无线Mesh网络地址分配策略和路由算法

摘要

无线Mesh网络是一种新型网络结构，相邻节点之间的通信链路多于一条，信源和信宿节点之间数据传递的可靠性较高，目前广泛应用于工农业，军事，医疗等等环境。IEEE802.15.5标准提供了Mesh联网功能，通过为节点绑定逻辑地址，可以不需要路由表进行路由，因而降低了路由过程中网络的能耗和时延。虽然802.15.5标准提供了一个分布式的地址分配策略，但它存在着一些缺陷：1）在一个动态性较强的Mesh网络中，节点加入或离开网络会造成“孤儿节点问题”，即新来节点因其父节点无剩余地址可分配导致其无法加入网络；2）802.15.5标准的路由算法未能充分考虑节点间的链路质量，可能导致在一跳传输成功率不高的链路上传输数据包时因丢包而需要重传的现象，增加了能耗。
　　Mesh网络组网时，网络协调者（Network Coordinator）在给节点分配地址时，根据需求给每个节点预留一部分地址以备分配地址给后来加入的节点。由于网络的动态性和随机性，一些节点预留地址用尽，使得后来节点因缺乏地址无法加入网络，从而造成“孤儿节点问题”。本文主要研究基于IEEE802.15.5标准的无线Mesh网络的地址分配策略，以避免或缓解孤儿节点问题，并研究节能路由算法。主要工作如下：
　　1.提出基于两跳邻居的地址借用策略，通过改进Hello帧结构，加入节点可以向其两跳范围内的邻居借用地址，以此缓解孤儿节点问题，该策略可以提高节点加入网络成功率和网络的地址利用率，也可以降低地址借用过程的能耗。
　　2.基于本文提出地址借用策略，设计了处理节点离开Mesh网络的两种方法：主动离开网络和被动离开网络方式。前者是节点主动要求离开，后者是其父节点命令其离开的被动离开方式。
　　3.改进了基于IEEE802.15.5标准的无线Mesh网络的路由算法，使其适用于本文提出的地址借用策略而且更加节能；压缩了Mesh网络组网时地址汇报过程所采用的汇报帧。
　　理论分析和仿真实验表明：本文提出的地址借用策略以及低能耗路由算法的性能优于之前的策略。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容和主要创新之处

1.4 本文组织结构

第2章 相关知识介绍

2.1 IEEE 802.15.4无线个域网络

2.2 无线Mesh网络概述

2.3 基于IEEE802.15.5 Mesh网络地址分配策略及路由算法

2.4 本章小结

第3章 Mesh网络中两跳邻居的地址借用策略

3.1 研究动机

3.2 地址借用策略设计

3.3 性能分析

3.4 仿真结果

3.5 本章小结

第4章 Mesh网络中低能耗路由算法

4.1 研究动机

4.2 Mesh网络低能耗路由算法

4.3 性能分析

4.4 仿真实验

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果