能量受限Ad Hoc網(wǎng)絡的路由協(xié)議研究.pdf

1、Ad Hoc網(wǎng)絡由于其具有自治性、拓撲動態(tài)性以及分布式操作等優(yōu)勢，作為無線移動通信中一種具有競爭力的組網(wǎng)方式而受到廣泛關注。目前，網(wǎng)絡節(jié)點通常采用電池等存儲式能源進行供電，其攜帶的有限能量難以保證節(jié)點在網(wǎng)絡中長時間持續(xù)工作。因此，在節(jié)點能量受限條件下，合理分配和利用有限的能量資源，延長系統(tǒng)的工作時間成為 Ad Hoc網(wǎng)絡研究的關鍵問題之一。相關研究表明，Ad Hoc網(wǎng)絡中的能量消耗主要集中在分組轉發(fā)能耗方面，故本論文通過設計和調(diào)整路由協(xié)

2、議分組轉發(fā)的策略，對 Ad Hoc網(wǎng)絡的分組轉發(fā)能量消耗進行優(yōu)化，有效解決了節(jié)點能量受限條件下系統(tǒng)不能長時間持續(xù)工作的問題。
　　本論文以 Ad Hoc網(wǎng)絡的應用為背景，以能量受限為約束條件，以路由協(xié)議為切入點，著重分析了路由協(xié)議的設計對網(wǎng)絡性能的影響。針對路由發(fā)現(xiàn)和路由維護過程中冗余能量的產(chǎn)生和能耗非均衡等問題，分別采用節(jié)約能耗、均衡能耗和剩余能量保護等策略對路由協(xié)議進行優(yōu)化設計，延長節(jié)點能量的使用時間，進而延長網(wǎng)絡的生存時間。

3、本文從路由發(fā)現(xiàn)的尋路方式和選路策略以及路由維護三方面進行研究，主要涉及內(nèi)容包括：
　?。?）針對路由發(fā)現(xiàn)過程中的尋路方式進行優(yōu)化設計，為后續(xù)的選路和維護過程提供前提基礎。針對傳統(tǒng)的洪泛廣播方式冗余信息量大，額外能耗高等問題，本論文首先將 Gossip算法應用于傳統(tǒng)的洪泛廣播機制中，在保證一定的分組到達率前提下，利用Gossip算法的雙峰特性設計出可減少冗余信息傳播的偽洪泛廣播方式。在此基礎上，提出了增加動態(tài)保護域的策略進一步保證傳

4、輸?shù)姆纸M到達率，有效減少路由的控制開銷，達到節(jié)省冗余能量消耗的目的。
　?。?）對路由發(fā)現(xiàn)過程中的選路策略進行優(yōu)化設計，這也是整個路由過程的核心內(nèi)容。本論文首先從理論上證明了路由協(xié)議的設計無法實現(xiàn)網(wǎng)絡生存時間最大化目標。在無法實現(xiàn)最優(yōu)化設計的前提下，本論文推導得出節(jié)點的剩余能量是影響網(wǎng)絡生存時間性能的關鍵因素之一，作為路由設計的參考依據(jù)。在此基礎上，論文針對節(jié)點剩余能量這一關鍵因素設計了多策略路由選擇的能量感知路由啟發(fā)式算法?；?/p>

5、不同時期節(jié)點剩余能量對網(wǎng)絡的影響，分別采取均衡能耗和不同程度的能量保護的方式，實現(xiàn)延長網(wǎng)絡生存時間的目標。
　?。?）基于分組傳輸差錯概率下重傳機制在傳輸能耗方面的影響，進一步優(yōu)化設計了路由的選路策略。由于Ad Hoc網(wǎng)絡環(huán)境下分組錯誤傳輸概率較高，需要消耗較大的分組重傳能耗，因此在路由發(fā)現(xiàn)選路策略中應將該能耗部分加以考慮。基于此，本論文提出了結合分組傳輸錯誤概率的優(yōu)化節(jié)能路由策略。其中在分組傳輸差錯概率信道環(huán)境下分別對端到端重傳

6、（EER）和逐跳重傳（HHR）兩種機制推導出相應的路由策略代價函數(shù)，給出將二者結合的適用范圍更廣的M重傳路由策略代價函數(shù)。通過將分組重傳產(chǎn)生的額外能耗加入到路由策略代價函數(shù)中，實現(xiàn)在分組傳輸差錯概率下節(jié)能策略的路由選擇。
　?。?）在上述研究的基礎上，針對路由維護過程中的維護策略進行優(yōu)化設計，為分組數(shù)據(jù)的可靠傳輸提供保障。網(wǎng)絡環(huán)境的動態(tài)變化容易造成傳輸路徑中斷，因而需要健壯的路由維護機制對中斷路徑進行維護。本論文針對傳統(tǒng)路由維護策

7、略進行路由維護所需的時間較長，消耗的能量較大等問題，提出了本地路由維護的優(yōu)化策略，將路徑中斷的維護控制在本地較小區(qū)域內(nèi)，對中斷路徑快速修復，減小路由維護時間，降低由于維護所增加的網(wǎng)絡能量開銷。在此基礎上，本論文提出了針對可能出現(xiàn)中斷的傳輸路徑進行預測維護的思想，減少分組傳輸過程中路徑中斷的產(chǎn)生概率。該策略通過對可能引發(fā)路徑中斷的關鍵因素進行感知，對危險鏈路作出預測并提前啟動本地維護策略，在傳輸路徑中斷前完成替代鏈路的發(fā)現(xiàn)過程，提前對危險