本文選題：移動(dòng)Ad　切入點(diǎn)：hoc網(wǎng)絡(luò)　出處：《北京理工大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：由于信息技術(shù)的飛速發(fā)展，軍事作戰(zhàn)方式不斷改變，信息優(yōu)勢(shì)已經(jīng)成為決定戰(zhàn)場(chǎng)勝負(fù)形勢(shì)的制高點(diǎn)。當(dāng)前，各種使用移動(dòng)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建的野戰(zhàn)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、戰(zhàn)場(chǎng)偵察和監(jiān)視系統(tǒng)等大量裝備部隊(duì)，這些系統(tǒng)在具有越來(lái)越強(qiáng)功能的同時(shí)，還需要與軍用IP廣域網(wǎng)互聯(lián)。因此，如何保證在野外機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)過(guò)程中機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)部隊(duì)與軍用IP廣域網(wǎng)之間的無(wú)縫不間斷連接，成為一個(gè)急需解決的問(wèn)題。 在軍事作戰(zhàn)過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)快速部署，通常對(duì)軍用戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的自配置功能要求非常高，其中就包括設(shè)備的地址自動(dòng)配置。由于軍用超短波電臺(tái)自組網(wǎng)具有帶寬窄、速率低的信道特點(diǎn)，必須設(shè)計(jì)高效率、低開銷的地址自動(dòng)配置協(xié)議。在軍用戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的整個(gè)生存期間，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)頻繁變化，它可能會(huì)分割成幾個(gè)較小的網(wǎng)絡(luò)，或者幾個(gè)較小的網(wǎng)絡(luò)在某一時(shí)間會(huì)合并成為一個(gè)較大的網(wǎng)絡(luò)。因此，地址自動(dòng)配置協(xié)議需要能夠處理網(wǎng)絡(luò)分割和合并的場(chǎng)景。 在遂行野戰(zhàn)任務(wù)時(shí)，軍用戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)與軍用IP廣域網(wǎng)需要交互大量的指揮控制和態(tài)勢(shì)感知信息以及情報(bào)。而設(shè)備要想接入軍用IP廣域網(wǎng)，首先需要發(fā)現(xiàn)和選擇網(wǎng)關(guān)。為了提高軍用戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)與軍用IP廣域網(wǎng)互聯(lián)的可靠性和魯棒性，往往會(huì)部署多個(gè)網(wǎng)關(guān)。面對(duì)大量的音頻、視頻、圖像等資料的交互需求，如何從多個(gè)網(wǎng)關(guān)中發(fā)現(xiàn)和選擇一個(gè)保證服務(wù)質(zhì)量的網(wǎng)關(guān)至關(guān)重要。 為了適應(yīng)復(fù)雜的野戰(zhàn)地理環(huán)境和提供可靠冗余的通信需求，軍用戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)通常都包含多種無(wú)線通信手段，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸手段多樣以提升整體的吞吐量。而軍用戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)與軍用IP廣域網(wǎng)的互聯(lián)流量都經(jīng)網(wǎng)關(guān)中繼，網(wǎng)關(guān)往往會(huì)成為影響互聯(lián)性能提升的瓶頸。通常為了解決這個(gè)問(wèn)題，會(huì)在網(wǎng)絡(luò)中部署多個(gè)網(wǎng)關(guān)，以增加互聯(lián)的總帶寬容量。但是，在沒(méi)有引入其它機(jī)制的情況下，如果使用傳統(tǒng)的最短路徑路由算法來(lái)選擇到網(wǎng)關(guān)的路由路徑，那么移動(dòng)結(jié)點(diǎn)都會(huì)選擇距離自己最近的網(wǎng)關(guān)，于是，高度集中的流量勢(shì)必導(dǎo)致單個(gè)網(wǎng)關(guān)負(fù)載過(guò)重。因此，僅僅通過(guò)部署多個(gè)網(wǎng)關(guān)并不能較好地提升互聯(lián)的吞吐量性能，為了提高軍用戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)與軍用IP廣域網(wǎng)間的流量交互性能，必須對(duì)多網(wǎng)關(guān)間的負(fù)載平衡機(jī)制進(jìn)行深入研究。 本文針對(duì)移動(dòng)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)與Internet互聯(lián)的新需求和挑戰(zhàn)，在地址自動(dòng)配置、網(wǎng)關(guān)發(fā)現(xiàn)和選擇以及負(fù)載平衡方面展開深入研究，這些研究工作對(duì)于進(jìn)一步地討論和開展移動(dòng)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用具有重要意義。 論文的創(chuàng)新型工作主要包括以下幾個(gè)方面： 1）針對(duì)軍用超短波電臺(tái)自組網(wǎng)帶寬窄、速率低的信道特點(diǎn)，提出一種高效率、低開銷的移動(dòng)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)地址自動(dòng)配置協(xié)議MANET-AACP。該協(xié)議能夠?yàn)橐苿?dòng)結(jié)點(diǎn)配置一個(gè)唯一的本地地址和一個(gè)唯一的全局地址。該協(xié)議能夠處理網(wǎng)絡(luò)分割和網(wǎng)絡(luò)合并問(wèn)題，并在整個(gè)移動(dòng)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)生存期間保證所配置地址的唯一性。通過(guò)理論分析證明本文提出的MANET-AACP協(xié)議產(chǎn)生地址沖突的概率非常低，通過(guò)仿真證明該協(xié)議有效、開銷較低。 2）針對(duì)軍用戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)與軍用IP廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)交互的新需求，本文提出一種基于網(wǎng)絡(luò)負(fù)載自適應(yīng)的網(wǎng)關(guān)發(fā)現(xiàn)協(xié)議，它根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的流量負(fù)載動(dòng)態(tài)地調(diào)整網(wǎng)關(guān)通告消息的發(fā)送范圍，較好地適應(yīng)了當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，提高了互聯(lián)的性能。提出一種網(wǎng)關(guān)發(fā)現(xiàn)協(xié)議的理論分析模型，并使用該模型對(duì)本文提出的基于網(wǎng)絡(luò)負(fù)載自適應(yīng)的網(wǎng)關(guān)發(fā)現(xiàn)協(xié)議和現(xiàn)有的網(wǎng)關(guān)發(fā)現(xiàn)協(xié)議進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明，，本文提出的基于網(wǎng)絡(luò)負(fù)載自適應(yīng)的網(wǎng)關(guān)發(fā)現(xiàn)協(xié)議既能獲得很好的互聯(lián)性能，同時(shí)又將開銷維持在合理的范圍內(nèi)。仿真結(jié)果表明，本文提出的基于網(wǎng)絡(luò)負(fù)載自適應(yīng)的網(wǎng)關(guān)發(fā)現(xiàn)協(xié)議能夠獲得較好的分組傳遞率和較低的端到端平均分組傳輸延遲。 3）提出一種基于QoS的網(wǎng)關(guān)選擇算法，它使用網(wǎng)關(guān)當(dāng)前可用負(fù)載容量、移動(dòng)節(jié)點(diǎn)到網(wǎng)關(guān)的路徑質(zhì)量以及移動(dòng)節(jié)點(diǎn)到網(wǎng)關(guān)的最短距離三個(gè)QoS參數(shù)來(lái)選擇最佳網(wǎng)關(guān)，它能選擇一條到網(wǎng)關(guān)的具有較好路徑質(zhì)量的、較輕負(fù)載的路徑，同時(shí)盡量降低消耗的資源。仿真結(jié)果表明，本文提出的基于QoS的網(wǎng)關(guān)選擇算法能夠獲得較好的分組傳遞率和較低的端到端平均分組傳輸延遲。 4）本文提出兩種多網(wǎng)關(guān)間負(fù)載平衡路由算法，這兩種算法都能使得負(fù)載在Ad hoc網(wǎng)絡(luò)以及多網(wǎng)關(guān)間平衡分布。為了降低平均路由路徑長(zhǎng)度，引入路由路徑長(zhǎng)度增長(zhǎng)閾值，防止路由路徑長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，避免消耗更多寶貴的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源。仿真結(jié)果表明，本文提出的兩種多網(wǎng)關(guān)間負(fù)載平衡路由算法不但能夠有效地平衡負(fù)載，而且與最短路徑路由算法相比，平均路由路徑長(zhǎng)度的增長(zhǎng)不超過(guò)20%。
[Abstract]:Due to the rapid development of information technology, military combat mode changing, information superiority has become the determining ground. Current situation of battlefield outcome, field Internet system using mobile Ad hoc network technology to build the battlefield reconnaissance and surveillance system such as a large number of troops, the system has stronger function at the same time, and also need to the military IP Wan. Therefore, how to ensure the motor of combat troops and military IP wide area network in the field of mobile operations uninterrupted seamless connection, become an urgent problem.
In military operations, in order to realize the rapid deployment of military tactical network, usually the Internet self configuration function requirements are very high, including address auto configuration equipment. Due to military VHF radio with narrow bandwidth of ad hoc network, the channel characteristics of low speed, high efficiency must be designed, address auto configuration protocol with low overhead. During the whole life of Military Tactical Internet network, the network topology may change frequently, it may be divided into several smaller networks, or several smaller networks at a time will be merged into a larger network. Therefore, the address auto configuration protocol needs to be able to handle network partitioning and merging the scene.
In the field to carry out the task, need a large number of interactions of command and control and situational awareness of information and intelligence and military tactical network protection IP wide area network. And the equipment to access protection Wan IP, first of all need to find and select the gateway. In order to improve the reliability and robustness of IP Wan Military Tactical Internet and army. Often the deployment of multiple gateways. Faced with a large number of audio, video, interactive image data, how from multiple gateway discovery and selection is very important to ensure the quality of service gateway.
In order to adapt to the needs of the communication field of complicated geographical environment and provide reliable redundancy, military tactical internet usually contain a variety of wireless communication method, data transmission method of network internal diversity to improve the overall throughput. While the Internet traffic in the Internet and the military tactical military IP wide area network by gateway relay gateway will often become the bottleneck the Internet to improve the performance. Usually in order to solve this problem, will deploy multiple gateway in the network, with a total increase of interconnection bandwidth capacity. However, without introducing other mechanism, if using the traditional shortest path routing algorithm to select the routing path to the gateway, so the mobile node will choose from their the nearest gateway, so highly concentrated flow will inevitably lead to a single gateway overload. Therefore, only by deploying multiple gateways and can better extract In order to improve the traffic interaction performance between Military Tactical Internet and military IP Wan, we must further study the load balancing mechanism between multiple gateways.
In this paper, the new requirements and challenges for mobile Ad hoc network and Internet Internet, in the address auto configuration, gateway discovery and selection and load balance of in-depth research, these research works for further discussion and wide application of mobile Ad hoc network is of great significance.
The innovative work of this paper mainly includes the following aspects:
1) for military VHF radio ad hoc network bandwidth, the channel characteristics of low speed, a high efficiency, low cost of the mobile Ad hoc network address auto configuration protocol MANET-AACP. protocol to the mobile node configuration a unique local address and a unique global address. The protocol can deal with the problem of network segmentation and the network, and ensure the uniqueness of the allocation of addresses in the mobile Ad hoc network. During the period of survival probability by theoretical analysis show that the proposed MANET-AACP protocol address conflict is very low, the simulation proves that the protocol is effective, low overhead.
2) according to the requirements of the New Military Tactical Internet and military IP wide area network data interaction, this paper proposes a gateway discovery protocol based on adaptive network load, according to the transmission range of network traffic load dynamically adjust the gateway advertisement messages, to better adapt to the current state of the network, improve the performance of the proposed interconnection. The discovery of a theoretical model of protocol gateway, and using the model of the proposed network load based on adaptive gateway discovery protocol and the existing gateway discovery protocol is analyzed. The analysis results show that the proposed adaptive gateway discovery based on internet protocol can get good performance, but also the maintenance overhead in a reasonable range. The simulation results show that the proposed adaptive gateway discovery based on protocol can obtain better packet delivery rate And lower end to end packet transmission delay.
3) put forward a selection algorithm of QoS gateway based on it using the currently available gateway load capacity, mobile node to gateway path quality and mobile node to gateway shortest distance three QoS parameters to choose the best gateway, it can choose a better path to the gateway has the quality of light load path at the same time, to reduce the consumption of resources. The simulation results show that the proposed QoS gateway selection algorithm can obtain better packet delivery rate and lower end to end based on the average packet transmission delay.
4) this paper puts forward two kinds of multi gateway load balancing routing algorithm, these two algorithms can make the load in the Ad hoc network and gateway balance distribution. In order to reduce the average path length, the length of the routing path growth threshold, prevent the routing path length is too long, to avoid the consumption of more valuable wireless cyber source simulation. The results show that the proposed two multi gateway load balancing routing algorithm can effectively balance the load, and compared with the shortest path routing algorithm, the average path length of the growth of no more than 20%.

【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN929.5

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本文編號(hào)：1675390