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无线自组网络若干技术的研究

尹长青

  目前存在的无线自组网络(Ad Hoc)主要有两种:第一种移动自组网 MANET(Mobile Ad Hoc Network),它由移动节点通过分布式协议自组织起来的一种无线网络。第二种是传感器自组网络(Sensor Ad Hoc Network),它是由固定节点通过分布式协议自组织起来的一种无线网络。这两种自组网络中都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。传感器自组网络则综合了传感器、微机电系统和网络三大技术,能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或监控对象的信息,并对其进行处理,然后传送这些信息给观察者。 移动自组网中的所有通信节点都可以移动,使得网络拓扑可能频繁发生变化。传统路由技术一般针对拓扑较为固定的网络,在移动环境下不能取得较好的性能,因此需要研究新的路由技术。拓扑易变的特点使得路由问题成为多跳移动自组网中具有挑战性的问题。传感器自组网络中的大部分节点不像移动自组网中的节点一样快速移动,因此没有必要花费很大的代价频繁地更新路由信息。移动自组网中已有的多跳路由协议并不适合传感器自组网络,特别是当传感器自组网络规模很大时,如何构建有效的路由也是当前该领域的研究热点之一。 路由是无线自组网的核心操作。本文在深入分析已有路由协议的基础上,研究了具有平坦结构的无线自组网(包括移动自组网和传感器自组网络)的路由问题和有多条路由的网络连接路由算法问题。本文的主要工作包括: 1) 移动自组网路由及其改进研究 移动自组网拓扑的动态性使得路由路径信息的维护比较困难。针对移动自组网络拓扑易变的特点,必须设计有效的路由维护操作。本文提出用冗余路由技术将网络拓扑变化的影响限制在局部范围内,从而减小路由协议的开销。同时,在当前路径断开时提供候补路径,以提高路由的可靠性。基于移动自组网中广泛应用的 AODV 路由协议,利用无线传输的特点,本文设计了增强 AODV 协议。通过 ns-2 模拟表明,本文提出的增强 AODV 协议在网络拓扑变化比较快的情况下还可以取得较好的性能。 2) 大规模传感器自组网络路由的研究第 I 页博士学位论文·无线自组网络若干技术的研究移动自组网中已有的多跳路由协议不适合传感器自组网络的特点和要求,传感器自组网络中绝大多数节点都比较固定。由于无线信道噪声高,误码率高且传感器节点容易失效,因此要求传感器自组网络的路由算法具有较高的健壮性,协议能够分布执行,可扩充性要好。基于已有的路由算法,文本给出了一种启发式路由搜索算法,理论分析和模拟试验结果都表明,该算法是一种适用于大规模传感器自组网络的高效路由算法。3) 传感器自组网络连接路由算法的研究有线网络的网络流量具有自相似、重尾分布的特点,而传感器自组网络由于受电源限制,它传送的数据量少,数据包长度短。针对这种不同的网络流量特性,当传感器自组网络中有多条路由路径传送数据时,可以把这些数据流量连接起来传输。本文提出了传感器自组网络连接路由算法,模拟结果表明,该算法在网络负载比较大的情况下仍然能得到较好的结果。……   
[关键词]:移动自组网;传感器网络;无线网络;路由;协议;模拟
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:复旦大学2004年
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