面向应急通信移动自组织网络路由与MAC跨层协议研究

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近年,全世界突发性灾难、事故频发,给人民的生命财产带来严重威胁。仅2010年,全球就发生了50多次5级以上的地震。为降低突发性灾难、事故造成的伤害,高效的应急通信就变的越来越重要。   当前的应急通信的方式有很多种,包括固定电话、手机网络、卫星、集群、短波移动电台等。但是,现有的通信系统不能满足应急通信系统的通信需求。因为灾难往往会破坏掉全部或部分通信的基础设施,而且发生时间和地点很难确定,更重要的是灾难的发生会导致通信需求在短时间内急剧增长。因此,将移动自组织网络与应急通信需求相结合对保证救灾工作的顺利进行具有重要意义。但是,由于移动自组织网络技术上的一些局限,使其在应急通信中很难发挥出巨大的作用。最显著的问题是移动自组织网络节点的电池能量极其有限,而且经过多跳之后的传输延时偏高。为此,本文提出了面向应急通信移动自组织网络路由与MAC跨层协议研究。   本文的主要研究目的是利用路由协议和MAC协议的跨层设计来降低移动自组织网络节点的能耗和传输延时。本文首先介绍了课题的相关背景、研究意义以及课题的应用前景,然后总体上阐述了应急通信的特点和方式,特别针对移动自组织网络方向的应急通信进行了分析。在结合跨层设计思想的基础上,本文提出了应急通信移动自组织网络跨层协议的设计,详细阐述了协议的设计方法、策略及其框架结构。   为了体现该跨层协议的巨大优势,我们自制硬件平台成功实现了该协议。因为该协议采用跨层设计,与传统的分层协议截然不同,为此我们自制硬件平台,保障MAC与路由协议的跨层设计得以实现。我们在对MAC和路由协议进行跨层设计的同时,也对其他层进行了跨层优化,包括MAC协议对上层的独立通信、物理层对路由协议的直接支持,从而让节点的节能机制以及路由广播性能得到了跨越式的提升。最后,我们在该平台上对数据传输的延时以及节点能耗进行了详细的实验分析。实验结果表明,该协议大幅度的降低了传输的延时,并在一定程度上减少了节点能量的损耗。   本文实现的系统在数据传输过程中有着突出的低延时,同时也有着优秀的低能耗,由于独立布设,也间接的避免了传统通信需求在短时间内的剧增。最为突出的是,该系统能够实现主动救援功能。因此,将其与应急通信相结合对保证救灾工作的顺利进行具有重要意义。
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