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无线自组网中节能相关若干关键问题研究

张卿  
【摘要】:无线自组网是近年来随着无线通信技术的飞速发展而出现的一种新型网络,具有重要的理论和实际意义。其特点是整个网络没有固定的基础设施,所有节点具有任意移动性,网络结构动态拓扑,节点间以多跳协作的方式进行通讯。 因其自身的特点,无线自组网中有许多有线网络中所不曾出现的新问题和新挑战。这包括有网络层协议、应用和中间件协议、节能问题和安全问题等。在这些问题中,节能问题是一个贯穿于众多问题的核心和基础问题。 本文就无线自组网节能相关的一些关键技术开展讨论,具体研究内容如下: 首先本文讨论了在存在自私节点的ad hoc网络中,如何保证现有的最大化生命周期的路由协议正常工作这一问题。在ad hoc网络中,网络生命周期是一项重要的度量指标,现有的最大化生命周期路由算法都假设节点是协作且可信的,无法正常工作于存在自私节点的ad hoc网络中。为保证现有算法的正常工作,本文运用算法机制设计的框架,提出了两类可信机制SMM和SMM-VCG,并给出了一个应用所提可信机制来应对自私节点的最大化生命周期路由协议Ad hoc-SMM。其基本思想是给中间节点以适当的报酬来促进节点间的协作并能防止节点的欺骗行为。实验结果表明SMM和SMM-VCG机制具有较低的报酬率。 接着本文讨论了在传感器网络中如何最大化网络生命周期从而收集更多数据这一问题。现有的工作绝大多数缺少正式分析,所提出算法也没有很好的优化。本文从静态路由模式和动态路由模式两方面理论分析了最大化传感器网络生命周期的数据收集问题,提出了一个近似最优的最大化生命周期数据收集和聚集算法MLDGA。其基本思想是为每轮数据收集构建一个生命周期最大的路由树,同时尽量使该路由树节能。实验结果表明无论基站的位置还是传感器的初始能量发生变化,MLDGA都能取得较好的生命周期和网络利用率。 为将自组网的研究应用于实际中,本文最后讨论了在ad hoc网络中如何进行节能服务组合以满足客户多变任务需求这一问题。现有的服务组合研究主要集中于有线固定网络环境下,采用集中式的体系结构。本文提出了ad hoc网络环境下基于能量代价的动态自组织服务组合模型,给出了两种服务组合方案:基于广播方式的服务组合和基于行为进化的服务组合。其基本思想是服务组合的进行是根据每个节点自身以及当前周边节点的情况以节能方式动态协作开展的。同时本文给出了一个在网络仿真器NS2中实验模拟的服务组合系统。


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