移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能路由技術(shù)研究.pdf

1、移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)(MANET：Mobile Ad hoc NETwork)是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的無線通信系統(tǒng)，它的通信不依賴于任何固定設(shè)施，而是依靠節(jié)點(diǎn)之間的相互協(xié)作以多跳方式完成，具有自組織、分布性、動(dòng)態(tài)性等特點(diǎn)，因而能夠在復(fù)雜多變的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)快速部署和數(shù)據(jù)通信。移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)作為移動(dòng)通信新崛起的一個(gè)重要分支，近幾年發(fā)展迅速，并從最初單一的軍事應(yīng)用逐漸滲透到民用領(lǐng)域。但由于網(wǎng)絡(luò)中的無線節(jié)點(diǎn)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(dòng)Ad Hoe網(wǎng)絡(luò)在向?qū)嵱没较蜻~進(jìn)所需要著重研究的問題。論文對(duì)移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的MAC層的功率控制機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)層的節(jié)能路由機(jī)制進(jìn)行研究，通過理論上的深入分析和數(shù)學(xué)建模，提出一系列行之有效的節(jié)能算法以節(jié)省節(jié)點(diǎn)的能量消耗和提高網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同工作時(shí)間，主要研究貢獻(xiàn)歸結(jié)如下： 第3章提出了二種基于信號(hào)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(diǎn)是節(jié)點(diǎn)只要獲得信號(hào)衰減比就可以對(duì)報(bào)文進(jìn)行功率控制，而通過對(duì)于無線信號(hào)在自由空間模型和地面反射模型的衰減模型的分析，信號(hào)衰減比雖然在數(shù)值上是與傳播模型與節(jié)點(diǎn)間距相關(guān)的，但在計(jì)算時(shí)只需要獲得報(bào)文的發(fā)送信號(hào)功率和接收信號(hào)功率即可，因此無線節(jié)點(diǎn)并不需要額外的GPS(Global Position System)設(shè)備或定位算法的支持，具有簡(jiǎn)單性和經(jīng)濟(jì)性，此外，SAR-PC

4、A通過與網(wǎng)絡(luò)層的路由協(xié)議的有機(jī)結(jié)合，可以很容易與節(jié)能路由算法協(xié)同工作。模擬實(shí)驗(yàn)表明，SAR-PCA可以有效地提高網(wǎng)絡(luò)中的報(bào)文投遞數(shù)，在一定程度上提高節(jié)點(diǎn)的生存期，從而提高移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的效益。 第4章分析了移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的DSR(Dynamic Source Routing protocol)協(xié)議基于“最小跳數(shù)”的路由選取標(biāo)準(zhǔn)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(hào)衰減比的倒數(shù)作為節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率的指標(biāo)，從而可以高效地結(jié)合到DSR協(xié)議中；針對(duì)MECP-DSR協(xié)議在平衡節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的剩余電池能量作為節(jié)點(diǎn)的發(fā)射代價(jià)函數(shù)的組成部分，使那些剩余電池能量較小的節(jié)點(diǎn)由于發(fā)射代價(jià)較高而避免被選入路由當(dāng)中。模擬實(shí)驗(yàn)表明，MECP-DSR協(xié)議和PAR-DSR協(xié)議都可以有效地提高移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的生存期，MECP-DSR協(xié)議在節(jié)省網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)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(duì)于在實(shí)際

7、無線通信系統(tǒng)中報(bào)文并非總能投遞成功而需要引入重傳的特點(diǎn)，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(shí)系統(tǒng)是以一種更一般化的模型(GR模型)進(jìn)行重傳的，即鏈路層是進(jìn)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(yīng)采取的數(shù)學(xué)模型，指出EER和HHR模型是GR模型的兩個(gè)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(shí)意義?；贕R模型，提出了一種適用于差錯(cuò)鏈路的節(jié)能路由協(xié)議——ERRC(Energy-efficient Routing protocol forReliable Communication)。模擬實(shí)驗(yàn)表明，ERRC算法相比于沒有考慮報(bào)文錯(cuò)誤概率的基于同樣的能量?jī)?yōu)化目標(biāo)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(duì)泛洪式廣播對(duì)于節(jié)能路由協(xié)議缺乏指導(dǎo)作

9、用的缺點(diǎn)，提出了一種基于多點(diǎn)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(gè)節(jié)點(diǎn)選取部分鄰居節(jié)點(diǎn)作為它的MPR集，不在MPR集中的鄰居節(jié)點(diǎn)不處理和轉(zhuǎn)發(fā)來自該節(jié)點(diǎn)的廣播包，從而達(dá)到減小廣播開銷的目的。模擬實(shí)驗(yàn)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