難，其中最難的 解決 問題就是個人終端 對衛(wèi)星性能的要求太 大。其 具有代表性的是 Motorola湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 公司提出的 IRDIUM 系統(tǒng)和 Loral 公司于 Qualm 公司共同倡導(dǎo)發(fā)起的GLOBSLSTAR 系統(tǒng)。 可是 由于其 個人終端 價格和通信 費用過高， IRDIUM 公司已經(jīng)于 1999 年申請破產(chǎn)保護(hù)，并與 2020 年終止業(yè)務(wù)。但是該系統(tǒng)只可覆蓋地球南北緯 70 度之間的范圍，且地面多達(dá) 150200 個， 而且 在戰(zhàn)爭和自然災(zāi)害 時 ， 其性能 遠(yuǎn)不及只有 12個地面站的 IRISIUM 系統(tǒng)安全。缺點有：衛(wèi)星信號到達(dá)有較大的延時， 10GHz 以上頻帶受降雨雪的影響大，衛(wèi)星天線受太陽、噪聲影響。 紅外通信時利用紅外技術(shù)實現(xiàn)兩點間的近距離保密通信和信息轉(zhuǎn)發(fā)，它一般有紅外發(fā)射和接受系統(tǒng)兩部分組成。紅外通信工作波長為 860nmp920nm，工作頻率高達(dá) 3x1014Hz。由于它具有良好的方向性，適用于國防邊哨之間的報名通信。激光大氣通信系統(tǒng)所用光源多為二氧化碳?xì)怏w激光器、 YAG 固體激光器、 HeNe 氣體激光器等。激光大氣通信系統(tǒng)在空間星際通信應(yīng)用中潛力巨大，但是仍然存在受大氣湍流干擾，有效通信距離短，帶寬受限，適合 全天候 、高機(jī)動性和穩(wěn)定可靠的光器件制作問題。同時 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò) 路由算法的問題是于自組移動網(wǎng)絡(luò)廣播算法內(nèi)容是有重要聯(lián)系的，因此本章節(jié)將詳細(xì)介紹 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò) 路由技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容。 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中的路由協(xié)議設(shè)計所面臨的問題 我們知 道 在自組織網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)節(jié)點移動時不再 有 固定基礎(chǔ)設(shè)施或接入點 來 幫助其實現(xiàn)路由分組。 對于自組網(wǎng)絡(luò) 需要為其專門設(shè)計研究新的路由 協(xié)議 算法。這些變化主要體現(xiàn)在節(jié)點加入，離開網(wǎng)絡(luò) 和 鏈路權(quán)值系數(shù)的變化 以及節(jié)點的不斷移動 。 (2)有限的帶寬資源。 (3)單向的無線信道。 (4)受限的計算和存儲能力以及受限的能源。 Ad Hoc 路由協(xié)議分類 根據(jù) Ad Hoc 無線網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的特殊性，近年來提出了多種 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 路由協(xié)議。根據(jù)這些路由協(xié)議的觸發(fā)原理，大致可以分為主動式也叫表驅(qū)動式 (Table Driven)路由協(xié)議、被動式也叫按需驅(qū)動 (On Demand Driven)路由協(xié)議和混合式 (Hybrid)路由協(xié)議三種。 圖 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議分類 主動路由協(xié)議 主動式路由協(xié)議又稱表驅(qū)動路由協(xié)議，每個節(jié)點維護(hù)一張包含 到達(dá)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點的路由信息的路由表，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓S時更新路由表，所以路由表可以準(zhǔn)確地反映網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。因此這種路由協(xié)議的時延較小，但是協(xié)議需要大量的路由控制報文路由，協(xié)議的開銷較大。常用的