Ad Hoc网络能量有效性的研究

论文摘要

本论文主要研究Ad hoc网络中的能量效率问题。Ad hoc网络是一种无固定结构的分布式多跳网络，由于节点的移动性，网络中的节点一般依靠电池供电，而电池的存储能量有限，这使得能量问题成为Ad hoc网络中的突出问题。论文对Ad hoc网络各层存在的能量问题进行了阐述，给出了Ad hoc网络模型，定义了网络均衡度，以及根据实际测量结果得到的能量消耗模型。论文提出了链路层和路由层的解决方案，分别是PEMAC链路协议、TBER路由度量算法。大量的研究文献表明，节点处于休眠状态的时候其能量消耗非常小，基于节点休眠模式的PEMAC协议正是利用了节点的这一特性，使节点可以在休眠、空闲和传输状态中切换。采用PEMAC协议，节点处于空闲状态一段时间后如果没有数据发送或者节点收到目的地址为其它节点的RTS／CTS消息后将进入休眠状态，从而节省了能量。论文对PEMAC协议进行了建模分析，给出了该协议的离散Markov链模型，并通过该模型求得在一定参数条件下的节点最佳休眠时间的公式。分析和仿真结果表明，采用该协议可以有效地延长网络生存时间，提高网络的吞吐量。TBER路由度量与目前所提出的各种基于能量的路由度量不同，该度量从流量的角度出发，综合考虑了节点当前能量以及节点链路层的拥塞情况，是一种兼顾整体(整个网络)与局部(单个节点)的能量路由度量方案。该路由度量方法可以使网络中节点的能量被更加均匀、合理地利用，同时也均衡了网络的流量，提高了网络的吞吐量和能量效率，延长了网络的生存时间。本论文指出网络各层次间协议相适配，可以进一步提高网络的性能，如延长网络生存时间、提高网络吞吐量等。论文对链路层与路由层的能量问题进行了综合分析，分析和仿真表明，在链路层采用PEMACA协议的同时在路由层采用TBER路由度量可以进一步提高Ad hoc网络生存时间和网络吞吐量，提高网络的能量效率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 Ad hoc网络简介
• 1.2 Ad hoc网络中的能量问题
• 1.3 Ad hoc网络中能量问题的研究现状
• 1.3.1 物理层能量问题
• 1.3.2 媒体接入控制层（MAC）能量问题
• 1.3.3 逻辑链路控制层能量问题
• 1.3.4 网络层能量问题
• 1.3.5 传输层能量问题
• 1.3.6 应用层能量问题
• 1.4 论文的研究工作与主要贡献
• 第二章 Ad hoc网络基本模型和概念
• 2.1 基本的随机图模型
• 2.2 Ad hoc网络模型
• 2.3 Ad hoc网络容量
• 2.4 Ad hoc网络中重要节点对网络性能的影响
• 2.5 Ad hoc网络中节点重要性的判断方法
• 2.6 Ad hoc网络均衡度
• 2.7 能量模型
• 2.8 本章小结
• 第三章 功率有效MAC协议（PEMAC）
• 3.1 无线网络存在的问题
• 3.2 分布式协调功能（DCF）
• 3.2.1 载波检测多址接入冲突避免（CSMA/CA）机制
• 3.2.2 基于RTS/CTS的MAC协议的基本结构
• 3.3 功率有效MAC协议（PEMAC）
• 3.3.1 基于休眠模式的无线MAC协议
• 3.3.2 PEMAC协议
• 3.4 PEMAC协议分析
• 3.4.1 PEMAC协议Markov链模型
• 3.4.2 模型分析和计算推导
• 3.5 仿真及其分析
• 3.5.1 仿真环境和仿真模型
• 3.5.2 仿真结果和分析
• 3.6 结论
• 第四章 均衡流量的能量度量路由算法
• 4.1 引言
• 4.1.1 Ad hoc网络路由协议
• 4.1.2 Ad hoc网络路由协议的能量效率问题
• 4.2 均衡流量的能量度量路由算法
• 4.3 分析和比较
• 4.4 仿真及分析
• 4.4.1 仿真环境
• 4.4.2 仿真结果和分析
• 4.5 结论
• 第五章 综合链路层与路由层的能量效率Ad hoc网络
• 5.1 引言
• 5.2 综合链路层与路由层的能量效率Ad hoc网络方案
• 5.3 仿真结果和分析
• 5.3.1 仿真环境
• 5.3.2 仿真结果及其分析
• 5.4 结论
• 第六章 全文总结及展望
• 6.1 论文的研究成果
• 6.2 可进一步研究的一些问题
• 参考文献
• 硕士在读期间发表的论文清单