移动自组织网络信道接入与功率控制技术研究

论文摘要

移动Ad Hoc网络无需固定基础设施的支持,具有组网方便快捷、可靠性高、灵活性强等优点,其应用越来越广泛。随着各种智能化、小型化的无线终端和智能家庭终端大量出现,它们之间的信息共享和数据交换需求极大地推动了移动Ad Hoc网络的发展,使Ad Hoc网络成为当前研究的热点之一。在此背景下,本论文对移动Ad Hoc网络中的信道接入和共享问题、功率控制和能量保护问题以及路由问题进行了深入研究。论文首先对Ad Hoc网络的媒体接入控制技术进行研究,分析了信道的多跳共享性及隐藏终端问题和暴露终端问题,提出了一种新的双信道协议,采用双信道传输以及改进的握手协议和信道预留方法避免了数据冲突,有效减轻了隐藏终端和暴露终端对数据传输的影响,提高了信道利用率。节点根据收到的不同的控制包,在控制信道和数据信道中采取3种不同的预留方法。在数据传输中,隐藏终端能够同时接收数据,暴露终端能够同时发送数据。在高业务量网络中分析了该协议的信道吞吐量属性,通过与基于RTS/CTS的协议的比较,结果表明,该协议能有效提高Ad Hoc网络的信道吞吐量。其次,论文对Ad Hoc网络中的功率控制问题进行深入分析,提出了一种功率控制MAC协议,在控制包中包含发送功率和容许接收功率,通过两个通信节点之间的控制信息的交换来决定数据包的发送功率和限制其他邻节点的发送功率,有效降低隐藏终端和暴露终端之间的干扰,并且在数据接收的同时允许邻节点同时发送信息。通过仿真与IEEE 802.11的MAC协议进行比较,结果表明,在移动自组织网络中,该功率控制协议能够提高系统的端到端吞吐量性能,而大大减少移动节点的功率消耗,因此节约了网络总功率消耗。然后,本论文对移动自组织网络中的节点能量均衡问题进行深入研究,提出了一种利用节点剩余能量信息进行路由选择和路由维护的能量平衡路由协议。在路由发现过程中选择节点能量充足的路由,在节点剩余能量低于某一阈值时,向上行节点发出警示信息,使其提前更换或寻找新的路由,避免了因节点能量耗尽而引起的路由中断,减少了路由修复。通过仿真与DSR路由协议相比较,结果表明,在节点能量受限的移动自组织网络中,该能量平衡路由协议提高了节点的能量利用效率,延长了Ad Hoc网络的生存时间,减少了网络传输中的丢包数,并提高了网络的吞吐率属性。最后,论文对Ad Hoc网络中的能量保护问题进行分析,提出了一种能量有效的跨层协议,将网络层的能量感知路由与MAC层的功率控制技术相结合,以提高节点的能量利用效率。在网络层中根据节点剩余能量决定节点接入路由的延迟时间,从而使剩余能量较多的节点能够更快地接入路由,以使网络中的能量消耗更公平。在MAC层中实现功率控制,减少节点的实际能量消耗。仿真结果表明,在移动自组织网络中,该跨层

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 英文缩略语
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 Ad Hoc网络简介
• 1.2.1 发展历史及应用
• 1.2.2 特点
• 1.3 研究现状
• 1.4 研究意义和方向
• 1.5 论文的研究内容和主要贡献
• 1.6 本文的结构和安排
• 第二章 Ad Hoc网络的研究热点
• 2.1 引言
• 2.2 Ad Hoc网络体系结构
• 2.3 信道接入技术
• 2.3.1 基于单信道的MAC协议
• 2.3.2 基于双信道的MAC协议
• 2.3.3 基于多信道的MAC协议
• 2.4 路由协议
• 2.5 服务质量
• 2.6 其他特殊问题
• 2.6.1 节能问题
• 2.6.2 安全性问题
• 2.7 本章小结
• 第三章 Ad Hoc网络中的一种双信道MAC协议
• 3.1 引言
• 3.2 Ad Hoc网络中的媒体接入控制
• 3.2.1 信道接入协议面临的问题
• 3.2.2 IEEE 802.11 的分布式协调功能
• 3.2.2.1 基本接入方式
• 3.2.2.2 RTS/CTS接入机制
• 3.2.3 现有的MAC协议
• 3.3 双信道MAC协议（DCMAC）
• 3.4 性能分析
• 3.4.1 网络模型和假设
• 3.4.2 吞吐量分析
• 3.5 分析结果
• 3.6 本章小结
• 第四章 功率控制MAC协议
• 4.1 引言
• 4.2 MANET中的功率控制问题
• 4.2.1 功率控制的原因
• 4.2.2 功率控制的方法
• 4.2.3 已有功率控制协议
• 4.3 功率控制MAC协议
• 4.3.1 协议的理论依据
• 4.3.2 协议的设计
• 4.4 仿真及分析
• 4.4.1 仿真环境
• 4.4.2 仿真结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 Ad Hoc网络中的一种节能路由协议
• 5.1 引言
• 5.2 Ad Hoc网络路由协议
• 5.2.1 Ad Hoc网络路由协议的分类
• 5.2.2 DSR路由协议
• 5.3 Ad Hoc网络中的能量均衡问题
• 5.3.1 能量问题的提出
• 5.3.2 基于能量的路由协议
• 5.4 能量平衡路由协议
• 5.4.1 路由发现
• 5.4.2 路由维护
• 5.5 仿真及分析
• 5.5.1 能量消耗模型
• 5.5.2 仿真环境
• 5.5.3 仿真结果
• 5.6 本章小结
• 第六章 Ad Hoc网络中的一种能量有效的跨层协议
• 6.1 引言
• 6.2 移动自组织网络中的能量保护策略
• 6.2.1 功率管理
• 6.2.2 功率控制
• 6.2.3 基于能量保护的路由算法
• 6.3 MANET网络中的跨层协议设计
• 6.4 能量有效跨层协议
• 6.4.1 能量感知路由选择
• 6.4.2 MAC层功率控制
• 6.5 仿真及分析
• 6.5.1 能量消耗模型
• 6.5.2 仿真环境
• 6.5.3 仿真结果
• 6.6 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文的主要研究工作
• 7.2 进一步的研究内容
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间的主要成果
• 1 学术论文
• 2 参加科研项目