基于节能机制的移动Ad Hoc网络路由协议的研究

【摘要】： Ad Hoc网络是不依赖于固定基础设施,自组织、无中心的多跳无线网络。它具有分布式控制、动态拓扑、有限带宽、能量受限等特点。Ad Hoc网络生存性与抗毁性极强,组网快捷而便利,因此它在军事、抢险救灾、探测及个人通信等领域中有很高的应用价值。Ad Hoc网络的能量问题已成为制约其发展的瓶颈,如何降低节点的平均能耗,延长网络的生存时间是当前研究的重点,其中基于节能机制的路由协议更是研究的热点之一。目前所提出的节能路由协议大部分都片面地追求总传输能耗最小化或延长关键节点生存时间两种极端情况,未能取得十分理想的节能效果。 本文对Ad Hoc网络的能量问题进行了研究,首先概述了Ad Hoc网络的基本概念、特点和研究现状,然后全面介绍和分析了当前应用于Ad Hoc网络各个层次的节能机制,并且在传统Ad Hoc网络路由协议的基础上着重研究了基于节能机制的路由协议。本文采用NS2仿真软件分别对Ad Hoc网络的传统路由协议AODV、DSR、DSDV和典型的节能路由协议MPR、MBCR、MMBCR的基本网络性能和能量消耗状况进行了实验分析,并总结出各协议的优缺点。通过对Ad Hoc网络MAC层和网络层节能机制的充分研究以及基于可靠链路的精确能耗模型的建模分析,在DSR协议基础上提出了基于跨层设计负载均衡的节能路由协议CDLB-DSR(Cross-layer Design-based Load Balanced Dynamic Source Routing)。该协议以MAC层获取的节点负载信息、最小总传输能耗以及路径最低剩余能量为路由度量,通过路由请求报文的延时转发机制,低能量警告机制和负载自适应调节机制充分保护了低能量节点,平衡了网络的能量消耗。此外,CDLB-DSR路由协议还结合了动态调节发射功率,网卡动态关闭两种机制,节省了不必要的能量开销。最后通过NS2仿真实验表明CDLB-DSR路由协议能够在保证网络正常运行的前提下有效地降低节点平均能耗,延长网络的生存时间。 【关键词】：Ad Hoc网络 节能机制 路由协议 跨层设计 负载均衡
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 概述12-20
• 1.1 课题研究的背景和意义12-13
• 1.2 Ad Hoc网络概述13-17
• 1.2.1 Ad Hoc网络的产生14
• 1.2.2 Ad Hoc网络的定义14-15
• 1.2.3 Ad Hoc网络的特点15-16
• 1.2.4 Ad Hoc网络的应用16-17
• 1.3 Ad Hoc网络的研究现状及重点17-19
• 1.4 论文的主要内容和组织结构19-20
• 2 Ad Hoc网络的节能机制20-27
• 2.1 Ad Hoc网络的能量问题20
• 2.2 Ad Hoc网络节能方案的研究20-27
• 2.2.1 基于物理层的节能机制20-21
• 2.2.2 基于媒体访问控制层(MAC层)的节能机制21-23
• 2.2.3 基于逻辑链路控制层(LLC层)的节能机制23
• 2.2.4 基于网络层的节能机制23-25
• 2.2.5 Ad Hoc网络节能机制研究的新趋势25-27
• 3 基于节能机制的Ad Hoc网络路由协议27-37
• 3.1 普通的Ad Hoc网络路由协议27-31
• 3.1.1 按表驱动的路由协议27-28
• 3.1.2 按需驱动的路由协议28-31
• 3.1.3 混合路由协议31
• 3.2 基于节能机制的Ad Hoc网络路由协议31-37
• 3.2.1 基于最小总传输能耗的路由协议31-33
• 3.2.2 基于网络生存时间最大化的路由协议33-34
• 3.2.3 基于最小化路由开销的路由协议34
• 3.2.4 基于多径能耗均衡的路由协议34-35
• 3.2.5 基于拓扑控制的节能路由协议35-37
• 4 Ad Hoc网络路由协议的性能与能耗分析37-58
• 4.1 仿真工具NS2的介绍37-43
• 4.1.1 NS2简介37-39
• 4.1.2 NS2的移动节点模型39-41
• 4.1.3 NS2的能量模型41
• 4.1.4 NS2网络仿真的基本步骤41-43
• 4.2 网络仿真的性能评价指标43-44
• 4.3 网络仿真的场景参数设定44-46
• 4.4 网络仿真的TCL脚本设定46-49
• 4.5 网络仿真的性能与能耗分析49-58
• 4.5.1 传统Ad Hoc网络路由协议的性能分析49-51
• 4.5.2 传统Ad Hoc网络路由协议的能耗分析51-53
• 4.5.3 基于节能机制的路由协议的性能分析53-55
• 4.5.4 基于节能机制的路由协议的能耗分析55-58
• 5 基于跨层设计负载均衡的节能路由协议CDLB-DSR58-80
• 5.1 Ad Hoc网络能量消耗的数学模型58-61
• 5.1.1 无线网卡的能耗模型58-59
• 5.1.2 基于负载均衡的节能路由协议的能耗模型59-61
• 5.2 CDLB-DSR路由协议61-69
• 5.2.1 协议设计思想61-64
• 5.2.2 负载信息的获取及判断64-65
• 5.2.3 功率控制机制65-66
• 5.2.4 网卡动态关闭机制66-69
• 5.3 CDLB-DSR路由协议的详细步骤69-73
• 5.3.1 重要数据结构69-71
• 5.3.2 路由发现71-72
• 5.3.3 路由维护72-73
• 5.4 CDLB-DSR协议的仿真及性能分析73-80
• 5.4.1 CDLB-DSR协议的实现73-75
• 5.4.2 仿真场景参数设定75
• 5.4.3 仿真结果分析75-80
• 6 结束语80-82
• 6.1 工作总结80
• 6.2 研究展望80-82
• 参考文献82-84
• 作者简历84-88
• 学位论文数据集88

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