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无线Ad Hoc网络中能量优化的路由协议研究

黄浩军  
【摘要】:与传统网络相比,无线Ad Hoc网络(以下简称为Ad Hoc网络)节点能量往往有限,同时在许多应用场合得不到及时的补充。Ad Hoc网络的能量受限问题己成为制约其发展与应用的一个瓶颈,如何在日益复杂的网络环境中设计能量优化的路由协议已成为当前学术界和产业界的一个研究热点。近年来,国内外研究者提出了众多能量优化的Ad Hoc路由协议,这些路由协议基于特定假设和环境解决了一系列实际问题,但是随着Ad Hoc网络朝着智能化、复杂化和多功能化的方向演变,大量仿真与应用表明:现有的能量优化路由协议不能完全解决实际问题和满足各种应用的需求。针对某些特定情况,能量优化的Ad Hoc路由协议还需要进一步深入研究。 本文分析了Ad Hoc网络中能量优化路由的研究现状,指出了在当前网络环境下进行能量优化需要进一步研究的问题。针对这些问题,本文将能量消耗特性与网络传输时延、通信干扰、节点位置信息等结合展开了一系列研究,在以下几个方面取得了一些有价值的研究成果和创新: 1.跨层功率优化路由研究 提出了一种跨层的功率优化路由协议,在不需要获得精确节点位置信息情况下,通过按需建立多个不同功率级的路由,选择到目的节点具有最小功率级的路由来传递分组,并对数据分组、路由控制报文和MAC层控制帧采用不同的功率控制策略来降低网络能量消耗。 2.时延主导的功率优化路由研究 提出了一种时延主导的功率优化路由协议,基于时延建立若干离散功率级路由,在满足网络传输时延要求的情况下,通过选择最小功率级路由,结合跨层功率控制来优化网络能量消耗。 3.能量优化的单路径地理路由研究 提出了一种能量优化的单路径地理路由,针对传感网中的地理路由在遭遇路由空洞而造成传输路径变长,消耗能量过多的问题,通过建立锚节点表来引导数据分组的传输,同时将能量消耗特性与位置信息结合来选择中继节点,达到既降低网络能量消耗又优化网络性能的目的。 4.能量优化的多路径地理路由研究 针对目前研究忽视处于侦听状态下节点能量消耗的情况,采用了一种更实际的能量模型。该模型是对现实网络中节点能量开销的一个抽象,统计了处于通信状态和通信范围内节点的能量消耗,有利于计算网络实际的能量消耗,为地理路由选择能量优化的路径提供了参考依据。基于该能量模型,本文提出了一种能量优化的多路径地理路由。现有的地理路由往往沿着单路径传送数据,对此本文通过建立锚节点区域来引导数据的传输,通过动态改变锚节点表来均衡网络负载,同时利用能量消耗特性和位置信息选择能量优化的中继节点,使得源节点和目的节点间的数据分组尽可能沿着不同路径传输。本方案有利于降低能量消耗和延长网络寿命,同时有利于降低传输时延,减小丢包率。 5.干扰优化的能量感知地理路由研究 提出了一种干扰优化的能量感知地理路由协议,在能量优化的中继区域选择所受干扰小的节点以优化的传输功率转发数据,达到了既降低网络干扰又减小网络能量消耗的目的,解决了现有路由协议优化能量消耗容易受干扰影响的问题。该路由策略为本文首次提出,有利于整体提升网络性能和降低网络能量消耗。


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