基于负载均衡的无线自组网关键技术与算法研究

【摘要】：移动自组网在使用上有很多优点,如可以快速部署,具有自组织功能,非常适合于军用战术环境和民用应急通信。由于自组网的特殊组织形式,固定网络和有中心无线网络的很多协议都无法直接被它采用,因而需要设计专门适用于自组网的协议。其中,MAC协议和路由协议都是自组网设计、研究的主要技术难点,网络的性能如吞吐量、时延及功耗等性能都依赖于所采用的MAC协议和路由协议。本论文针对基于负载均衡的无线自组网关键技术与算法,集中研究了以下几个方面内容:多信道情况下基于负载均衡的MAC协议、基于负载均衡的单径路由协议、结合网络抗毁性和可扩展性的负载均衡替代路径路由协议和概率路由协议。 在自组网中采用多信道是一种新的研究和应用趋势。由于网络中存在着业务流负载和网络资源分布不均匀的情况,并可能导致网络资源的利用率和网络容量的下降。如何在多信道情况下根据各信道当前的负载状况,在各个不同信道间动态进行资源分配和业务流调度控制,避免某些信道因负载过重而发生严重冲突和分组丢失,其他轻负载信道却过于空闲而造成资源浪费,是多信道自组网中进行MAC协议设计时需要考虑的不同信道间的动态业务流均衡分配问题。本文第二章研究了多信道自组网中的负载均衡MAC协议,针对每个多信道网络节点只有一部半双工收发信机、节点分布密度大的应用环境中的多信道分配问题,提出了一种实现各信道业务流均衡分配的MAC协议。仿真结果表明,协议在网络总吞吐量、分组成功发送的平均时延等方面具有优良的性能。 在自组网路由协议的设计中,需要考虑网络中各节点的负载和拥塞情况,在路由选择过程中对网络进行负载均衡,使网络的分组成功递交率、分组传输的平均端到端时延和附加开销等综合性能达到优化。第三章研究了自组网中占重要地位的单径负载均衡路由协议,提出了一种基于跨层负载感知和双向路径重选的自组网负载均衡路由协议(CLBLR)。仿真表明,CLBLR在分组成功递交率、平均端到端时延和路由附加开销等方面具有良好性能,其优良的分布式控制特征能适应自组网的动态环境。