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无线自组网服务发现协议的研究

作　者: 高振国
导　师: 杨孝宗
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 计算机组织与系统结构
关键词: 无线自组网服务发现协议服务综合协议隐含服务节点网络连通性
分类号: TN929.53
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

无线自组网是由多个无线移动节点临时组成的不依赖任何基础通信设施的无线多跳对等网,网络中的每一个节点同时具有普通网络节点和路由器的双重功能。而服务发现协议是网络节点自动从网络中搜索所需服务的技术。服务发现协议的最终目标就是要实现无人管理的网络,将人从乏味繁重的网络维护工作中解脱出来。所以,简单高效、健壮灵活、具有良好扩展性的服务发现协议是无线自组网实用化的一项关键技术。研究无线自组网基本性质的准确的闭合的解析描述对包括服务发现协议在内的无线自组网协议设计工作具有重要意义,如用于指导协议参数的设置、针对性地优越协议操作、估算协议的性能等。因此本文第二章基于组合学方法和极限思想研究了矩形区域内节点均匀分布的无线自组网的几项基本属性,网络中链路总数的期望值,网络中节点度数分布情况,以及网络连通性与无线信号传输半径的关系等,得出了其解析描述。GSD (Group-based Service Discovery prototcol)协议是个典型无线自组网服务发现协议。它采用了基于组的服务需求包智能转发技术,该技术根据所需服务的特点和本地搜集整理的信息将服务需求包有选择地发送给部分节点,避免了泛洪式转发策略。但GSD在具体操作中存在明显问题:对每个选中节点都要单播发送一个服务需求包,显著增大了服务需求包开销。虽GSD存在明显的问题,但其基于组的服务需求包智能转发技术是非常值得借鉴的,为此本文提出了转发节点集中技术和单播通信广播模拟技术以弥补GSD的问题。转发节点集中技术用所谓的转发节点代替候选节点作为服务需求包的转发目标,而单播通信广播模拟技术把多个以单播方式发送给不同接收节点的信息包用一个以广播方式发送的信息包来代替。数学分析和仿真研究都证明新技术能显著节省服务需求包开销。仿真研究证明采用着两项新技术的FaBGSD协议具有更小的服务需求包开销,更高的效率,更快的响应速度。但FaBGSD协议仍存在无效候选节点及转发节点选取策略效率低等方面的不足。为弥补其不足,本文提出了隐含服务节点剪除技术和隐含服务节点覆盖集合最小化技术。隐含服务节点剪除技术尽量精简要覆盖的隐含服务节点数量,而隐含服务节点覆盖集合最小化技术则用最小的转发节点集合来覆盖隐含服务节点。本文将隐含服务节点覆盖集合最小化技术的核心技术概括成隐含服务节点覆盖集合问题,证明了该问题的NP完全性,给出了基于贪婪思想的启发式算法,得出了算法的近似系数。仿真研究证明了采用了这

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-16
第1章绪论  16-42
  1.1 引言  16-17
  1.2 无线自组网  17-18
  1.3 服务发现协议  18-21
    1.3.1 服务发现协议的功能要素  18-20
    1.3.2 服务发现协议中的角色  20
    1.3.3 服务发现协议的基本工作过程和方式  20-21
  1.4 现有服务发现协议  21-23
    1.4.1 根据网络类型的分类  21-22
    1.4.2 根据体系结构的分类  22-23
  1.5 现有服务发现协议中基本功能要素的实现技术  23-30
    1.5.1 功能性方面  23-27
    1.5.2 特性方面  27-30
  1.6 无线自组网服务发现协议  30-36
    1.6.1 无线自组网给服务发现协议设计工作带来的挑战  30
    1.6.2 现有无线自组网服务发现协议  30-34
    1.6.3 无线自组网服务发现协议比较分析  34-35
    1.6.4 现阶段无线自组网服务发现协议的研究重点  35-36
  1.7 无线自组网的仿真研究  36-40
    1.7.1 实现高可信性的计算机仿真  37-39
    1.7.2 服务发现协议的性能指标  39-40
  1.8 本文主要研究内容与结构  40-42
第2章矩形区域均匀无线自组网属性的解析描述  42-54
  2.1 引言  42-43
  2.2 矩形区域均匀无线自组网中节点对间距离  43-48
    2.2.1 节点对间距离的分布函数  43-47
    2.2.2 矩形场景参数b 的影响  47-48
    2.2.3 节点对间距离公式的仿真验证  48
  2.3 无线自组网若干性质的解析描述  48-51
    2.3.1 定义  48-49
    2.3.2 无线链路总数期望值  49
    2.3.3 节点平均度数及其概率分布  49-50
    2.3.4 网络连通性与无线传输半径的关系  50-51
  2.4 无线自组网若干性质的理论结果的仿真验证  51-53
    2.4.1 无线链路总数期望值  51
    2.4.2 节点度数概率分布  51-52
    2.4.3 网络连通性与无线传输半径的关系  52-53
  2.5 本章小结  53-54
第3章利用单播通信广播模拟技术改进GSD协议  54-74
  3.1 引言  54-55
  3.2 GSD 服务发现协议的基本操作  55-57
    3.2.1 服务广播包传播  55-56
    3.2.2 服务需求包转发  56-57
    3.2.3 服务回复包路由  57
  3.3 GSD 服务发现协议存在的问题  57-58
  3.4 FaBGSD 协议基础  58-60
    3.4.1 FaBGSD 协议的数据结构  58-60
    3.4.2 符号  60
    3.4.3 定义  60
  3.5 FaBGSD 服务发现协议中的新技术  60-64
    3.5.1 转发节点集中技术  60-61
    3.5.2 单播通信广播模拟技术  61
    3.5.3 单播通信广播模拟技术能显著节省服务需求包数量  61-64
    3.5.4 单播通信广播模拟技术的效果实例  64
  3.6 FaBGSD 服务发现协议  64-67
    3.6.1 服务需求包转发过程  64-65
    3.6.2 FaBGSD 协议服务需求包转发过程示例  65-67
  3.7 FaBGSD 服务发现协议的仿真研究及性能分析  67-72
    3.7.1 服务广播包传播的两种效应  67-68
    3.7.2 节点移动速度的影响  68-69
    3.7.3 无线传输半径的影响  69-71
    3.7.4 服务节点数量的影响  71-72
  3.8 本章小结  72-74
第4章基于隐含服务节点覆盖集合的优化技术  74-96
  4.1 引言  74-75
  4.2 FaBGSD 服务发现协议存在的问题  75-76
  4.3 FNMGSDP 服务发现协议基础  76-78
    4.3.1 FNMGSDP 服务发现协议的数据结构  76-77
    4.3.2 符号  77-78
    4.3.3 定义  78
  4.4 隐含服务节点剪除技术  78-80
  4.5 隐含服务节点覆盖集合最小化技术  80-88
    4.5.1 隐含服务节点覆盖集合问题的定义  80-81
    4.5.2 隐含服务节点覆盖集合问题属于NPC 问题  81-84
    4.5.3 隐含服务节点覆盖集合问题的贪婪算法及其近似系数  84-88
  4.6 FNMGSDP 服务发现协议  88-91
    4.6.1 服务广播包传播过程  88-89
    4.6.2 服务需求包转发过程  89
    4.6.3 服务需求包转发过程示例  89-91
  4.7 FNMGSDP 服务发现协议的仿真研究及性能分析  91-95
    4.7.1 节点移动速度的影响  91-93
    4.7.2 无线传输半径的影响  93-94
    4.7.3 服务节点数量的影响  94-95
  4.8 本章小结  95-96
第5章基于转发节点支配集合的覆盖维持技术  96-118
  5.1 引言  96-97
  5.2 MDFNSSDP 服务发现协议基础  97-99
    5.2.1 MDFNSSDP 服务发现协议的数据结构  97-98
    5.2.2 符号  98
    5.2.3 定义  98-99
  5.3 最小转发节点支配集合技术  99-100
  5.4 MDFNSSDP 服务发现协议  100-103
    5.4.1 Hello 包广播  100
    5.4.2 服务需求包转发  100-101
    5.4.3 服务回复包路由  101-102
    5.4.4 MDFNSSDP 服务需求包转发过程示例  102-103
  5.5 MDFNSSDP 协议性质分析  103-107
    5.5.1 转发节点支配集合的存在性  103-104
    5.5.2 MDFNSSDP 协议的覆盖维持性  104-107
    5.5.3 MDFNSSDP 服务需求包转发算法的时间复杂性  107
  5.6 MDFNSSDP 服务发现协议本身参数对性能的影响  107-112
    5.6.1 SType 参数对协议性能的影响  108-109
    5.6.2 VType 参数对协议性能的影响  109-110
    5.6.3 任务模式参数对协议性能的影响  110-111
    5.6.4 KSize 参数对协议性能的影响  111-112
  5.7 MDFNSSDP 服务发现协议的性能对比分析  112-116
    5.7.1 节点移动速度的影响  112-113
    5.7.2 无线传输半径的影响  113-115
    5.7.3 服务节点数量的影响  115-116
  5.8 本章小结  116-118
第6章容错式上下文知觉的服务综合协议  118-132
  6.1 引言  118-119
  6.2 FTCASCP 服务综合协议基础  119-120
    6.2.1 定义  119
    6.2.2 FTCASCP 服务综合协议的体系结构  119-120
  6.3 FTCASCP 服务综合协议的工作过程  120-124
    6.3.1 综合服务需求解析  121-122
    6.3.2 服务发现  122
    6.3.3 服务运行协调  122-123
    6.3.4 结果综合  123-124
  6.4 FTCASCP 服务综合协议性能的数学分析和仿真研究  124-130
    6.4.1 参照协议的选择  124
    6.4.2 性能指标  124-125
    6.4.3 FTCASCP 服务综合协议性能的数学分析  125-127
    6.4.4 FTCASCP 服务综合协议的仿真研究和性能分析  127-130
  6.5 本章小结  130-132
结论  132-134
参考文献  134-144
攻读博士学位期间所发表的学术论文  144-146
哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明  146
哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书  146
哈尔滨工业大学博士学位涉密论文管理  146-147
致谢  147-148
个人简历  148

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