無線網(wǎng)絡連通性及路由關鍵技術研究.pdf

1、由于無線網(wǎng)絡可以不依賴固定通信網(wǎng)絡基礎設施，通過自組織的方式迅速構建通信網(wǎng)絡，進行信息的收集、處理和分發(fā)任務，因而存在廣闊的應用場景。在這些應用場景中，通常節(jié)點傳輸能力有限，距離較遠的節(jié)點必須通過多跳的通信方式進行信息交換。為使上層應用成為可能，必須保證無線網(wǎng)絡在物理鏈路上的連通性，同時還必須具有高效的路由算法負責把數(shù)據(jù)從源節(jié)點傳送到目的節(jié)點。因此，自從無線網(wǎng)絡技術提出至今，其連通性問題和路由技術一直是無線網(wǎng)絡通信領域的研究熱點，受到研

2、究人員的廣泛關注。本文對于無線網(wǎng)絡的連通性及路由技術中亟待解決的一些基礎性問題進行了深入研究。這些問題包括：無線傳播模型對網(wǎng)絡連通性的影響、動態(tài)頻譜訪問無線網(wǎng)絡的連通性分析、地理路由協(xié)議中路由尺度的兼容性分析以及新型路由算法的提出。通過對這些問題的研究，本文取得了如下研究成果：
　　 ⑴研究對數(shù)正態(tài)陰影無線傳播模型對無線網(wǎng)絡連通性的影響，推導出了保證無線網(wǎng)絡處于部分連通狀態(tài)的臨界節(jié)點密度的理論上界。對數(shù)正態(tài)陰影無線傳播模型較為真

3、實地反映了無線網(wǎng)絡中信號傳播損耗情況?；谠撃Ｐ停紫纫脒B接函數(shù)概念，將無線網(wǎng)絡的部分連通性問題抽象為一類特殊隨機圖的滲流問題。隨后采用滲流理論，推導出了保證無線網(wǎng)絡處于部分連通狀態(tài)的臨界節(jié)點密度的理論上界。同時，基于幾何隨機圖的實驗結果，給出了該理論上界的一個較為精確的估計數(shù)據(jù)。仿真實驗數(shù)據(jù)驗證了理論上界的正確性，并表明該理論上界的估計結果接近仿真實驗的臨界節(jié)點密度，可作為無線網(wǎng)絡部署和功能評測的技術依據(jù)。
　　 ⑵對于動態(tài)

4、頻譜訪問無線網(wǎng)絡，提出了饑餓鏈路的概念，并用饑餓鏈路的隨機特性來定量分析授權用戶對非授權用戶網(wǎng)絡連通性的影響；證明了非授權用戶網(wǎng)絡部分連通性的存在性，并給出了非授權用戶網(wǎng)絡存在部分連通性的必要條件。在動態(tài)頻譜訪問無線網(wǎng)絡中，授權用戶對分配的頻段具有優(yōu)先使用權，非授權用戶網(wǎng)絡的連通性受授權用戶的分布和授權用戶對頻段的使用行為的影響?；谶@一特性，首先將非授權用戶因無伺機使用的頻段而導致的無效物理鏈路定義為饑餓鏈路。饑餓鏈路的概率特性反映了

5、授權用戶對非授權用戶網(wǎng)絡連通性的影響程度。隨后推導出了某條鏈路是否為饑餓鏈路的概率，并給出了有限區(qū)域內(nèi)饑餓鏈路數(shù)量的數(shù)學期望和累積分布函數(shù)的下界。進而采用連續(xù)滲流理論，證明當授權用戶較為稀疏或者負載較輕時，非授權用戶可以構成部分連通的網(wǎng)絡；反之，當授權用戶較為密集并且負載較重時，我們無法部署部分連通的非授權用戶網(wǎng)絡。此外，在授權用戶和非授權用戶共享1個信道的情況下，給出了非授權用戶網(wǎng)絡存在部分連通性的必要條件。仿真實驗數(shù)據(jù)驗證了理論分析

6、的正確性。
　　 ⑶研究地理路由協(xié)議中路由尺度的兼容性問題，推導出了貪婪協(xié)議、平面圖協(xié)議和貪婪.平面圖協(xié)議具有無環(huán)性、可達性和一致性的充分條件和必要條件。錯誤地使用路由尺度往往導致路由協(xié)議性能低下，甚至會產(chǎn)生路由環(huán)路，該現(xiàn)象稱為路由協(xié)議中路由尺度的兼容性問題。針對這一問題，提出了一種路由代數(shù)系統(tǒng)，并引入了3個不同的兼容性指標--無環(huán)性、一致性和可達性。基于定義的代數(shù)性質(zhì)，推導出了貪婪協(xié)議、平面圖協(xié)議和貪婪.平面圖協(xié)議具有無環(huán)性、

7、可達性和一致性的充分條件和必要條件。這些分析結論為地理路由協(xié)議設計提供了重要的技術依據(jù)。
　　 ⑷主要研究非UDG網(wǎng)絡模型下的地理路由算法問題，提出了DGA雙貪婪算法。貪婪-平面圖算法通過構造無線網(wǎng)絡的平面子圖來保證地理路由的可達性，存在適用模型有限或開銷大、算法復雜等缺點。針對這一問題，提出了一種新型的無線網(wǎng)絡地理路由算法-DGA雙貪婪算法。DGA雙貪婪算法通過基于虛擬坐標系統(tǒng)的貪婪算法繞過路由空洞節(jié)點，從而可以發(fā)現(xiàn)任意連通節(jié)