能量受限Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議研究.pdf

1、Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)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(guān)注。目前，網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(luò)研究的關(guān)鍵問題之一。相關(guān)研究表明，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的能量消耗主要集中在分組轉(zhuǎn)發(fā)能耗方面，故本論文通過設(shè)計和調(diào)整路由協(xié)

2、議分組轉(zhuǎn)發(fā)的策略，對 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的分組轉(zhuǎn)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(luò)的應(yīng)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(shè)計對網(wǎng)絡(luò)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(shè)計，延長節(jié)點能量的使用時間，進而延長網(wǎng)絡(luò)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：
　　（1）針對路由發(fā)現(xiàn)過程中的尋路方式進行優(yōu)化設(shè)計，為后續(xù)的選路和維護過程提供前提基礎(chǔ)。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(yīng)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(shè)計出可減少冗余信息傳播的偽洪泛廣播方式。在此基礎(chǔ)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(shè)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(shè)計無法實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)生存時間最大化目標(biāo)。在無法實現(xiàn)最優(yōu)化設(shè)計的前提下，本論文推導(dǎo)得出節(jié)點的剩余能量是影響網(wǎng)絡(luò)生存時間性能的關(guān)鍵因素之一，作為路由設(shè)計的參考依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，論文針對節(jié)點剩余能量這一關(guān)鍵因素設(shè)計了多策略路由選擇的能量感知路由啟發(fā)式算法。基于

5、不同時期節(jié)點剩余能量對網(wǎng)絡(luò)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(luò)生存時間的目標(biāo)。
　?。?）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(shè)計了路由的選路策略。由于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)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(yīng)將該能耗部分加以考慮?；诖耍菊撐奶岢隽私Y(jié)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(dǎo)出相應(yīng)的路由策略代價函數(shù)，給出將二者結(jié)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。
　　（4）在上述研究的基礎(chǔ)上，針對路由維護過程中的維護策略進行優(yōu)化設(shè)計，為分組數(shù)據(jù)的可靠傳輸提供保障。網(wǎng)絡(luò)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(fù)，減小路由維護時間，降低由于維護所增加的網(wǎng)絡(luò)能量開銷。在此基礎(chǔ)上，本論文提出了針對可能出現(xiàn)中斷的傳輸路徑進行預(yù)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(guān)鍵因素進行感知，對危險鏈路作出預(yù)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