A Distance-Aware Power Management in Manet with Directional Antennas

论文摘要

在无线Ad hoc网络中,使用定向天线能改善通信过程中功率控制的性能。它还提供了一个良好的系统吞吐量,原因在于定向天线可以白适应地选择位于特定方向的感兴趣的无线电信号,而过滤掉来自其他方向不必要的干扰。在功率控制方面,尽量减少配有定向天线的两个节点之间的发射功率是一个挑战。在这篇论文中,我们根据三种不同的拓扑结构(稀疏,密集和分簇)设计了一种特殊的跨层协议。通过加入3种拓扑结构移动性的影响,我们发现,系统给出了一个非常低的吞吐量,而且在通信过程中移动节点传输范围的变化导致了功率的损耗。研究团体已经就Ad hoc网络中功率控制方面,做了大量的工作。他们中有些人认为,使用定向天线的无线Ad hoc网络有它特有的问题存在。网络可以大致分为两类,功率控制的拓扑管理和能量感知路由。功率控制的拓扑管理方式,试图为每条链路找到最低的发射功率水平,尽可能地保证全网的连通性。作者设计了一个基于拓扑变化的跨层协议。构成的网络节点根据稀疏、分簇或密集的拓扑结构进行分组,从而实现发射功率的控制。在稀疏的拓扑结构情况下,提出了局部感知协议。由于网络节点较为稀疏,发送端发送一个具有最大功率的RTS请求发送帧,以确保信号强度高到足以维持在干扰的情况下接收端的SINR信噪比级别。因此该协议叫做局部感知。第二项协议是随着节点密度增加的全局感知协议。当发送节点成功发送一个RTS到接收端时,该协议有助于最大限度地提高吞吐量。接收端在发送CTS帧时捎带SINR信息,这可进一步用于确定发射端的理想发射功率。第三种方法使用功率管理协议解决了干扰问题。它已恰当地用于分簇设计的拓扑结构中。如果所有的节点是以发射功率的随机性级别发送数据,由于邻居节点造成的干扰,网络吞吐量将会降低。在这种情况下,限制不同簇群的功率级别是较为合适的。同一簇中每个成员具有相同的能量级别。不同的簇根据簇的大小使用不同的能量级别。由于新的成员可能会被添加到该簇,而老成员有可能离开该簇,因此选举一个特殊的节点簇头(CH)来进行管理。该节点知道整个网络的拓扑结构。它可以计算所需的最小功率,使所有节点对可以进行通信。该值在短时期内给定,为了让所有的节点有更新信息,并且只按所需功率发射。该篇论文没有考虑到移动的情况。跨层设计是一个好想法,它可以适应一些特定的网络拓扑的变化,但如果节点在网内移动,可能会增加干扰。因此,接收端节点的SINR可能无法达到信号的接收。这些方法没有考虑这方面。因此,我们的论文是基于定向天线的能量管理方式,并且我们考察了使用定向天线的MANET移动自组网中移动性的问题；我们设计了一个距离感知的方案,它可以解决了节点移动带来的问题。第一个解决方案是允许发送节点感知距离接收端的距离,以便在通信过程中它可以调整或使用更低的发射功率。第二种解决节点移动造成的远近问题的方法是,计算出从发送端到接收端所有路径的不同的发射功率。这种方法有助于我们选择发射功率,这方法叫选择发射功率(ATP)。为了解决能量损耗的问题,我们设计了选择发射功率(ATP)机制,距离感知机制和更新信息机制。这些机制依赖于跨层设计协议,该协议有助于避免碰撞。仿真和实验结果表明,我们的机制能提高了24%的吞吐量,并且降低了13%的能量损耗。

论文目录

• Abstract
• 摘要
• TABLE OF CONTENTS
• LIST OF FIGURES
• CHAPTER 1:INTRODUCTION
• 1.1. Motivation
• 1.2. Thesis contribution
• 1.3. Organization of the thesis
• CHAPTER 2:BACKGROUND AND LITTERATURE OF REVIEW
• 2.1 The different approaches of Transmission Power Control
• 2.2 TPC for Data Packets Only
• 2.3 Power-Aware Routing Protocols （PARPs）
• 2.4 TPC: the MAC perspective
• 2.4.1. Topology Control Algorithms
• 2.4.2. Directional antennas and Omni-directional antennas
• 2.5. Power Management in Wireless ad-hoc Networks with Directional Antennas
• 2.5.1 Sparse Networks: The Locally Aware Protocol
• 2.5.2. Dense Networks: A Globally Aware Protocol
• 2.5.3. Cluster Networks: A Power Management Protocol
• 2.5.4 Power Control: The Network Perspective
• 2.6 Literature of review
• 2.7 Summary
• CHAPTER 3: THE DISTANCE AWARE SCHEME FOR POWERMANAGEMENT
• 3.1 Problem statement
• 3.1.1 Sparse topology: locally aware Protocol
• 3.1.2 Dense topology: Globally-aware Protocol
• 3.1.3 Cluster topology: power management protocol
• 3.2 Mobility of nodes
• 3.2.1 Problem 1: sparse topology
• 3.2.2 Problem 2: Dense topology
• 3.2.3 Problem 3: cluster Topology
• 3.3 PROPOSED SCHEMES
• 3.3.1 Scheme 1 distance awareness and information updating
• 3.3.2 Scheme 2 Alternative Transmission Power
• 3.4 Methodology
• 3.4.1 Distance Aware and information updating Schemes using directional Antenna
• 3.4.2 Alternative Transmission Power （ATP）
• 3.4.3 The Algorithm for Distance Aware and information updating
• CHAPTER 4:EXPERIMENTS,RESULTS AND ANALYSIS
• 4.1 Simulation and Parameters
• 4.2 simulation results
• 4.2.1 CBR rate vs throughput
• 4.2.2 Number of Nodes vs throughput
• 4.2.3 Power consumed
• 4.2.4 Pause Time Vs Packets Dropped
• CONCLUSION
• REFERENCES
• ACKNOWLEDGEMENT
• APPENDIX A TCL CODE
• APPENDIX B SOME PRINT SCREENS