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无线多跳网络机会调度与路由协议的研究
无线多跳网络机会调度与路由协议的研究
随着互联网的普及，无线通信技术也得到了快速的发展。在无线通信中，无线多跳网络又被称为无线自组织网络（WirelessAdHocNetwork）或者无线传感器网络（WirelessSensorNetwork）。与传统的有线网络不同，无线多跳网络依靠相互协作的节点进行通信，节点之间的数据传输通过不断的跳跃来实现。无线多跳网络具有一定的优势，比如局域网的自组织，网络部署简单，能够适应环境变化等。在网络拓扑结构不稳定、移动网络节点比较多的情况下，无线多跳网络能够发挥优势。然而，在实际应用中，无线多跳网络在机会调度和路由协议方面还存在一些挑战。
一、无线多跳网络中机会调度的问题
在无线多跳网络中，节点间无线链路的状态时刻变化，因此如何在节点之间合理地分配无线信道资源进行数据传输至关重要。机会调度是一种有效的无线资源管理和调度机制，节点有机会使用共享无线资源（如信道和带宽）时，调整过程中不需要预先分配时隙，而是通过广播信息的方式在本地协调资源分配。机会调度能够达到低延迟，实时响应的需求，保证网络的公平性，提高网络的容错性。但目前机会调度还存在一些问题，如下：
（1）机会调度算法不能很好地应对网络状态的变化，尤其是在复杂的环境中，优化标准单一、运行效率低下等问题。
（2）机会调度所需要的开销较大，如符号同步、信道状态估计、多用户检测、信道码译等等，会占用网络的资源，尤其在大规模节点的情况下。
（3）传统的机会调度算法，比如高斯图形流动（Gauss-Markovflowmodel）等，不能够很好地适应复杂网络场景的变化，提高网络的效率。
二、无线多跳网络中路由协议的问题
路由协议是无线多跳网络的核心机制，网络中的每个节点都需要根据当前网络的拓扑结构及其他信息选择合适的路由策略进行数据传输。目前无线多跳网络的路由协议主要分为指定路由和自组织路由两类。前者需要网络中的某些节点充当“基站”或“控制中心”，竞选成为网络的“总指挥”，对路由进行全局管理。后者不需要中心节点的介入，所有节点都具有相同的功能，在网络中自动组织形成拓扑结构。路由协议需要满足安全、自适应、容错、高效等要求。目前，该领域的一些问题如下：
（1）网络中节点总数较多，每个节点的选择路径存在较大的黏着程度，容易造成路径的拥塞和延迟。
（2）多跳网络中存在丰富的拓扑结构，不同的拓扑结构采用的路由策略也不同，方案的难度较大。
（3）路由协议的设计需要考虑节点的动态性，比如节点的运动、失效等，不适合用静态方案应用。
三、机会调度与路由协议研究进展
为了解决上述问题，基于机会调度和路由协议的相关研究取得了一定的成果。现将一些代表性的研究成果简要介绍：
（1）基于博弈论的机会调度算法
基于博弈论的机会调度算法通过博弈论中的合作博弈模型分配网络中的共享无线资源。该算法不需要进行中央控制，并且能够保证资源公平分配。代表性的算法有分簇机会调度算法、方法论机会调度等。
（2）基于社交网络的路由协议
基于社交网络的路由协议主要是基于节点跳数的路由方案，将网络拓扑结构转换为社交网络的社区结构，借鉴社交网络中的社区发现算法以及SNS特点，构建出网络拓扑，然后采用一些跨越社区间的路径搜索算法实现整个网络的联通。
（3）基于深度学习的机会调度算法
基于深度学习的机会调度算法将网络中的无线信道分配问题看做无监督学习问题，使用Boltzmann机或其他深度学习模型进行建模构建。在此基础上，利用神经网络的能力，训练网络和信道状态的映射关系，进行无监督学习，并得到最佳信道分配方案。
总之，无线多跳网络机会调度与路由协议的研究得到了持续的关注和开发，由于无线多跳网络特殊的拓扑结构，复杂的链路场景和移动节点的动态性，机会调度和路由协议的设计和优化仍面临着许多挑战。