无线网格网络层次型路由协议研究

论文摘要

本论文着重研究无线网格网络（Wireless Mesh Network,WMN）的路由协议。无线网格网络是一种高容量、高速率的分布式网络,是新型的宽带无线网络结构。无线网格网络具有自组织和自愈的特点,除移动性较低外,本质上是一种Ad Hoc网络。作为一种新型网络结构形态,Mesh结构已经被纳入802.16-2004、802.16e和即将制定的802.11s标准中。本文首先阐述了无线网格网络概念和结构,分析和比较了典型的无线自组织网络路由协议的设计思想及其性能,然后在此基础上对两种WMN实现模式――基础设施网格模式和终端用户网格模式进行研究,并针对两种不同的模式分别提出了两种层次性路由算法。文中对提出的路由算法都利用NS2进行的了仿真实现,通过与其他路由协议的比较证明算法的有效性。在基础设施网格模式中,本文提出了一个基于层次性网络结构的混合型路由算法HRLN。在这个层次性的网络结构中,移动终端用户位于网络的底层,无线网格路由器通过网状互联形成的基础结构位于网络的上层,它为终端用户提供无线网络接入。而网格路由器的网关功能又能将无线网格网络接入到有线骨干网络中。终端用户可通过与之相联的网格路由器利用多跳的方式与任何位于无线网络内部或者有线骨干网络中的节点进行通信。混合型路由算法结合了表驱动路由和按需路由的优点,仿真结果表明这种路由算法能在提高数据包成功发送概率的同时降低路由开销。终端用户网格模式的一种典型应用是无线传感器网络。无线传感器网络通常由大量微型传感器节点组成,运行在人类无法接近的恶劣甚至危险的远程环境中完成数据采集和信息处理等功能。因此传感器节点能源无法替代,设计有效的策略延长网络的生命周期成为无线传感器网络的核心问题。分簇的路由算法将网络内的节点分成若干个簇,簇内的每个节点只需与簇首进行通信,簇首将簇内的所有数据进行融合后向基站发送。与平面自组织算法相比,分簇算法具有实现简单,显著降低系统能耗,便于网络管理等优点。文中提出了一种基于LEACH协议改进的多判据的分簇路由选择算法。使节点在选择簇首时进一步考虑簇首的剩余能量,实现网络中能量消耗的均衡分布。通过仿真,证明了这种多判据的路由选择算法能显著延长网络的生存期。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 本文安排
• 第二章 无线Mesh 网络
• 2.1 无线网格网络的构成
• 2.2 无线网格网络的实现模式
• 2.3 无线网格网的特点与优势
• 2.4 研究热点与关键技术
• 2.5 本章小结
• 第三章 无线网格网络路由协议分析
• 3.1 无线Mesh 网络路由协议体系结构
• 3.2 无线Mesh 网络路由协议分析
• 3.2.1 表驱动路由协议
• 3.2.2 反应式路由协议
• 3.2.2.1 Ad hoc 按需距离矢量路由协议（AODV）
• 3.2.2.2 临时按序路由算法（TORA）
• 3.2.2.3 动态源路由协议（DSR）
• 3.2.3 混合式路由协议
• 3.2.4 专用于WMN 的网络路由协议
• 3.3 路由协议仿真实验
• 3.3.1 NS2 网络仿真平台介绍
• 3.3.2 Ad hoc 路由协议性能仿真比较
• 3.3.3 实验结果分析与总结
• 3.4 本章小结
• 第四章 基础设施网络模式路由协议研究
• 4.1 基础设施网络模式的应用
• 4.2 基础设施网络模式路由协议
• 4.3 层次性的网络结构下的混合型路由算法（HRLN）
• 4.3.1 构建层次性结构的无线网格网络
• 4.3.2 混合型路由算法
• 4.3.3 链路重建
• 4.3.4 路由算法总结
• 4.4 算法仿真
• 4.5 本章小结
• 第五章 终端用户网络模式路由协议研究
• 5.1 无线传感器网络的体系结构
• 5.2 无线传感器网络的应用
• 5.3 无线传感器网络的特点与挑战
• 5.4 无线传感器网络的路由协议
• 5.4.1 平面路由协议
• 5.4.2 层次型路由协议
• 5.5 基于LEACH 协议的多判据路由选择算法
• 5.5.1 LEACH 协议简介
• 5.5.2 LEACH 协议的不足
• 5.5.3 改进的多判据路由选择算法
• 5.5.3.1 无线信道模型分析
• 5.5.3.2 改进的路由算法
• 5.6 算法仿真
• 5.7 本章小结
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表和录用的学术论文