Ad Hoc网络节能路由协议研究

论文摘要

移动自组织网络（Ad Hoc Network）是无线网络中的一种,它不需要固定基础设施支持,可以灵活快速的组网。网络中的节点能够自由移动,不仅要具有普通终端的主机功能还要有路由功能,抗毁性较强,能够在战场、应急救灾等环境恶劣的条件下生存,因此在军用和民用通信领域均得到了广泛应用。其自身具有的分布式、自组织、动态拓扑、多跳、能量有限等特点使得传统有线网络中的路由协议已不再适用,必需专门为之开发设计新的路由协议。路由技术作为影响网络整体性能的关键因素之一,其研究对Ad Hoc网络也至关重要。目前比较经典的路由算法如DSDV（Destination-sequenced distance vector routing）、AODV（Ad Hoc on-demand distance vector routing）、DSR（Dynamic source routing）、TORA（Temporally ordered routing algorithm）等按需路由协议都是最短路由,没有考虑能量因素。而Ad Hoc网络中的节点由电池供电,整个网络系统的能量是有限的。如何降低节点的能量消耗,尽可能延长网络的生存时间,成为衡量路由协议性能的重要指标。特别是在时间和设备受限的情况下,如紧急营救、军事行动、商务会议等场合中节能显得尤其重要。因此基于节能机制的路由协议成为Ad Hoc网络当前的研究热点。针对上述问题,为解决传统路由协议的不足,本文对Ad Hoc网络的能量问题进行了研究,文章首先对Ad Hoc网络做了简要的介绍,包括Ad Hoc网络的特点,应用领域及本论文的研究意义。接着总结了目前已提出的一些Ad Hoc网络路由协议,分析比较它们的优缺点,然后归纳总结了现有的节能机制,并指出未来的研究方向。基于对现有路由算法和节能机制的研究,本文在AODV路由算法的基础上,提出两种能量感知路由算法MEE（Maximum energy efficiency-AODV）和ES-AODV （Energy-saving-AODV）。前者通过改进RREQ分组而无需任何额外的控制包就可获得整个网络的平均电池剩余能量,并且综合考虑跳数和节点剩余能量,以达到节能的目的;后者通过链路层功率控制,使节点在发送的数据包里携带功率信息以完成信息的交互。最后,通过NS2仿真和传统路由协议进行了对比,结果表明所提算法在节能方面效果明显,延长了网络生存时间,有效提高了网络性能。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 绪论
• 1.1 Ad Hoc网络概述
• 1.1.1 Ad Hoc网络概念
• 1.1.2 Ad Hoc网络特点
• 1.1.3 Ad Hoc网络的应用场景
• 1.1.4 Ad Hoc网络面临的问题和挑战
• 1.2 本文的研究背景和意义
• 1.3 论文工作及结构
• 2 Ad Hoc网络路由协议研究
• 2.1 必要性和要求
• 2.2 协议分类
• 2.2.1 表驱动路由协议
• 2.2.2 按需路由协议
• 2.2.3 混合路由协议
• 2.3 各类路由协议性能比较
• 2.4 本章小结
• 3 Ad Hoc网络的节能机制
• 3.1 Ad Hoc网络节点能量消耗问题
• 3.2 Ad Hoc网络的节能机制
• 3.2.1 功率控制
• 3.2.2 MAC 层节能机制
• 3.2.3 能量优化路由算法
• 3.3 节能研究的发展方向
• 3.4 本章小结
• 4 基于AODV节能路由协议的改进
• 4.1 AODV协议分组格式
• 4.2 AODV协议的基本操作
• 4.2.1 AODV路由发现过程
• 4.2.2 AODV路由维护过程
• 4.3 AODV优缺点分析
• 4.4 MEE-AODV
• 4.4.1 网络模型
• 4.4.2 MEE-AODV算法思想
• 4.4.3 MEE-AODV算法实现
• 4.5 ES-AODV
• 4.5.1 网络模型
• 4.5.2 ES-AODV算法思想
• 4.5.3 ES-AODV算法实现
• 4.6 本章小结
• 5 基于NS2的性能分析与仿真
• 5.1 仿真工具NS2介绍
• 5.2 仿真性能指标
• 5.3 传统路由协议仿真比较
• 5.3.1 仿真环境与参数设置
• 5.3.2 仿真结果与性能分析
• 5.4 节能路由协议仿真比较
• 5.4.1 NS2源码修改
• 5.4.2 仿真环境及参数设置
• 5.4.3 仿真结果及性能分析
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录