能量有效型移动自组织网络QoS路由协议研究

摘要

移动自组织网络（MANET）是一种无需基础设施的移动终端构成的网络，由于具有快速组网的能力，被广泛用于智慧城市、车联网、无人机网络及军事、农业、医学等领域。路由技术是MANET领域中一项关键技术。 为解决路由技术的重要研究工具网络模拟器NS-3不能对MANET节点的电池信息做出准确仿真的问题，本文结合LiIon电池模型和KiBaM电池模型的优点，对KiBaM模型中有效电荷井的输出电压进行建模，得到能够体现电池的速率容量效应和自恢复效应的LiIon-KiBaM电池模型，该模型能反应输出电压随剩余电量降低而降低的特性。针对模型中微分方程组无法求得解析解的问题，基于隐式Runge-Kutta方法，提出易于编程实现的数值解法。仿真和实验结果表明，该模型及其数值解法能够在NS-3中对电池使用过程中任何时刻的电压、剩余电量等状态做出准确预测，且具有计算复杂度低的优点。本文所提出的电池模型及其数值解法不仅可以在网络模拟器NS-3中实现，同样也适用于其他网络模拟器，为MANET的研究与发展提供技术支持。 在OLSR协议中，每个节点通过定期广播HELLO报文来进行链路感知和邻居发现。但如果节点的移动速度较慢而HELLO周期太短，网络中就会产生不必要的流量；如果节点的移动速度较快而HELLO周期太长，就会出现路由更新不及时的问题，严重影响性能。本文提出一种新的HELLO方案，以NS-3的大量仿真结果为样本，通过GA-BP算法训练神经网络，根据网络中所有节点的速度来预测不同HELLO周期下的网络性能指标，包括时延、吞吐量等4个QoS（服务质量）指标和1个能耗指标。利用MADM（多属性决策）对QoS和能耗进行全面评估，选择综合评价分值最高的HELLO周期。仿真结果表明，与原始OLSR和目前先进的改进OLSR协议相比，本文所提方案对性能有很大提升。所提方案兼容性好，不仅能够用于原始OLSR协议，也可以用于大多数其他改进的OLSR路由协议。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 MANETs网络概述

1.2.1 MANETs网络特性

1.2.2MANETs网络关键技术

1.3 国内外研究现状

1.4 主要研究内容

1.5 论文组织结构

2 MANETs路由协议的研究

2.1 路由协议设计标准与评价指标

2.2 MANETs路由协议分类

2.3 NS-3仿真平台简介

2.4 MANETs常见路由协议简介与仿真

（2）DSDV 协议

（3）OLSR 协议

2.5 OLSR协议分析

2.5.1OLSR协议包类型与格式

2.5.2 OLSR协议的不足

2.6 本章小结

3 用于仿真的电池模型及其数值解法

3.1 研究目的

3.2 电池模型分析

3.2.1 LiIon电池模型

3.2.2 KiBaM模型

3.3 KiBaM-LiIon电池模型与数值解法

3.3.1 KiBaM-LiIon电池模型

3.3.2用于仿真的数值解法

3.3.3NS-3中的电池模型与数值解法

3.4 仿真与实验

3.4.1数值解法仿真与分析

3.4.2 电池模型实验与分析

3.5 本章小结

4 基于人工神经网络的动态HELLO广播周期OLSR协议

4.1 动态HELLO周期的OLSR协议

4.2 利用NS-3仿真获取训练样本

4.3 遗传算法优化的BP神经网络算法及其预测模型

4.3.1 BP神经网络简介

4.3.2基于遗传算法的最优权值与阈值的选择

4.4 路由协议能耗与QoS的MADM模型

4.5 动态HELLO广播周期OLSR协议仿真

4.5.1 节点速度恒定情况的仿真

4.5.2 节点速度变化情况的仿真

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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