移動Ad Hoc網(wǎng)絡的節(jié)能路由技術研究.pdf

1、移動Ad Hoc網(wǎng)絡(MANET：Mobile Ad hoc NETwork)是一種具有特殊結(jié)構的無線通信系統(tǒng)，它的通信不依賴于任何固定設施，而是依靠節(jié)點之間的相互協(xié)作以多跳方式完成，具有自組織、分布性、動態(tài)性等特點，因而能夠在復雜多變的環(huán)境中實現(xiàn)快速部署和數(shù)據(jù)通信。移動Ad Hoc網(wǎng)絡作為移動通信新崛起的一個重要分支，近幾年發(fā)展迅速，并從最初單一的軍事應用逐漸滲透到民用領域。但由于網(wǎng)絡中的無線節(jié)點一般是由具有有限能量的電池供電的，而電

2、池容量很難在短期內(nèi)有大幅度的提高，因此能量問題是移動Ad Hoe網(wǎng)絡在向?qū)嵱没较蜻~進所需要著重研究的問題。論文對移動Ad Hoc網(wǎng)絡的MAC層的功率控制機制和網(wǎng)絡層的節(jié)能路由機制進行研究，通過理論上的深入分析和數(shù)學建模，提出一系列行之有效的節(jié)能算法以節(jié)省節(jié)點的能量消耗和提高網(wǎng)絡的協(xié)同工作時間，主要研究貢獻歸結(jié)如下： 第3章提出了二種基于信號衰減比的功率控制算法——SAR-PCA(Signal Attenuation Rateb

3、ased Power ControlAlgorithm)，該算法最重要的特點是節(jié)點只要獲得信號衰減比就可以對報文進行功率控制，而通過對于無線信號在自由空間模型和地面反射模型的衰減模型的分析，信號衰減比雖然在數(shù)值上是與傳播模型與節(jié)點間距相關的，但在計算時只需要獲得報文的發(fā)送信號功率和接收信號功率即可，因此無線節(jié)點并不需要額外的GPS(Global Position System)設備或定位算法的支持，具有簡單性和經(jīng)濟性，此外，SAR-PC

4、A通過與網(wǎng)絡層的路由協(xié)議的有機結(jié)合，可以很容易與節(jié)能路由算法協(xié)同工作。模擬實驗表明，SAR-PCA可以有效地提高網(wǎng)絡中的報文投遞數(shù)，在一定程度上提高節(jié)點的生存期，從而提高移動Ad Hoc網(wǎng)絡的效益。 第4章分析了移動Ad Hoc網(wǎng)絡中的DSR(Dynamic Source Routing protocol)協(xié)議基于“最小跳數(shù)”的路由選取標準在節(jié)能能量消耗方面的不足，然后聯(lián)合MAC層的功率控制算法SAR-PCA，提出了一種基于DS

5、R協(xié)議的最小能耗路由協(xié)議——MECP-DSR(Minimum Energy Consumption routing Protocol based on DSR)，該協(xié)議通過理論分析得出可以以信號衰減比的倒數(shù)作為節(jié)點的發(fā)射功率的指標，從而可以高效地結(jié)合到DSR協(xié)議中；針對MECP-DSR協(xié)議在平衡節(jié)點間能量消耗方面的不足，提出了一種基于DSR協(xié)議的功率感知的路由協(xié)議——PAR-DSR(Power Aware Routingprotocol

6、 based on DSR)，該協(xié)議通過將節(jié)點的剩余電池能量作為節(jié)點的發(fā)射代價函數(shù)的組成部分，使那些剩余電池能量較小的節(jié)點由于發(fā)射代價較高而避免被選入路由當中。模擬實驗表明，MECP-DSR協(xié)議和PAR-DSR協(xié)議都可以有效地提高移動Ad Hoc網(wǎng)絡的生存期，MECP-DSR協(xié)議在節(jié)省網(wǎng)絡的全局能量消耗方面要優(yōu)于PAR-DSR協(xié)議，但是在平衡所有節(jié)點的生存期差異方面PAR-DSR協(xié)議要優(yōu)于MECP-DSR協(xié)議。 第5章對于在實際

7、無線通信系統(tǒng)中報文并非總能投遞成功而需要引入重傳的特點，從理論上分析了在端到端(EER)重傳模型和逐跳重傳(HHR)模型下“基于最小化能量消耗”的節(jié)能路由協(xié)議所選取的路徑并非總是最優(yōu)的，指出現(xiàn)實系統(tǒng)是以一種更一般化的模型(GR模型)進行重傳的，即鏈路層是進行有限次數(shù)的重傳，如果這些重傳失敗由上層來保證端到端的可靠性。該章從概率論角度分析并提出了在GR模型下的節(jié)能路由協(xié)議所應采取的數(shù)學模型，指出EER和HHR模型是GR模型的兩個特例，因此

8、GR模型是更廣泛和一般化的模型，具有較大的現(xiàn)實意義?；贕R模型，提出了一種適用于差錯鏈路的節(jié)能路由協(xié)議——ERRC(Energy-efficient Routing protocol forReliable Communication)。模擬實驗表明，ERRC算法相比于沒有考慮報文錯誤概率的基于同樣的能量優(yōu)化目標的節(jié)能路由算法，表現(xiàn)出了更好的節(jié)能性能，是一種更精確的節(jié)能路由協(xié)議。 第6章針對泛洪式廣播對于節(jié)能路由協(xié)議缺乏指導作

9、用的缺點，提出了一種基于多點中繼的高效能的廣播協(xié)議——MPREB(MultiPoint-Relaying-based Energy efficient Broadcasting protocOL)。MPREB協(xié)議提供了3種不同的MPR選擇策略，每個節(jié)點選取部分鄰居節(jié)點作為它的MPR集，不在MPR集中的鄰居節(jié)點不處理和轉(zhuǎn)發(fā)來自該節(jié)點的廣播包，從而達到減小廣播開銷的目的。模擬實驗結(jié)果表明，MPREB協(xié)議可以有效降低節(jié)能路由協(xié)議在路由尋找過程