无线自组织网络连通性与动态干扰模型的研究

摘要

不同于有线网络，无线自组织网络中不存在现成的链路。无线网络中的链路的形成不仅仅取决于节点自身接收到的功率，同时也跟当前网络中的干扰状况有很大关系。在802.11协议中，其采用了载波监听机制缓解了部分干扰，但是载波区域外的并发干扰节点产生的累积干扰仍然很严重。另外，实际的无线信道传播环境是复杂多变的。信号的空间传输损耗会伴随着阴影衰落和多径衰落，使得接收的信号功率发生缓慢或者快速的变化。由于这些因素的原因，链路的连通是受到多个因素影响的一个动态变化的值。链路的不连通就可能会导致整个网络的不连通。而网络的不连通可能会使得发送节点找不到去目的节点的路径，或者导致丢包率过高，影响无线网络的应用。所以在部署和设计无线自组网时需要考虑影响网络连通的因素。移动性是无线自组织网络的几个最主要的特点之一。然而节点的移动，会造成发送节点和接收节点之间的相对距离的改变，从而使得接收到的信号功率发生变化。而且干扰节点的移动也会造成网络中的累积干扰的时刻变化。成功的传输需要考虑节点移动性的影响。
　　 本文的主要研究工作包括两个部分：
　　 1．基于阴影衰落和干扰的网络连通性分析。本文提出了一个数学模型来描述在阴影衰落无线信道下干扰对网络连通的影响。基于节点的泊松点分布过程，我们分析得到了累积干扰分布函数，然后计算得到了链路的连通概率。最后，借助于随机图理论，获得网络的连通概率表达式。我们对影响网络连通的多个因素，物理载波监听阈值、路径衰减损耗、阴影方差以及网络中节点数目进行了对比分析。我们发现载波监听阈值对网络连通的影响要大于其他的因素。
　　 2．基于随机方向运动模型的干扰动态分析。因为干扰节点在接收信号帧的时候，进入到了载波监听范围内，使得载波监听机制失效，并导致了传输的失败。通过获得到的干扰和信噪比(SIR)概率密度函数，本文提出了一个新颖的移动干扰模型。我们假定网络中的节点按照随机方向(RD)运动模型移动。首先我们分析得到网络中任意节点对之间的相对距离的概率密度函数。然后我们理论的估计出累积干扰和相应的信噪比概率分布函数。通过这些分析结果，我们研究了单个传输的成功概率以及对其影响的因素和载波监听机制失效的概率。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究内容

1．3 组织结构

第二章 无线网络中的干扰建模

2．1 干扰模型的分类

2．1．1 统计的干扰模型

2．1．2 基于干扰效应的干扰模型

2．1．3 基于图的干扰模型

2．2 影响干扰建模的因素

2．2．1 无线传播模型

2．2．2 无线ad hoc网络MAC协议

2．2．3 节点的运动模式

2．3 本章小结

第三章 基于阴影衰落和干扰的网络连通性分析

3．1 问题分析

3．2 相关工作

3．3 网络模型

3．3．1 传播模型

3．3．2 干扰模型

3．4 链路连通概率

3．4．1 干扰的分布

3．4．2 链路连通概率

3．5 网络连通概率

3．6 实验结果分析及性能评价

3．6．1 载波监听阈值对网络连通的影响

3．6．2 载波监听阈值和路径衰落因子对网络连通的影响

3．6．3 载波监听阈值和阴影方差对网络连通的影响

3．6．4 载波监听阈值和节点数对网络连通的影晌

3．7 本章小结

第四章 基于随机方向运动模型的干扰动态分析

4．1 问题分析

4．2 相关工作

4．3 一些假设和网络模型

4．3．1 一些假设

4．3．2 无线信道传播模型和干扰模型

4．4 干扰和信噪比的分布函数

4．4．1 节点的空间分布

4．4．2 接收功率密度函数

4．4．3 静态接收节点的累积干扰分布

4．4．4 静态接收节点的信噪比分布

4．5 移动干扰模型的应用

4．5．1 传输成功估计

4．5．2 载波监听的失效概率

5．1 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 本文的主要工作

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究