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基于拓扑控制的Ad hoc网络生存期研究

王文艳  
【摘要】: 无线Ad hoc网络(自组织网络)是没有固定基础设施的自组织、对等式、多跳的无线网络。Ad hoc网络具有简易、快速部署及抗毁性强的特点,适用于需要临时架设网络的场所,在军事、民用等领域都具有广阔的发展前景。 Ad hoc网络的节点为手持设备等便携式计算机移动终端时能量有限。而节点能量的耗尽不仅会使单一节点失效,还可能改变整个网络的性能和工作时间。所以,在节点能量有限的条件下如何延长网络生存期是Ad hoc网络面临的主要问题。 本文研究无线Ad hoc网络的拓扑控制。在无拓扑控制的网络中,节点使用最大的传输功率工作,因此网络消耗较大的能量,具有较大的通信干扰。而干扰造成数据分组的重传,也增加了网络能耗。因此,拓扑控制的目标是通过调整节点的传输功率使生成的网络拓扑满足一定的性质,以降低节点的能量开销,延长网络生存期。针对这一目标,本文比较几种经典拓扑控制算法对网络能耗和网络生存期的影响,在此基础上,提出一种最大化Ad hoc网络生存期的拓扑控制算法。本文主要完成了以下几个方面的工作: (1)概述Ad hoc网络的特点,总结拓扑控制研究的目标。详细介绍几种经典的针对节约网络能耗的拓扑控制算法,并分析算法存在的问题和不足。 (2)综合考虑发送能耗和接收能耗,建立更符合实际的能耗模型。在此基础上分析影响网络能耗和网络生存期的因素,从理论和实验仿真两个方面分析拓扑控制对网络能耗和网络生存期的影响。 (3)目前,大部分能量有效的拓扑控制算法思想是构建最小能耗拓扑,但最小能耗拓扑不能保障最大化网络生存期。本文基于生存期定义,得到网络的生存期与节点通信距离、电路损耗及节点处理数据速率的关系,在此基础上提出分布式拓扑控制算法MLTC(Maximum Network Lifetime Topology Control),算法根据节点的电路损耗,最小化节点的传输功率,同时保留最大功率拓扑图中的生存期最长的路径。实验结果表明,MLTC算法能够有效延长网络生存期。 (4)分析网络仿真工具NS2中节点能量消耗过程,并使用Tcl语言实现拓扑控制网络性能仿真平台的搭建。而且依据NS2的能量消耗模型及过程,向OPNET的MAC层添加节点能量消耗模块,并验证添加模块的有效性。


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