無(wú)線網(wǎng)絡(luò)路由算法和MAC性能改進(jìn)技術(shù)研究.pdf

1、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是一種移動(dòng)通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,其克服了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的不足,實(shí)現(xiàn)了可移動(dòng)的數(shù)據(jù)交換,為局域網(wǎng)開(kāi)辟了一個(gè)嶄新的技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域。無(wú)線局域網(wǎng)(Wireless Local Area Network,WLAN)正以其高度的靈活性、移動(dòng)性、低成本和較高的傳輸能力在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)不同,不僅存在著誤碼率高、易干擾和隱藏站點(diǎn)/暴露站點(diǎn)等問(wèn)題,而且還有共享無(wú)線信道和可移動(dòng)性等特性,因此無(wú)線網(wǎng)

2、絡(luò)在路由算法和MAC協(xié)議上與有線網(wǎng)絡(luò)存在許多差異。此外,網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和分布等特性對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的影響與有線網(wǎng)絡(luò)也有所不同?；谏鲜龆喾N因素的考慮,節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)、路由算法和MAC層協(xié)議的優(yōu)劣對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要。本文對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)、路由算法及MAC協(xié)議相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了分析和研究。在現(xiàn)有協(xié)議的基礎(chǔ)上,提出了改進(jìn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)路由算法和MAC協(xié)議性能的方法,并在模擬環(huán)境下對(duì)所提出的算法進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)和性能分析,為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)、路由算法及M

3、AC協(xié)議的研究提供了新的思路和方法,一定程度上提高了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)路由算法及MAC協(xié)議的可靠性和可控性,拓展了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在不同需求場(chǎng)合的應(yīng)用。具體而言,論文主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:(1)基于OLSR協(xié)議實(shí)現(xiàn)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的定位針對(duì)無(wú)線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)已知自己位置(三維坐標(biāo),通過(guò)在節(jié)點(diǎn)中裝備GPS或其它的定位設(shè)備獲取)的情況下,在OLSR無(wú)線網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的基礎(chǔ)上,修改了路由計(jì)算算法,在節(jié)點(diǎn)的路由表中增加目的節(jié)點(diǎn)的位置信息。實(shí)現(xiàn)了節(jié)

4、點(diǎn)對(duì)其周圍或整個(gè)無(wú)線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中其它節(jié)點(diǎn)分布情況的定位,并對(duì)具備定位功能的OLSR路由協(xié)議與原協(xié)議進(jìn)行性能上的對(duì)比和分析。研究?jī)?nèi)容給一些無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于位置信息的應(yīng)用,如路由算法的優(yōu)化和數(shù)據(jù)包傳輸策略的選擇等,提供了條件并帶來(lái)了便利。(2) Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)的改進(jìn)針對(duì)目的節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)路由控制信息的傳輸存在延時(shí),并進(jìn)而會(huì)影響節(jié)點(diǎn)定位的準(zhǔn)確性,對(duì)原定位算法進(jìn)行了分析,給出目的節(jié)點(diǎn)定位存在誤差的主要原因。提出了一種依據(jù)路由表中

5、目的節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前位置對(duì)其實(shí)際位置進(jìn)行預(yù)測(cè)的算法。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)位置的預(yù)測(cè)算法,對(duì)節(jié)點(diǎn)路由表中的位置信息應(yīng)用預(yù)測(cè)算法以使其與目的節(jié)點(diǎn)的實(shí)際位置盡量相近。對(duì)算法進(jìn)行了模擬與分析,證明了算法能較好地減小因目的節(jié)點(diǎn)路由信息傳輸延時(shí)等因素而給定位準(zhǔn)確性帶來(lái)的影響。(3)基于節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)改進(jìn)OLSR協(xié)議的MPR選擇算法介紹了OLSR路由協(xié)議中的MPR技術(shù),指出協(xié)議在使用啟發(fā)式算法尋找最小MPR時(shí)存在一定的缺陷。結(jié)合本文研究的節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)

6、,給出了一種基于節(jié)點(diǎn)位置的改進(jìn)算法。該算法通過(guò)引入節(jié)點(diǎn)位置信息,減小了OLSR協(xié)議在MPR選擇算法中的盲目性,彌補(bǔ)了其對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源利用不充分的缺陷,能夠在一定程度上減少網(wǎng)絡(luò)中路由數(shù)據(jù)包傳輸?shù)臄?shù)量,從而提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力。在網(wǎng)絡(luò)模擬環(huán)境下對(duì)改進(jìn)算法進(jìn)行了實(shí)現(xiàn),分析了實(shí)驗(yàn)結(jié)果,表明提出的改進(jìn)算法是可行和適用的,選擇基于位置的啟發(fā)式策略是恰當(dāng)和正確的。(4)基于節(jié)點(diǎn)定位及蟻群優(yōu)化技術(shù)的啟發(fā)式路由算法提出了一種新的路由算法,使用節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)提供的

7、定位數(shù)據(jù)作為啟發(fā)式信息。同時(shí),利用蟻群優(yōu)化技術(shù),通過(guò)分析每個(gè)節(jié)點(diǎn)所處位置的不同,并結(jié)合其一跳及兩跳節(jié)點(diǎn)的定位信息,在算法的實(shí)現(xiàn)中使螞蟻采用不同的概率轉(zhuǎn)發(fā)路由信息到下一跳節(jié)點(diǎn),取得了減少網(wǎng)絡(luò)維護(hù)路由控制信息總量的目的。算法選擇多條路徑記錄在本地路由表中,提高了算法的魯棒性,并同時(shí)采取修復(fù)機(jī)制創(chuàng)建新路徑以提高數(shù)據(jù)包傳輸?shù)某晒β?。仿真結(jié)果表明該算法取得了較好的數(shù)據(jù)包傳輸成功率與較低的通信延遲。(5)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中錯(cuò)誤模型的分析及應(yīng)用分析了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

8、中導(dǎo)致分組數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤的原因,指出了分組數(shù)據(jù)的傳輸錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致傳輸失敗、網(wǎng)絡(luò)性能下降。對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的錯(cuò)誤模型理論進(jìn)行了分析和研究,探討了在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用802.11a及802.11b協(xié)議時(shí)各種傳輸錯(cuò)誤的特征。并在網(wǎng)絡(luò)模擬環(huán)境中對(duì)常見(jiàn)的錯(cuò)誤模型進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn),對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。(6)基于802.11e標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一信道競(jìng)爭(zhēng)管理算法分析了現(xiàn)有802.11e協(xié)議對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)QoS的支持及存在的不足,并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了以802.11e協(xié)議為基礎(chǔ)平