能量受限的Ad hoc网络路由协议的仿真与研究

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移动Ad hoc网络是由一组带有无线通信收发装置的移动节点组成的一个临时、多跳的网络。不需要中央控制设施。网络中的节点既是路由器,又是主机,作为对等实体连接在一起。非相邻的两两节点间的通信必须通过网络中的其他节点进行转发才能实现,如何在节点间实现通信是移动Ad hoc网络的核心问题之一。目前比较经典的路由算法如距离向量路由协议DSDV和其他三种按需路由协议AODV、DSR、TORA都是最短路由,即最小跳数路由,没有考虑能量因素。但是Ad hoc网络中的节点是由电池供电,整个网络是一个能量受限系统,如何节省节点的能量,尽可能延长网络的可操控时间逐渐成为衡量路由协议性能的重要指标。特别是在紧急营救、军事行动、商务会议等情况下显得尤其重要。从能量的角度来看,最短路由并不一定是最佳的路由。相反,用一些短跳来代替相对较长的跳,可能是更好的节能选择。目前,Ad hoc中的节能路由算法主要有两个思路:第一个是使发送每个数据包耗费的能量最小;第二个就是尽可能的延长网络的存活时间。第一个思路的路由算法通过发现最小发射功率的路由,使发送每个数据包所耗费的能量最小,达到节省能量的目的。但是它还是保留了原先路由算法中的一个问题,就是在选定了一条路由后,会一直用下去,直到数据发完或是拓扑变化触动路由更新,这样,同最小跳数路由协议一样,容易使某些关键节点因为过度使用而能量耗尽,导致网络过早分裂。第二个思路的路由算法就是针对这个问题提出的,通过保护剩余能量小的节点来达到推迟网络分裂、延长网络存活时间的目的。本文的算法正是根据第二个思路提出的,利用提出的请求延时机制,根据节点能量的不同级别,采用不同的转发策略,一方面,使得生成的路由尽可能经过剩余能量较大的节点,降低能耗,延长网络的存活时间,另一方面,避免了RDRP协议延时过长的缺陷。本文首先介绍了移动Ad hoc网络的特点,对现有的移动Ad hoc网络的路由协议进行了详细阐述,结合移动模型和能量模型,对移动Ad hoc网络中的典型路由协议进行了仿真与性能评价,在此基础上,进一步分析了移动Ad hoc网络中的连通度问题。结合请求延时机制和能量分级思想,对比较经典的AODV和MAODV进行了扩展和改进,改进后的协议分别称之为ELBRP和ECBMR,并基于NS2仿真软件,对改进后的算法与原有算法进行了性能分析与比较。仿真结果表明,改进的算法是有效、可行的。本文共分为6章,各章内容可归纳如下:第1章引入了Ad hoc网络的概念,介绍了Ad hoc网络的特点及应用前景,同时介绍了本课题的来源及研究意义,最后讲述了本文的工作和创新点。第2章介绍了Ad hoc网络的常规路由协议。第3章分四个方面对Ad hoc网络中的经典路由协议进行了仿真分析,并提出了一种Ad hoc网络的仿真模型。第4章利用请求延时机制和能量分级的思想,研究了Ad hoc网络中能量受限的路由协议,并对原有的AODV协议进行了改进,仿真结果表明改进后的算法效率较传统算法大大提高。第5章将第4章的思想扩展到多播方面,详细介绍了多播树的生成、合并、分裂,在NS2上实现了该算法,并与MAODV进行了性能比较。第6章对全文进行了总结,并对未来的工作进行了展望。
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