动态环境下无线Mesh网络的路由算法研究
一、论文选题的目的及意义
无线Mesh网络(WMN)是一种无线宽带接入网络，利用分布式思想构建网络，让用户在任何时间、任何地点都可以对互联网进行高速无线访问。WMN作为一种新型的无线多跳网络，通常由Mesh路由器和Mesh客户端构成，其中Mesh路由器的移动性较小，可以构成无线骨干网，用于向Mesh客户端及传统的客户端提供网络接入。WMN具有建网速度快、初期建设成本低、网络维护方便等优点，有很广泛的应用前景，包括在军事或救灾时可用于构建临时性的无线网络、用于构建宽带无线接入网及无线回程网等。无线Mesh网络目前已得到众多无线标准的支持，比如IEEE802.11、IEEE802.15、IEEE802.16、IEEE802.20等。尤其是基于IEEE802.16的Mesh网络，具有长传输距离及高传输速率等优点，受到了越来越多的关注。
面向重特大灾害现场应急通讯的需求，需要在重特大灾害现场快速构建由卫星地面站、Mesh无人机节点和传感器节点实现的多层次、多模式结合的异构通讯网络。本文结合无线Mesh网络以及灾害易发地区环境特点，研究基于无线Mesh网络的灾害应急高动态网络拓扑下路由协议算法优化，以保证数据包的稳定传输以及提高数据包的投递率，保障重特大灾害发生时，快速响应灾区的通讯应急需求，实现灾区通讯资源的优化配置，改变灾区信息孤岛境况，提升重特大灾害应急响应与决策的通信保障能力。
OLSR（Optimized Link State Routing protocol，优化的链路状态路由协议）路由协议能够适用于拓扑结构高动态的网络，因此，具备了在重特大灾害现场保障通讯稳定的基本条件。基于此，本次研究拟优化基于OLSR协议的高动态网络拓扑下路由协议。
二、 国内外关于该论题的相关研究现状和发展趋势
近年来， WMN 已经成为下一代无线网络的关键技术。有些学者已经开始从WMN 的角度重新研究已有的无线网络的协议，工业标准小组正在积极的为 WMN定制新的规范， SEE-Mesh（ Simple Efficient Extensible Mesh， SEE-Mesh） 和Wi-Mesh（ WiFi-Mesh， Wi-Mesh） 于 2006 年联合提出了 802.11s 草案及其参考体系结构。
从技术特点来看， WMN 将成为未来无线城域网（ Wireless Metropolitan Area
Networks， WMAN） 核心网的理想组网方式，也是迄今为止唯一一种建设商用移动 Ad Hoc 网络的可行技术。
WMN 是移动 Ad Hoc 网络的一种特殊形态，它的早期研究源于移动 Ad Hoc网络的研究与开发，是一种新型的宽带无线网络结构，即一种高容量、高速率的分布式网络。它不同于传统的任何有线与无线网络，可以看成是一种 WLAN 和Ad Hoc 网络的融合， 并能同时兼顾了两者的优势。 3GPP（ The 3rd Generation Partnership Project， 3GPP）标准化组织在 Release6 版本中提出了 Ad Hoc 与 WLAN融合的解决方案，而 IEEE（ Institute of Electrical and Electronics Engineers， IEEE）802.21 工作组重点考虑 IEEE802 在数据链路层面上与其他网络的融合技术，同时，IEEE802.11 也在考虑与蜂窝移动的融合。
由于多接口多信道技术在 WMN 方面广阔的应用前景，目前迅速成为一个研究热点；不可否认， 多接口多信道技术为 Mesh 网络实现系统容量的提升提供了良好的解决方案， 但是也对多接口多信道条件下 Mesh 网络的无线资源管理技术提出了新的挑战，迄今为止， 已有一些针对多接口网络的多信道访问和信道分配方案陆续提出。现有的方案大致可以分为静态、动态、混合的无线资源管理方式。
三、 论文的主要内容、研究方法及技术路线
（一）主要内容
本文研究的课题是优化基于OLSR路由协议的高动态网络拓扑下路由协议，通过改进OLSR协议中的MPR节点选取来改进OLSR路由协议在网络延时、网络吞吐量、网路转发TC消息数量等方面性能，从而保证高动态拓扑下稳定传输，在重特大灾害现场保障通讯稳定可靠，避免通信中断。
OLSR路由协议是由移动自组网工作组提出的一种表格驱动、主动式路由协议，它继承了链路状态算法的稳定性，同时对经典的链路状态算法进行了优化。 它的核心是多点中继（MPR），MPR是被专门选定的节点，用于在洪泛过程中转发广播消息。
OLSR协议对纯链路状态算法所做的优化如下：
（1）采用多点中继机制有效的减少了洪泛过程中的转发广播消息 。
每个节点都从其邻居节点中选择一组节点作为 MPR，只有被选作MPR的节点才负责转发控制消息。 相比经典的洪泛机制极大的降低了信息开销，这是一种高效的洪泛机制。 其工作机制如图1所示。
图1中节点a选择它的邻居节点m1、m2、m3作为它的MPR集合，当节点ａ洪泛广播消息的过程中只有节点m1、m2、m3转发这条消息，然后节点m1、m2、m3 分别在它们自己的一跳邻居节点里面选择MPR集合，进行洪泛消息的转发，依此类推，将节点 ａ 洪泛消息传播到网络中的每一点，建立起了可靠的网路拓扑；
(2)只有MPR节点才产生链路状态消息，缩减了控制分组的大小。网络中的节点并不发布与所有一跳邻居节点的链路信息，而只声明与其中继选择节点（MPR Selector）之间的链路。 对比经典链路状态算法，OLSR路由协议的局部链路状态信息分布在网络中。
基于OLSR路由协议链路状态优化的特性，本研究可将其运用到高动态网络拓扑的环境中，使得移动中的Mesh终端设备可通过改变链路状态，通过多跳方式完成信息传输和交互，以保证高动态拓扑下稳定传输。
（二）研究方法
首先对OLSR路由协议的改进算法的研究背景进行调研，学习OLSR路由协议的路由机制，从而深入了解OLSR路由协议的改进潜力。通过从OLSR路由协议的MPR节点选取出发找出更优化的算法应用于高动态网络拓扑的环境中。在仿真软件中部署基于OLSR路由协议的仿真网络。比较并记录改进优化后的OLSR路由协议与标准OLSR路由协议的丢包率，吞吐量，端到端时延等参数。
（三）技术路线
通过OPNET仿真平台建立场景，对标准OLSR路由协议、MPR改进算法的OLSR路由协议进行仿真。本次研究采用OPNET的三层建模来仿真我们的路由协议，即网络模型，节点模型和进程模型。为了限制节点的运动范围，我们选择office场景，通过限制office的人小来限制节点的运动范围。设置相关的场景大小，节点的个数，通信的半径，MAC层协议，实验仿真时间来完成对不同OLSR路由协议的丢包率，吞吐量，端到端时延等参数的测
五、 论文主要参考文献
[1] Dilpreet Kaur, Naresh Kumar. Comparative Analysis of AODV, OLSR, TORA,DSR and DSDV Routing Protocols in Mobile Ad-Hoc Networks[J]. I. J. Computer Network and Information Security, 2013, 3:39-46.
[2] Sahadevaiah K.An Empirical Examination of Routing Protocols in Mobile Ad Hoe Networks[J].International Journal of Communications Network & System Scienc，2010，3(6): 511-522.
[3] Natarajan D，Rajendran A P．AOLSR：hybrid ad hoc routing protocol based on a modified Dijkstra’S algorithm[J]．Eurasip Journal on Wireless Communications&Networking，2014，2014(1)：1-10
[4] Peng Y，Yu Y Guo L，et a1．An efficient joint channel assignment and QoS routing protocol for IEEE 802.11 multi-radio multi-channel wireless mesh networks[J]．Journal of Network & Computer Applications，2013，36(2)：843-857.
[5] Wang Z，Wang Q．The Research of a Multiple Disjoint Paths Routing Protocol for Ad Hoc Sensor Networks[J]．Energy Procedia，2012，17(17)：499-505.
[6] Yi J，Adnane A，David S，et a1．Multipath optimized link state routing for mobile ad hoc networks[J] Ad Hoc Networks，2011，9(I)：28-47.
[7] Fan Y, Wang L, Zhou L. The Comparision and Simulation of Ad Hoc Network Routing Protocol Based on NS2[J]．Journal of Networks，2010，5(4)：435-442.
[8] 兰鹏，李二涛，何仙贵. 基于改进 OLSR 路由协议 mesh 网络的研究[J]. 杭州电子科技大学学报,2013,33(4).
[9] 谭方勇，叶良，郭翠珍，张燕. 高速移动自组网中DSDV与OLSR协议的仿真与分[J]. 苏州市职业大学学报, 2013,24(1).
[10] 朱晓芳. 高动态移动自组网路由协议研究[D]. 中国科学技术大学,2010.
[11] 刘杰，王玲，王杉，等．基于OLSR协议的最小MPR集选择算法[J] 计算机应用，2015,
35(2)：305-308.
[12] 鲍传山. AdHoc网络DSR路由协议的研究与改进[D]. 南京邮电大学, 2011.
[13] 杨彬. 无线 Mesh 网多接口多信道技术研究[D].重庆大学，2013.
[14] 李保军. 一种高效的无线 Mesh 网络安全接入认证协议的分析与实现[D]. 西安电
子科技大学. 2010.
[15] 任娟. 无线 Mesh 网络的资源分配及拥塞控制算法研究[D]. 北京交通大学. 2010.
[16] 王显坤, 何登平. 无线 Mesh 网络路由判据的研究[J]. 数据通信, 2008(4): 30-33.
[17] 邵艳，苏杰，肖明波．一种基于跨层的无线Mesh网络路由协议[J]．现代电子技术,2009，32(1 9)：27- 41．
[18] 夏辉，贾智平，张志勇．移动AdHoc网络中基于链路稳定性预测的组播路由协议[J]．计算机学报, 2013，36(5)：926—936.
[19] 高嵩. OPNET Modeler 仿真建模大解密 [M]．北京:电子工业出版社，2010．
[20] 郭建立, 刘刚.移动自组织网路由稳定性分析［J］．无线电通信技术，2011，37( 4) : 1-3．
六、教师所提问题回答的内容记录
