论文题目: 移动自组网络协议关键技术研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 计算机科学与技术
作者: 张磊
导师: 窦文华
关键词: 移动自组网络,协议,公平性,节能,拓扑控制,移动预测,分簇,广播,路由,性能仿真,传感器网络
文献来源: 国防科学技术大学
发表年度: 2005
论文摘要: 无线网络为用户提供了在任意时间和地点进行通信和信息获取、并在移动中保持通信连接的能力。传统的移动通信系统一般通过基站为用户提供网络接入服务，而基站则往往通过有线骨干网互连起来。移动自组网络是由移动节点通过分布式协议自组织起来的一种无线网络，网络中可以没有基站等固定的路由设施。当有线网络不可使用时，如在战场通讯和紧急救援等任务中，移动自组网络提供了一种可行的地面通信和信息存取技术。 移动自组网络的动态拓扑、可变链路、低功耗设备以及分布式的特点，为其网络协议设计带来了很多新的问题和挑战。本文深入研究了移动自组网络MAC层和网络层协议设计的关键技术，包括MAC协议的公平性问题、拓扑控制问题、广播问题以及节能路由问题，并提出了有效的解决方案。 IEEE802.11 DCF协议目前被广泛应用于移动自组网络的各种仿真和测试床中，使其成为移动自组网络事实上的MAC协议规范。本文研究发现DCF协议在多跳移动自组网络环境中存在严重的不公平性问题，根据不公平性产生的原因可以将其分为以下三类：LSP不公平性，MAP不公平性和LIP不公平性。我们对每种不公平性进行了详尽的理论分析，揭示了不公平性产生的根源以及它们与MAC协议参数之间的定量关系，给出了针对每种不公平性的改进方案并通过仿真验证了其有效性。考虑到实际网络的复杂性，我们综合上述改进方案设计了一种DCF协议公平性改进算法FDCF。仿真结果表明，该算法能够有效解决DCF协议在多跳移动自组网络中的不公平性问题。 拓扑控制技术对移动自组网络协议的性能具有重要影响。本文首先研究了移动自组网络平面式节能拓扑控制，分别提出了针对同构自组网络的KC拓扑控制算法和针对异构自组网络的MINS拓扑控制算法。KC算法在降低节点平均发送功率的同时，不仅能够保证拓扑控制的k连通性，而且使得节点度数在最终拓扑结构中具有确定的上限。MINS算法通过引入Ingress邻居的概念，在保证网络连通性和双向性的前提下，显著降低了拓扑控制过程中的通信开销，增强了算法的可扩展性。然后本文又研究了基于分簇的层次式拓扑控制并提出了一种能量均衡分簇算法。该算法综合考虑了节点移动速度、节点间距离、节点剩余能量和节点ID等分簇参数，采用逐级过滤的方式筛选最适合成为簇首的节点，突破基于权值的分簇算法中需要根据网络条件设定权值参数的局限性；此外还引入了簇首轮换机制，实现了簇首节点之间的能量均衡，避免某些节点由于能量过度消耗而提前失效。仿真结果表明，该算法不仅提高了分簇的稳定性，并且大大延长了节点的生存时间。 广播是移动自组网络中的重要操作。它不仅是一种最基本的通信模式，也是单播路由进行路由发现和组播路由进行组成员及组播树状态维护的基础。针对现有广播算法没
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
§1.1 移动自组网络简介
§1.1.1 基本概念
§1.1.2 移动自组网络的发展与前景
§1.1.3 移动自组网络的特点和用途
§1.1.4 与其它无线通信系统的比较
§1.2 研究背景与研究内容
§1.2.1 无线信道介质访问控制协议
§1.2.2 拓扑控制协议
§1.2.3 路由协议
§1.2.4 节能机制
§1.2.5 安全机制
§1.2.6 Qos保证机制
§1.3 论文的组织结构
§1.4 论文的主要贡献
第二章 相关技术与相关研究工作
§2.1 移动自组网络协议体系结构
§2.2 移动自组网络MAC协议
§2.2.1 IEEE802.11协议
§2.2.2 DCF协议在MANET中的应用及研究现状
§2.3 拓扑控制技术
§2.3.1 平面式节能拓扑控制
§2.3.2 基于分簇算法的层次式拓扑控制
§2.4 移动自组网络广播技术
§2.4.1 基于泛洪的广播技术
§2.4.2 基于簇的广播技术
§2.4.3 基于连通支配集的广播技术
§2.5 移动自组网络节能路由协议
§2.6 小结
第三章 移动自组网络MAC协议的公平性分析与改进
§3.1 概述
§3.2 MAC协议不公平性的分类与分析
§3.2.1 LSP不公平性的仿真与分析
§3.2.2 MAP不公平性的仿真与分析
§3.2.3 LIP不公平性的仿真与分析
§3.2.4 不公平性发生的条件
§3.3 MAC协议不公平性的改进
§3.3.1 LSP不公平性的改进与仿真
§3.3.2 MAP不公平性的改进与仿真
§3.3.3 LIP不公平性的改进与仿真
§3.4 DCF协议公平性改进算法
§3.4.1 FDCF算法描述
§3.4.2 FDCF算法性能仿真
§3.5 小结
第四章 移动自组网络节能拓扑控制算法
§4.1 概述
§4.2 同构移动自组网络k连通拓扑控制算法
§4.2.1 网络模型
§4.2.2 算法设计
§4.2.3 KC算法分析
§4.2.4 性能仿真
§4.3 异构移动自组网络拓扑控制算法
§4.3.1 网络模型
§4.3.2 MINS异构自组网络拓扑控制算法
§4.3.3 MINS拓扑控制算法分析
§4.3.4 性能仿真
§4.4 小结
第五章 移动自组网络能量均衡分簇算法
§5.1 网络模型与分簇参数
§5.2 移动预测算法
§5.2.1 移动预测模型
§5.2.2 移动预测算法
§5.2.3 移动预测算法精度分析
§5.3 能量均衡分簇算法
§5.3.1 簇首选择算法
§5.3.2 分簇过程与状态转换图
§5.3.3 分簇算法描述
§5.4 性能评估
§5.5 小结
第六章 移动自组网络广播算法
§6.1 广播问题概述
§6.1.1 广播问题分析
§6.1.2 广播问题定义
§6.2 分布式主从支配点广播算法
§6.3 算法分析
§6.3.1 覆盖性分析
§6.3.2 性能分析
§6.4 PSD算法优化
§6.5 性能评估
§6.6 小结
第七章 传感器网络节能路由算法
§7.1 概述
§7.2 问题描述
§7.3 算法设计
§7.4 算法分析
§7.4.1 可行性分析
§7.4.2 精度分析
§7.4.3 计算复杂度及优化
§7.5 性能评估
§7.6 小结
第八章 结论与展望
§8.1 论文所作的工作
§8.2 课题研究展望
致谢
攻读博士学位期间的主要学术论文与科研工作
参考文献
发布时间: 2006-09-22
参考文献
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