移动计算设备和移动通信设备为今天的信息社会带来了革命性的变化,使我们正从个人计算时代转向无处不在的计算时代。无线网络是互连无处不在的设备的最直接的解决方案,近年得到了爆炸性地发展。但与有线网络相比,无线网络中系统出错的概率大大增加,网络入侵也更为隐蔽和多样,这对其可靠性和安全性问题的解决提出了巨大挑战。因此,研究移动环境下的容错和安全技术既具有理论意义亦具有实用价值。解决无线网络可靠性问题的基本途径一是避免错误发生,这可以通过保护设计如硬件冗余、软件的广泛测试、数据备份来实现;二是系统容错。由于错误是不可避免的,系统容错是解决可靠性问题的根本途径。而传统的容错技术存在效率低下或不适合无线/移动特性的问题,需要研究移动环境下新的高效容错技术。解决安全性问题的基本途径一是加强系统自身的保护,如采用数据加密、身份认证、安全路由等安全技术;二是进行入侵检测。路由技术是无线网络协议的一个极重要的组成部分,无线网络不同于有线网络的最大特性之一表现在路由协议的脆弱性和入侵行为的多样性,无线网络安全路由技术的研究是时下各国学者的研究热点,过去的研究虽取得了一些成果,但仍存在许多问题有待更深入的研究。在以计算为目标的网络中,检查点恢复机制是目前系统容错的通行方法。它是在适当间隔记录程序的中间运行状态,当错误出现后回滚到最近保存的状态继续执行以减少工作量的技术。移动计算中传统的检查点协议基于同一蜂窝下移动结点交换的信息需经移动基站的转发的通信模型,针对其网络冲突和消息延迟大的缺点,提出了一种基于同一蜂窝下移动结点直接交换信息这样一种通信模型下的检查点恢复协议。它利用了信道的广播特性,减少了协同消息,既节约了带宽也减少了延时。从理论上证明了所提出的协议的正确性,仿真结果表明所提出的协议的性能优于传统协议。在采用检查点间恢复机制的系统中,检查点间隔的大小决定着系统性能的发挥。最优检查点间隔的大小取决于错误率、系统的负载、检查点开销、可靠性等级等诸多因素。由于所选用的求解模型和优化目标的不同,以往检查点间隔的求解等式的形式都不一致。针对过去的检查点间隔的求解模型中过强或不现实的假定问题以及系统性能得不到最优的问题,提出了一种基于时间分段的求解模型,做到了使系统利用率最优,并推导了最优检查点间隔的求解等式。实验结果佐证了理论计算的正确性,且该模型 I<WP=5>具有适合任意分布错误到达率的优点。 在以通信为目标的网络中,路由协议在网络协议中处于举足轻重的地位。多播是一种重要的通信服务,最小成本多播路由算法是 NP 完全的。基于多播树的结点集和边集可以分别构造的思想,提出了一种改进的启发式多播路由算法,可以在相同时间复杂度下,有效地减少多播树的成本。此外,理论证明和仿真结果表明过去一些文献中对有关多播路由算法的时间复杂性分析是不正确的,并将结果从 O(m2n+e)修正为O(m2n)。这里 n 是网络节点数,m 是端节点数,e 是网络中的边数。 路由协议的自稳定是目前解决移动自组网中由于结点的加入/退出或移动而产生的链路错误(连接的建立和断开)或结点本身的偶尔错误的最通行方法,它在有限步骤内将系统从任意的不正常状态恢复到正常状态并保持直至另一个错误发生。在所提出的改进的多播路由算法基础上,提出了一个自稳定的半分布式启发式最小成本多播路由协议,结点间的最短路径的计算是分布式、自稳定的,而多播树由源点集中构造。协议具有最短路由的高效性,能对网络拓扑结构的变化进行实时响应,并对结点和链路错误具有容错能力,同时大大降低了传统方法构造的多播树的成本,在成本敏感的移动自组网中有着重要的应用价值。 移动自组网的开放、动态、分布式特性使得其路由安全问题的解决成为一种挑战。在分析了多种针对路由的关键攻击技术,总结了国内外现有研究成果的基础上,提出了一种移动自组网络安全系统框架;通过对过去几种典型协议的安全漏洞的分析,设计了一种新的安全路由协议,采用了对路由请求消息进行逐跳认证、端-端完整性检查和对邻居结点的广播消息进行监视的方法,确保了能建立最快速的安全路径,并具有更好的适用性(不仅适用无向通信,而且适用于有向通信)。协议性能和安全性分析表明所提出的协议以不高的网络负载赢得了好的路由发现和安全防护能力,同时将容错技术引入到安全领域的研究中,为安全路由协议的研究提供了一条新途径。