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《哈尔滨工业大学》 2011年
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能量受限Ad Hoc网络的路由协议研究

郑石  
【摘要】:Ad Hoc网络由于其具有自治性、拓扑动态性以及分布式操作等优势,作为无线移动通信中一种具有竞争力的组网方式而受到广泛关注。目前,网络节点通常采用电池等存储式能源进行供电,其携带的有限能量难以保证节点在网络中长时间持续工作。因此,在节点能量受限条件下,合理分配和利用有限的能量资源,延长系统的工作时间成为Ad Hoc网络研究的关键问题之一。相关研究表明,Ad Hoc网络中的能量消耗主要集中在分组转发能耗方面,故本论文通过设计和调整路由协议分组转发的策略,对Ad Hoc网络的分组转发能量消耗进行优化,有效解决了节点能量受限条件下系统不能长时间持续工作的问题。 本论文以Ad Hoc网络的应用为背景,以能量受限为约束条件,以路由协议为切入点,着重分析了路由协议的设计对网络性能的影响。针对路由发现和路由维护过程中冗余能量的产生和能耗非均衡等问题,分别采用节约能耗、均衡能耗和剩余能量保护等策略对路由协议进行优化设计,延长节点能量的使用时间,进而延长网络的生存时间。本文从路由发现的寻路方式和选路策略以及路由维护三方面进行研究,主要涉及内容包括: (1)针对路由发现过程中的寻路方式进行优化设计,为后续的选路和维护过程提供前提基础。针对传统的洪泛广播方式冗余信息量大,额外能耗高等问题,本论文首先将Gossip算法应用于传统的洪泛广播机制中,在保证一定的分组到达率前提下,利用Gossip算法的双峰特性设计出可减少冗余信息传播的伪洪泛广播方式。在此基础上,提出了增加动态保护域的策略进一步保证传输的分组到达率,有效减少路由的控制开销,达到节省冗余能量消耗的目的。 (2)对路由发现过程中的选路策略进行优化设计,这也是整个路由过程的核心内容。本论文首先从理论上证明了路由协议的设计无法实现网络生存时间最大化目标。在无法实现最优化设计的前提下,本论文推导得出节点的剩余能量是影响网络生存时间性能的关键因素之一,作为路由设计的参考依据。在此基础上,论文针对节点剩余能量这一关键因素设计了多策略路由选择的能量感知路由启发式算法。基于不同时期节点剩余能量对网络的影响,分别采取均衡能耗和不同程度的能量保护的方式,实现延长网络生存时间的目标。 (3)基于分组传输差错概率下重传机制在传输能耗方面的影响,进一步优化设计了路由的选路策略。由于Ad Hoc网络环境下分组错误传输概率较高,需要消耗较大的分组重传能耗,因此在路由发现选路策略中应将该能耗部分加以考虑。基于此,本论文提出了结合分组传输错误概率的优化节能路由策略。其中在分组传输差错概率信道环境下分别对端到端重传(EER)和逐跳重传(HHR)两种机制推导出相应的路由策略代价函数,给出将二者结合的适用范围更广的M重传路由策略代价函数。通过将分组重传产生的额外能耗加入到路由策略代价函数中,实现在分组传输差错概率下节能策略的路由选择。 (4)在上述研究的基础上,针对路由维护过程中的维护策略进行优化设计,为分组数据的可靠传输提供保障。网络环境的动态变化容易造成传输路径中断,因而需要健壮的路由维护机制对中断路径进行维护。本论文针对传统路由维护策略进行路由维护所需的时间较长,消耗的能量较大等问题,提出了本地路由维护的优化策略,将路径中断的维护控制在本地较小区域内,对中断路径快速修复,减小路由维护时间,降低由于维护所增加的网络能量开销。在此基础上,本论文提出了针对可能出现中断的传输路径进行预测维护的思想,减少分组传输过程中路径中断的产生概率。该策略通过对可能引发路径中断的关键因素进行感知,对危险链路作出预测并提前启动本地维护策略,在传输路径中断前完成替代链路的发现过程,提前对危险链路进行路由切换,减少路径传输中断的产生概率,并减少由此产生的路由维护开销,降低路由维护所产生的能量消耗。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TN929.5

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【参考文献】
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