基于卡尔曼滤波和Thorup-Zwick理论的移动自组织网络容迟路由算法设计

When the topology of a large-scale mobile network is changing frequently, the feature and pattern of node moblity are hard to catch. The end-to-end communication should suffer from delay/disruption tolerance. Such kind of mobile ad-hoc networks (MANETs) are used widely in many application fields like traffic. However, how to achieve efficient routing in MANETs is a difficult problem. The key point to this problem is to design a dynamic and adaptive routing model as welll as the related algorithms. Therefore, we intend to research and design environment-aware/adaptive and dyanmic routing models and algorithms, based on Kalman-filter and Thorup-Zwick theory. We will research the routing-related mobile node model, context attributes forecasting algorithm based on Kalman-filter, all-pairs shortest paths problem (APSP) algorithm based on Thorup-Zwick theory, and source routing algorithm based on APSP. We intend to solve the problem of dynamic and adaptive routing selection in delay/disruption tolerant MANETs. Therefore, we could improve the efficiency of data communciation in MANETs and provide basic theories for designing dynamic routing methods in MANETs.

当大规模移动网络的拓扑结构处于高度地动态变化时，节点的移动性特征和规律在系统部署前通常是难于获得的，节点间的数据通信需要容忍网络破坏和较大的传输延迟。具备这些特征的移动自组织网络在交通等众多领域具有广泛的应用前景。但是，如何提高这类网络的路由效率是一个难题，其关键在于动态自适应路由模型及相关算法的设计。针对该问题，本项目拟基于卡尔曼滤波的预测理论，同时结合Thorup-Zwich理论，设计具有较高精确度的环境感知与适应的动态路由模型与算法，包括路由相关的移动节点模型定义、基于卡尔曼滤波的上下文属性的预测算法、基于Thorup-Zwich理论的APSP算法、基于ASAP的源路由算法设计，解决延迟（破坏）容忍的移动自组织网络中动态自适应路由选择的问题，从而提高拓扑结构动态变化的移动网络中数据通信的效率，为这类网络中的动态路由设计提供基础理论。

具备容迟特征的移动自组织网络在交通等众多领域具有广泛的应用前景，但是如何提高这类网络的路由效率和可靠性是一个难题。本项目主要研究和解决“大规模移动网络中，在网络拓扑高度动态变化或拓扑未知的条件下，在移动节点间通信对网络破坏和传输延迟可容忍的前提下，设计一个具有环境感知的自适应路由模型及算法”的问题。通过项目实施，设计和研究了面向移动传感器网络的基于Thorup-Zwich理论的源端路由算法，以及一种面向移动自组织容迟网络中基于调度原理的概率路由算法；同时还实现了服务质量受限条件下认知无线网络中的频谱租赁最优化方法。考虑动态开放网络中数据传输的安全性问题，开展了一系列面向移动自组织网络的安全数据的研究工作，设计和实现了基于社会角色和网络编码的移动自组织网络安全数据算法。最后，基于ONE仿真工具实现了本项目的原型系统，并将本项目研究的面向移动自组织容迟网络的模型和算法，应用到物理信息融合网络（CPS）中，用于解决CPS中的入侵检测问题。.基于本项目的研究成果，发表学术论文13篇，申请发明专利4项，其中获得授权2项，申请并获得软件著作权2项，较为圆满的完成了预期研究目标。本项目的研究成果，对于解决移动自组织网络中的高效、可靠和容迟数据传输问题，具有较大的意义。