移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中分簇組網(wǎng)技術(shù)的研究.pdf

1、隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)以及移動(dòng)電話(huà)、PDA(Personal Digital Assistant)、筆記本電腦等無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備的不斷發(fā)展，人類(lèi)社會(huì)已經(jīng)逐漸進(jìn)入了泛在通信的新時(shí)代。在眾多的通信解決方案中，基于分簇結(jié)構(gòu)的移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)因其不依賴(lài)固定基礎(chǔ)設(shè)施即可在移動(dòng)場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)與數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)在近些年引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界越來(lái)越多的關(guān)注。與傳統(tǒng)的平面結(jié)構(gòu)相比，分簇結(jié)構(gòu)能夠顯著地改善資源的利用率、降低路由復(fù)雜度、增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。但由于分簇結(jié)

2、構(gòu)的建立與維護(hù)不可避免地會(huì)依賴(lài)于額外的狀態(tài)信息與控制信息的交互，所以當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化較快并且涉及較多動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)姆执匦畔t可能出現(xiàn)顯著的增長(zhǎng)，從而占用大量系統(tǒng)資源，甚至造成網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。因此，如何為移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)高效、可靠的分簇組網(wǎng)方案，并進(jìn)行準(zhǔn)確、有效的性能分析就成為推進(jìn)分簇組網(wǎng)技術(shù)繼續(xù)向前發(fā)展的關(guān)鍵。
　　本文首先從分簇組網(wǎng)方案的設(shè)計(jì)出發(fā)，提出了一套基于移動(dòng)性預(yù)測(cè)的分簇組網(wǎng)方案(Mobility Pred

3、iction Based Clustering，MPBC)以盡可能減少節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)移動(dòng)性對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所可能產(chǎn)生的影響。與現(xiàn)有面向移動(dòng)性感知的分簇組網(wǎng)方案相比，MPBC方案采用了基于多普勒頻移的相對(duì)移動(dòng)性預(yù)測(cè)算法獲得所需的移動(dòng)性信息。由于新的預(yù)測(cè)算法不依賴(lài)于外部系統(tǒng)、且無(wú)需傳輸額外的控制信息，MPBC方案體現(xiàn)出了更好的環(huán)境適應(yīng)性。此外，在MPBC方案中，預(yù)測(cè)得到的移動(dòng)性信息不僅用于簇頭的初步選取、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的初始化，也被用于在分簇保持階段對(duì)

4、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)做出適時(shí)的調(diào)整以盡可能進(jìn)一步提升簇結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。通過(guò)理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)可知:在相同條件下，MPBC方案在鏈路狀態(tài)變化率、邏輯鏈路持續(xù)時(shí)間、簇頭生存時(shí)間等一系列穩(wěn)定性性能指標(biāo)方面都比現(xiàn)有典型分簇組網(wǎng)方案表現(xiàn)得更為出色。
　　由于分簇組網(wǎng)工作中的信息交互基本都以廣播方式完成，因此廣播傳輸?shù)男阅軙?huì)直接影響到分簇組網(wǎng)工作的有效進(jìn)行?；谶@樣的考慮，本文在完成分簇方案的設(shè)計(jì)之后，進(jìn)而對(duì)廣播傳輸?shù)目煽啃赃M(jìn)行了理論分析。為了準(zhǔn)確地描述廣

5、播傳輸過(guò)程，本文用Markov鏈對(duì)隨機(jī)退避計(jì)數(shù)器的狀態(tài)變化、節(jié)點(diǎn)傳輸隊(duì)列中剩余數(shù)據(jù)包數(shù)目的變化分別進(jìn)行了重新建模，以修正現(xiàn)有文獻(xiàn)中所存在的問(wèn)題與不足。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)模型分析得到的節(jié)點(diǎn)平均傳輸概率被用于推導(dǎo)一般性二維平面場(chǎng)景下移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中基于距離的丟包率、平均丟包率以及平均隊(duì)列時(shí)延這三個(gè)可靠性性能指標(biāo)的閉合表達(dá)式。與現(xiàn)有研究成果相比，本文考慮了隱藏終端以及相鄰節(jié)點(diǎn)選擇相同的退避時(shí)間對(duì)廣播傳輸所產(chǎn)生的影響。此外，本文也對(duì)衰落信道

6、在傳輸可靠性方面所可能產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)進(jìn)行了討論。
　　最后，本文研究了分簇結(jié)構(gòu)對(duì)移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)容量性能帶來(lái)的影響以提高分簇組網(wǎng)的有效性。基于描述網(wǎng)絡(luò)中通信干擾的協(xié)議模型(Protocol Model)和由收發(fā)節(jié)點(diǎn)形成的排斥區(qū)域(Exclusive Region)，本文首先得到了分簇結(jié)構(gòu)的移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中由簇結(jié)構(gòu)和孤立節(jié)點(diǎn)決定的兩個(gè)理論容量上界，并在此基礎(chǔ)上對(duì)臨界網(wǎng)絡(luò)面積進(jìn)行了求解。此后，本文還對(duì)不同場(chǎng)景中網(wǎng)絡(luò)容量下界的