無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)路由與低功耗節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、普適計(jì)算是一種讓人們隨時(shí)隨地都能獲得信息服務(wù)的一種計(jì)算模式。它強(qiáng)調(diào)以人為本，關(guān)注的是人們的注意力以及人們對(duì)計(jì)算的滿意程度。作為一個(gè)新興的研究領(lǐng)域，普適計(jì)算受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注，它將對(duì)計(jì)算機(jī)、信息學(xué)科的發(fā)展產(chǎn)生廣泛而深遠(yuǎn)的影響。無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)作為實(shí)現(xiàn)普適計(jì)算的一種新型技術(shù)，是由一組帶有無(wú)線通信收發(fā)裝置的移動(dòng)終端節(jié)點(diǎn)組成的一個(gè)多跳、臨時(shí)、無(wú)中心的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，不需要基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的支持，可以在任何時(shí)候、任何地點(diǎn)快速構(gòu)建。無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)在許多特

2、殊情況下有著不可替代的作用，可廣泛應(yīng)用于國(guó)防戰(zhàn)備、災(zāi)難援助等無(wú)法得到有線網(wǎng)絡(luò)支持或某些臨時(shí)需要通信但建立有線通信網(wǎng)絡(luò)代價(jià)太大的環(huán)境中。尤其是在未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)上，無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)對(duì)于高技術(shù)武器裝備、集中指揮、協(xié)同作戰(zhàn)和提高作戰(zhàn)機(jī)動(dòng)性等具有很好的應(yīng)用前景。
　　快速可靠的路由是無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)具有高可靠性、高抗毀性和高移動(dòng)性的基礎(chǔ)，是無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)使用寬帶較窄的無(wú)線信道，且由于節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)造成拓?fù)渥兓容^頻繁，如

3、果直接將傳統(tǒng)路由協(xié)議應(yīng)用于無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)中，周期性的控制信息將會(huì)占用大量的無(wú)線信道資源，降低系統(tǒng)效率。因此，構(gòu)建有效的適合自身特點(diǎn)的路由成為了無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)研究的極為重要的課題。同時(shí)，由于無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)一般使用電池供電，且受技術(shù)的限制，電池的容量在短期內(nèi)很難得到大規(guī)模的提高，而對(duì)于無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)這種有特殊用途的網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)工作時(shí)間又顯得尤其重要。因此，無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能研究同樣具有重要的意義。
　　本文對(duì)無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)

4、的研究主要包括兩大方面：路由算法和低功耗節(jié)點(diǎn)技術(shù)。主要貢獻(xiàn)是：普適計(jì)算環(huán)境下，多個(gè)嵌入式設(shè)備之間的協(xié)作成為了嵌入式技術(shù)重要的研究?jī)?nèi)容，基于此，提出了多嵌入式系統(tǒng)新概念；無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)是普適計(jì)算實(shí)現(xiàn)的支撐技術(shù)之一，針對(duì)無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性和能量問(wèn)題，在對(duì)現(xiàn)有分布式路由算法進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種基于連通度和能量感知的按需自維護(hù)分簇路由協(xié)議，同時(shí)隨著實(shí)時(shí)多媒體等業(yè)務(wù)在無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)中的出現(xiàn)，提出了一種基于帶寬約束和能量感知的分布

5、式QoS路由協(xié)議；最后針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能耗問(wèn)題，在波束供電技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了一種低功耗射頻喚醒無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方法。作為一項(xiàng)具有創(chuàng)新性意義的工作，論文在研究方法與思路上力求有所突破，其主要研究成果包括如下幾個(gè)方面：
　　①對(duì)普適計(jì)算的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀、技術(shù)難點(diǎn)和研究熱點(diǎn)進(jìn)行了綜述，分析和討論了普適計(jì)算的概念和特性，重點(diǎn)探討了多嵌入式系統(tǒng)新概念以及多嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架，并對(duì)目前一些具有代表性的普適計(jì)算研究項(xiàng)目進(jìn)行了簡(jiǎn)述

6、。
　?、趯?duì)無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了較為全面的分析和總結(jié)，重點(diǎn)討論了無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)的分布式路由算法，結(jié)合平面路由機(jī)制和分簇算法，提出了一種基于連通度和能量感知的按需自維護(hù)分簇路由協(xié)議。該路由協(xié)議采用了一種以分簇路由為主，平面按需路由為輔的工作機(jī)制。通過(guò)仿真表明按需自維護(hù)分簇路由協(xié)議在保持了平面按需路由優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，有著更好的可擴(kuò)展性，提高了網(wǎng)絡(luò)性能。
　?、巯到y(tǒng)地討論了無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)的QoS保證體系，重點(diǎn)分析了無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)的Q

7、oS路由。針對(duì)現(xiàn)有QoS路由算法大多沒(méi)有特別考慮節(jié)點(diǎn)的能量約束，而帶寬保證又是實(shí)時(shí)應(yīng)用最關(guān)鍵的需求之一，提出了一種基于TDMA機(jī)制的帶寬約束和能量感知的分布式QoS路由協(xié)議，將路由發(fā)現(xiàn)、時(shí)隙預(yù)留以及維護(hù)結(jié)合起來(lái)，滿足無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)對(duì)QoS路由的需求。
　?、軓耐ㄐ诺慕嵌戎v，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以看成是一種特殊的無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)。論文對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了概述，指出低功耗和實(shí)時(shí)性正是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中需要解決的重要問(wèn)題，并針對(duì)無(wú)線傳感器