多接口多信道无线多跳网拓扑控制研究

摘要

多接口多信道无线多跳网络能够提高网络容量和增强网络连通性，其拓扑控制机制和算法是重点研究的问题之一。由于集中式拓扑控制方法受限于网络规模的可扩展性和中心控制节点的脆弱性，分布式拓扑控制算法逐渐成为研究热点。本文在已有的多接口多信道无线多跳网络拓扑控制研究的基础上，将调整节点发射功率和分配接口工作信道作为拓扑控制手段，设计了分布式功率控制算法和信道分配算法，开发了网络拓扑控制算法软件及其实验系统，并进行了分析验证。 首先，利用功率控制手段，设计了满足网络 k-边连通的分布式动态功率控制算法。在移动网络中环境动态变化，该算法保证网络（k-1）条链路失效后，网络依然连通。该算法动态计算网络连通度，降低了网络节点移动的影响。节点间交互报文获取本地拓扑信息，计算本地连通度k。各节点执行分布式动态功率控制算法，得到满足 k-边连通的逻辑邻居集，并依据传输质量，动态调整节点功率，保证网络k-边连通。 其次，利用信道分配手段，设计了鲁棒性分布式信道分配算法。多接口多信道无线多跳网中节点可利用多个信道，该算法分配节点接口的工作信道，避免了因某个信道不可用造成的网络分割。各节点利用分布式动态功率控制算法生成的本地逻辑拓扑信息，运行鲁棒性分布式信道分配算法，分配接口工作信道，减少了网络内同频干扰、增强了网络的鲁棒性。 最后，基于Linux系统，开发了网络拓扑控制算法软件及其实验系统。该拓扑控制算法程序完成了网络拓扑收集、逻辑拓扑构建、节点功率调整和接口信道分配等功能。在实验中将计算机作为网络节点，搭建无线多跳Ad hoc网络。各节点在实验系统中运行分布式拓扑控制算法程序，对本文设计的拓扑控制算法进行了功能和性能测试。实验结果表明，分布式动态功率控制算法通过对节点功率调整，改变了网络拓扑结构，满足网络 k-边连通。鲁棒性分布式信道分配算法与干扰感知信道分配算法相比，在某个信道不可用时保证网络连通，满足网络鲁棒性，与所有节点使用相同信道相比，提高了网络容量。

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