基于Ad Hoc网络分群路由协议的节能研究

【摘要】： Ad Hoc网络是一种不需要基础设施的多跳网络,网络中节点既有无线终端的收发功能,又有路由器转发信息的功能。网络中节点地位平等,没有中心控制节点,完全是分布式结构。由于其无基础设施和网络拓扑结构动态变化的特点,使得Ad Hoc网络面临着许多与传统网络不同的新问题和挑战,包括路由问题,能量问题,QoS问题和安全问题等。 在Ad Hoc网络中,能耗一直是衡量系统性能的重要指标,能量问题不仅对网络性能有影响,甚至直接关系到整个网络的生存问题。为了减少能耗,网络路由算法已经将能耗作为一个约束条件来选择最低能耗路由,但是这又会影响系统吞吐量和节点之间的能量均衡。在网络整体能耗降低的情况下,如果个别节点能量消耗过快而影响网络的连通性反而缩短了网络生存时间,因此在降低网络节点能耗的同时,平衡节点能耗也是十分重要,这一问题在分群路由协议中尤为明显。 本文主要研究分群路由协议的节能方法,主要工作有: 首先,通过对当前分群算法的研究和分析比较,提出最大连接度分群算法的改进算法,在改进的算法中使用群首数目可选择的思想,当群首度数较大时,增加一个副群首,减少主群首负载同时扩大群的范围,提高了密集群的稳定性。根据实际路由协议情况,在分群算法中生成边界节点,用于优化群间路由。 在群维护过程中引入群首能量阀值,使得群首在能耗消耗到一定程度以后自动发起新的群首选举过程,而选择群首的过程中对节点的实际负载情况和能耗综合考虑,每一个节点可以根据自身近期数据发送量和群首负载情况计算出自己可以担任群首的时间,选择时间最长的节点担任新群首。 其次,对现有的分群路由协议进行分析研究,针对一些主要问题提出了改进方法,然后将改进后的分群算法应用于路由协议CGSR中。以平衡节点能耗和延长网络寿命的目的,对协议路由策略进行优化。通过使用能量转换跳数的方法使得群内路由避免了剩余能量少的节点和关键节点。在消息传递过程中群首只在建立群间路由时提供相邻群间路由信息,而不用进行消息转发,从而大大降低了群首节点的能耗开销。 最后,在NS2仿真软件上,分别对分群算法和改进路由协议进行模拟实验,在相同场景模式下对新旧协议进行了模拟仿真,根据网络运行时间、端到端之间的延时、节点失效时间的比较,证明了新算法和协议能耗更低,网络生命周期更长。 【关键词】：Ad Hoc网络 能量均衡 生命周期 分群算法 路由协议
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-15
• 第一章 绪论15-18
• 1.1 论文选题背景和意义15-16
• 1.2 国内外研究现状16-17
• 1.3 本文组织安排17-18
• 第二章 Ad Hoc网络及其分群算法研究18-29
• 2.1 Ad Hoc网络关键技术18-19
• 2.2 Ad Hoc网络体系结构19-22
• 2.2.2 平面结构和分级结构20-22
• 2.3 Ad Hoc分群算法研究22-28
• 2.3.1 经典的分群算法(LID和HD)22-23
• 2.3.2 基于位置预测的分群算法23-24
• 2.3.3 移动度量分群算法24
• 2.3.4 多跳分群算法(k-hop)24-25
• 2.3.5 加权分群算法(WCA)25-26
• 2.3.6 算法的分析与比较26-28
• 2.4 小结28-29
• 第三章 Ad Hoc网络路由协议和节能问题研究29-42
• 3.1 Ad Hoc网络路由协议的分类29-31
• 3.1.1 表驱动路由协议和按需路由协议29-30
• 3.1.2 平面结构的路由协议和分群式路由协议30-31
• 3.2 分群路由协议分析31-33
• 3.2.1 ZRP和LANMAR31-32
• 3.2.2 CGSR协议分析32-33
• 3.2.3 协议性能比较33
• 3.3 Ad Hoc网络的节能问题分析33-40
• 3.3.1 Ad Hoc网络能耗源研究34
• 3.3.2 Ad Hoc节能技术研究34-36
• 3.3.3 Ad Hoc路由层节能算法研究36-40
• 3.4 小结40-42
• 第四章 基于HD改进的可调整群首数量的分群算法42-51
• 4.1 问题的提出42
• 4.2 算法思想42-45
• 4.2.1 群生成步骤43
• 4.2.2 群维持过程43-45
• 4.3 实验仿真45-50
• 4.3.1 仿真工具45
• 4.3.2 仿真场景配置45-47
• 4.3.3 试验场景和基本参数47
• 4.3.4 试验结果比较47-50
• 4.4 小结50-51
• 第五章 基于CGSR的改进型Ad Hoc路由协议51-59
• 5.1 CBSR协议设计51-52
• 5.2 群内路由设计52-53
• 5.3 群问路由设计53-55
• 5.4 实验结果比较55-57
• 5.5 小结57-59
• 第六章 总结与展望59-61
• 6.1 全文总结59
• 6.2 课题展望59-61
• 参考文献61-66
• 致谢66-67
• 攻读学位期间发表的学术论文目录67-68
• 攻读学位期间参与科研项目情况68-69
• 学位论文评阅及答辩情况表69

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