一种基于最小能量路径的无线自组网络路由协议

摘要

无线自组网(Ad Hoc网络)是一种具有自组织能力的移动分布式多跳无线网络。它可以快速部署和配置，适用于一些临时的、应急的场合，具有广阔的发展前景。该种网络中节点一般靠电池供电，能量是非常稀缺的资源，因此能量控制逐渐成为自组网研究的一个突出问题。 传统的能量控制方法主要都是采用某种拓扑控制算法，在尽量保证网络连通性的前提下降低单个节点的发射功率，是一种介于链路层和网络层之间的能量控制方法。通过拓扑控制算法可以使得每对节点间保留一条最短能量权值的路径，然而节点发送数据时是通过多跳转发机制进行数据传输，需要路由协议进行分组转发决策，因此拓扑结构的改变并不能保证在真实环境下的能量最优路径。而目前满足移动Ad Hoc网络环境的经典路由协议都不能基于能量最低原则选择路径，网络的能量管理无法由某一层单独来实现，需要整个协议栈中不同的层协作来完成，因此，设计一种建立在综合的网络构架基础之上的能量最优的路由算法是改善网络性能的需要。 本文在参考大量中英文资料，研究了Ad Hoc网络体系机构、前人提出的典型的拓扑控制算法以及经典路由协议的基础上，对现有拓扑控制算法的结果拓扑在路由时对最小能量路径特性的保留进行了可行性分析。针对特定的网络模型，在二冗余范围内给出了能量最优路径的生成算法，并给出了一种可行的能量最优路径的附加路由方案，使得路由算法可以通过该方案达到对消息传输路径上的能量优化。这种路由协议将在一定程度上降低节点的能量消耗，从而延长节点的生存时间。 在仿真平台上，设计了特定的网络模型，实现基于最小能量特性的分布式控制算法的综合网络构架，理论分析和实验结果均表明，优化过的网络构架在保留了优化前网络的连通性、平面性以及功率的支撑性，并在功率、能耗和网络生存能力等方面有了明显改善。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1研究背景

1.1.1 Ad Hoc网络的概念

1.1.2Ad Hoc网络的特性

1.1.3 Ad Hoe网络的应用

1.1.4 Ad Hoc网络的能量节约问题

1.2课题来源及本文主要工作

1.2.1课题来源

1.2.2本文主要工作

1.3章节安排

2 Ad Hoc网络的能量保护策略

2.1 Ad Hoc各协议层能量保护策略的特点

2.1.1 MAC层能量保护

2.1.2网络层能量保护

2.1.3传输层能量保护

2.1.4应用层能量保护

2.2常用的能量保护机制

2.2.1功率管理

2.2.2功率控制

2.3基于跨层协同的功率控制系统构架

3最小能量特性的拓扑控制

3.1相关概念及模型

3.1.1无线自组网相关定义

3.1.2网络模型

3.1.3能量模型

3.2拓扑控制的概念

3.2.1拓扑控制的实现

3.2.2拓扑控制算法的性质

3.3最小能量路径拓扑控制算法SMECN

3.3.1最小能量路径拓扑控制算法(MECN)简述

3.3.2最小能量路径拓扑控制改进算法SMECN

3.3.3 SMECN算法实现中的难点

3.3.4对SMECN算法存在的问题的研究

4优化最小能量路径拓扑控制算法OPT-MECN

4.1 SMECN算法的实现

4.1.1功率p的增长策略

4.1.2空间关系的计算

4.1.3节点拓扑控制功率的确定

4.1.4最小能量功率拓扑的应用

4.2 SMECN算法的改进

4.2.1取消直接通信集

4.2.2消除单向链路

4.2.3节点封闭性和网络性能间的权衡

4.2.4“最小功率路径”次优解法

4.3优化最小能量路径拓扑控制算法OPT-MECN

4.3.1关键的数据结构和函数方法

4.3.2算法流程

5基于OPT-MECN拓扑结构的最小能量路径路由协议

5.1.Ad Hoc网络中的路由机制

5.1.1 Ad Hoc网络经典路由协议

5.1.2 AODV协议

5.2最小路径能量路径路由协议

5.2.1路由协议设计思想

5.2.2最小能量路径路由协议的路由发现

5.2.3最小能量路径路由协议的路由维护

6仿真实验

6.1 NS-2仿真平台

6.2仿真结果及分析

6.2.1无数据包传输的仿真

6.2.2有数据包传输的仿真

7总 结

7.1全文总结

7.2不足及有待改进之处

致 谢

参考文献