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1、华中科技大学 硕士学位论文 无线网状网机会性路由技术研究 姓名：朱云 申请学位级别：硕士 专业：计算机软件与理论 指导教师：石柯 20080605 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘 要 无线网状网络是一种高容量高速率的多点对多点网络，具有动态自组织性、自 愈性，是一种新型的可以解决“最后一英里”瓶颈问题的分布式网络，是下一代无线 网络的一种关键技术。近几年来，无线网状网技术取得了突飞猛进的发展，并获得 了众多成功的商业应用。然而，无线网状网络目前还没有统一的路由标准，采用的 路由技术主要是从 Ad-hoc 网络中移植过来，并不
2、能完全适合无线网状网络。传统的 路由协议都遵循一个同样的来自于有线网络的路由协议设计原则，即所有网络节点 在传输数据包之前确定这些数据包该次传输的下一跳，把无线多跳网络当作一组独 立的点对点的链路，根据一系列这样的链路来路由寻径，忽略了无线信道的广播特 性。机会性路由技术是一项新兴的路由技术，它充分利用无线网状网络中信道的广 播特性，数据传输后再确定路由的下一跳，一个节点的一次数据发送多个节点可能 收到，让收到数据的多个节点都参与下一轮的数据传输，但是节点之间需要紧密的 协作，以防止出现重复的传输，浪费网络资源，现有的机会性路由协议由于节点间 的紧密协作和信息交换带来的网络开销而影响了路由的健
3、壮性和灵活性，不易于实 际应用。 针对上述问题，基于网络编码的无线网状网机会性路由技术综合使用网络编码 技术和机会性路由技术提高无线网状网络中的数据传输性能，各个节点根据数据传 输特性、无线链路质量、网络编码方法独立地做出有效的路由决策，避免了节点间 通信的开销，多个节点分布式多路径传输，充分利用网络中空闲节点的传输能力， 达到网络负载平衡的效果；适应动态无线网络环境的随机线性编码方法，能够在无 线网状网络节点上高效地实现编解码操作，降低对存储空间的需求；通过节点对数 据包的编码组合，减小重复传输出现的概率，也减小了对节点协作的要求，从而减 小机会性路由协议的开销；将机会性路由和最短路径路由相
4、结合，根据数据流类型 选择最优的路由方式，保证源节点与目的节点之间的数据传输能充分利用网络资源， 最大化网络吞吐率，提高网络性能。测试表明，系统能在多种无线网状网络环境中 运行并带来一定的吞吐率提高和网络负载平衡。 关键字：无线网状网，机会性路由，随机线性编码 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract Wireless Mesh Network (WMN) is a high-capacity, high-speed, multi-point to multi-point distributed network wit
5、h dynamic self-organizing, self-healing which has emerged as a key technology for next-generation wireless networking as it can solve the last mile bottleneck. WMN is undergoing rapid progress and inspiring numerous commercial applications in recent years. However, the key issue in WMN design is to
6、provide high-quality and high-efficient routing protocols. Despite the availability of many routing protocols for Ad-hoc networks, the design of routing protocols for WMN is still an active research area without uniform standards. Traditional routing protocols follow the same design principle from w
7、ired network that chooses the next-hop before transmitting a packet, and the routing algorithm is responsible for picking the best path through the nodes to destination, it conceals the underlying broadcast medium of wireless multi-hop network behind a point-to-point abstraction. Opportunistic routi
8、ng is a recent technique which allows any node that overhears the transmission and is closer to the destination to participate in forwarding the packet. However, it introduces a difficult challenge that multiple nodes may hear a packet broadcast and unnecessarily forward the same packet. The current
9、 opportunistic routing protocols impose a strict schedule on routers access to the medium to ensure routers that hear the same transmissions do not forward spurious packets. This coordination between routers increases the network overhead and impacts the robustness and flexibilities of the routing w
10、hich makes it been less practical applied. To address above issues, Opportunistic Routing based-on Random Coding in Wireless Mesh Network (ORRC) integrated the network coding technique with opportunistic routing technique to improve transmission performance in WMN. Each router makes an opportunistic
11、 routing strategic independently, avoids the communication overhead between routers. Distributed multi-path transmission makes full use of the idle nodes as well as keeps the network load balancing. ORRC randomly mixes packets before forwarding them and needs no special scheduler to coordinate route
12、rs. This randomness 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 III ensures that routers that hear the same transmission do not forward the same packets, reducing the probability of repeat transmission as well as requirements of coordination between routers, thus brings down the overhead of oppor
13、tunistic routing. ORRC chooses the best routing ways according to data flows type, combines opportunistic routing with best-path routing to ensure that transmissions between source and destination can make full use of network bandwidth, maximize network throughput and improve network performance. Te
14、sting showed that ORRC increases network throughput to a certain degree and keeps load balancing in variety of wireless Mesh topology. Key words: Wireless Mesh Network, Opportunistic Routing, Random Network Coding 独创性声明 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体
15、已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 ，在_年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“”） 学位论文作者签名： 指
16、导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪 论 本章首先简述了基于网络编码的无线网状网机会性路由技术的研究背景，接着 介绍了国内外在无线网状网路由技术方面的研究概况，简单介绍了现有无线网状网 的路由技术及其不足，引出网络编码技术，机会性路由技术，对现有机会性路由协 议进行归纳，并分析了几个国内外具有代表性的机会性路由协议，然后说明了本课 题的研究背景和主要研究内容，最后介绍了文章的框架和组织结构。 1.1 研究背景 无线网状网络(Wireless Mesh Network, WMN) 1, 2是一种新型的无线宽
