无线Ad Hoc网络中的节能策略研究

论文摘要

无线Ad hoc网络是由一组带有无线收发装置的移动节点组成的,无需基础设施支持的动态可重构多跳自组织网络,具有分布式、自组织、自配置、自管理等特征。由于能量的限制,无线Ad hoc网络面临网络生存时间、无线资源利用效率以及时延要求等方面的挑战。通过在网络中运用合适的节能策略,可以降低网络节点的能量消耗,延长网络生存周期。本论文围绕Ad hoc网络中的节能策略问题,主要研究了随机功率控制策略、基于节点位置的功率控制算法、基于时间广播的功率感知路由协议、基于拓扑控制的功率感知路由协议和基于区域使用代价的节能路由协议等等。考虑无线Ad Hoc网络的特点,首先在第二章中研究了随机功率控制策略。在该策略中,网络节点的发射功率在功率区间上服从均匀分布。研究中利用随机数学的方法分析了随机功率控制下的数据成功传输概率,并运用不同模型参数对随机功率控制进行了性能比较。研究表明随机功率控制在保证通信,减小能量消耗,延长网络生存周期等方面能取得较好性能表现。第三章继续第二章的研究思路,仍然将节能策略聚焦于MAC层,研究了基于节点位置的功率控制算法(PCAP)。PCAP算法利用邻居节点的平面位置分布去分析邻居节点间的节能关系,并根据节点的优化邻居集合完成功率设置,从而合理地降低节点的发射功率。在第二章和第三章研究的基础上,第四章、第五章和第六章对网络层的节能策略进行了研究。第四章研究了基于时间广播的功率感知路由协议(TBPR),协议采用路由请求报文延迟发送机制和路径累计功率消耗比较,选择能量消耗较低的路由进行数据交换。结合第三章的功率高效邻居集合和第四章的路由请求报文转发思想,第五章中研究了基于网络拓扑控制的节能路由协议(TPR)。TPR协议通过功率高效邻居集合控制路由请求报文的转发过程,将传统拓扑控制路由协议中相对独立的拓扑控制和路由建立过程紧密地结合起来,完成功率高效节能路由的建立。第六章研究了网络层节能策略中的另一热点——最大化网络生存时间的功率感知路由协议。研究了基于区域使用代价的节能路由协议(RPR)。RPR协议考虑节点的接收处理功耗,通过控制路由请求报文的广播,选择跳数适中的路由,并通过引入节点的区域使用代价来平衡网络中的能量消耗,最大化网络生存时间。最后,第七章对全文进行了总结,回顾了前面所述的研究工作,并根据目前的研究情况对未来的研究方向作了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 无线Ad Hoc网络的发展
• 1.1.2 无线Ad Hoc网络的特点及应用
• 1.1.3 无线Ad Hoc网络体系结构
• 1.1.4 无线Ad Hoc网络中的一些研究热点
• 1.2 无线Ad Hoc网络中的节能策略
• 1.2.1 节能策略中发射功率控制对网络性能的影响
• 1.2.2 节能策略研究现状及存在的问题
• 1.3 主要贡献及论文组织
• 1.3.1 主要贡献
• 1.3.2 论文组织
• 第二章 无线Ad Hoc中的随机功率控制策略
• 2.1 引言
• 2.2 问题描述及系统模型
• 2.2.1 问题描述
• 2.2.2 系统模型
• 2.3 随机功率控制策略
• 2.3.1 节点的接收信干比
• 2.3.2 特定条件下的传输成功概率
• 2.3.3 节点传输成功概率
• 2.4 固定功率控制策略
• 2.5 性能分析及仿真
• 2.5.1 模型参数A条件下的分析比较
• 2.5.2 模型参数B条件下的分析比较
• 2.5.3 模型参数C条件下的分析比较
• 2.5.4 随机功率控制节能分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于节点位置的功率控制算法
• 3.1 引言
• 3.2 问题描述及网络模型假设
• 3.2.1 问题描述
• 3.2.2 网络模型假设
• 3.3 基于节点位置的功率控制算法
• 3.3.1 算法思想
• 3.3.2 构建优化邻居集合
• 3.3.3 节点发射功率设置
• 3.3.4 PCAP算法实现
• 3.4 性能分析及仿真
• 3.4.1 PCAP算法性能分析
• 3.4.2 仿真分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于时间广播的功率感知路由协议
• 4.1 引言
• 4.2 问题描述及网络模型假设
• 4.2.1 问题描述
• 4.2.2 网络模型假设
• 4.3 基于时间广播的功率感知路由协议
• 4.3.1 协议基础
• 4.3.2 RREQ报文转发过程控制
• 4.3.3 建立最小能量消耗路径
• 4.4 性能分析及仿真
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于拓扑控制的功率感知路由协议
• 5.1 引言
• 5.2 问题描述及网络模型假设
• 5.2.1 问题描述
• 5.2.2 网络模型假设
• 5.3 基于拓扑控制的功率感知路由协议
• 5.3.1 协议基础
• 5.3.2 邻居集合优化准则
• 5.3.3 集合构建算法
• 5.3.4 功率控制策略
• 5.3.5 邻居集合动态更新机制
• 5.3.6 Hello报文发送周期
• 5.3.7 RREQ报文广播过程控制
• 5.4 性能分析及仿真
• 5.4.1 TPR协议性能分析
• 5.4.2 协议仿真
• 5.5 本章小结
• 第六章 基于区域使用代价的功率感知路由协议
• 6.1 引言
• 6.2 问题描述及网络模型假设
• 6.2.1 问题描述
• 6.2.2 网络模型假设
• 6.3 基于区域代价的路由协议
• 6.3.1 协议基础
• 6.3.2 RREQ报文广播控制
• 6.3.3 代价函数设计
• 6.3.4 节点使用代价因子设计
• 6.3.5 路由建立
• 6.4 性能分析及仿真
• 6.5 本章小结
• 第七章 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻博期间取得的研究成果