无线AdHoc路由算法和拓扑控制算法研究

摘要

无线Ad Hoc网络是一种自组织网络，不需要固定基站的支持，网络的部署具有很强的灵活性。这种网络是由军事用途的需求而出现的，随着网络技术理论研究的不断深入，无线Ad Hoc网络的应用也逐渐从军事战场领域逐渐向抗震救灾、生物医疗、智能公路、智能会议和家庭娱乐等领域扩展。这对无线自组网的路由和拓扑控制提出了更高的要求。无线Ad Hoc路由算法和拓扑控制是目前研究的热点之一。本文从节能、延长网络生命周期以及降低网络干扰的角度出发，提出高性能的路由算法和拓扑控制算法。
　　本文的主要研究工作和取得的成果如下：
　　（1）针对目前无线Ad Hoc网络的路由协议存在动态拓扑和负载均衡较差的问题，本文将蚁群优化与能量均衡引入无线Ad Hoc路由技术，提出了新的路由算法，能更好的均衡负载和能量消耗，提高网络的性能。无线Ad Hoc网络节点的能量、节点拥塞和变动性对网络性能影响非常大。降低能量消耗可以有效的延长网络寿命，控制节点拥塞可以提高网络的分组投递率和端到端延时等性能。通过引入蚁群优化（ACO）算法，将蚁群算法中的信息素作为网络节点中的路由表，引入了节点有效能量率、节点拥塞率、节点变动率、路径的变动率、路径的拥塞率等定义。仿真结果表明，该算法可以提高了数据的传输率，延长网络生存时间。更好的适应了无线Ad Hoc网络的移动特性和网络负载的变化，网络时延和网络生存时间性能都得到了提高。
　　（2）针对无线Ad Hoc网络能量不均衡和节点能量受限的问题，从拓扑控制的角度，利用图论的思想，提出一种能量均衡拓扑控制算法，通过分析网络能耗，使用路径权值 WeightPath构造本地最小生成树，构建网络拓扑。仿真实验表明，该算法能更好地适应无线Ad Hoc网络节点的移动变化和节点的能量有效使用，延长了网络的生命周期。
　　（3）针对无线Ad Hoc网络节点的动态性对网络性能的影响，依据节点的移动模型，提出了一种基于节点移动预测的能量均衡拓扑控制算法，对无线Ad Hoc网络节点的运动进行预测，使用预测的结果计算链路的稳定性，在路由选择过程中选取稳定性更高的链路。算法采用主动式路由修复、能量均衡机制，避免部分节点过度的能量消耗。仿真实验表明，算法能有效避免由于节点移动导致链路断裂对数据传输的影响。更好地适应Ad Hoc网络节点的移动变化，减少链路失效，改进了网络性能。
　　（4）针对无线Ad Hoc网络传输干扰的问题，从节点和路径干扰的角度出发，在传统的干扰模型的基础上，提出了新的路径干扰模型。以降低全网路径干扰为目标提出了最小化链路干扰的拓扑控制算法，算法构建的网络拓扑具有 t-spanner性质，可以有效避免传输路径中出现的瓶颈路径，并且可以减少由于链路瓶颈引起的拥塞。在一定程度上限制了节点对之间的最大路径长度。仿真实验表明，算法可以有效的降低网络拓扑的路径干扰。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2无线Ad Hoc网络

1.3无线Ad Hoc网络路由和拓扑控制算法的研究进展

1.4 主要研究工作和关键技术

1.5 课题来源和论文结构

第2章无线Ad Hoc网络体系结构和协议

2.1无线Ad Hoc网络的体系结构

2.2无线Ad Hoc网络的路由算法

2.3 小结

第3章基于蚁群优化的Ad Hoc路由算法研究

3.1 引言

3.2 蚁群优化算法

3.3基于改进蚁群优化算法的Ad Hoc多路径路由算法

3.4 小结

第4章 基于能量均衡和移动预测的拓扑控制算法研究

4.1 引言

4.2 网络模型和能量模型

4.3 拓扑控制

4.4 基于能量均衡的动态拓扑控制

4.5 节点移动模型与预测

4.6 基于能量均衡和移动预测的拓扑控制

4.7 仿真实验

4.8 小结

第5章 最小化路径干扰的拓扑控制算法

5.1 干扰问题分析

5.2 典型的基于干扰的拓扑控制算法

5.3 算法思想和实现

5.4 小结

第6章 研究工作总结和展望

6.1 研究工作总结

6.2 研究工作展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢