無線Ad hoc網(wǎng)絡(luò)資源管理關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，無線AdHoc網(wǎng)絡(luò)逐漸成為人們研究的熱點(diǎn)。在AdHoc網(wǎng)絡(luò)從軍事領(lǐng)域擴(kuò)展到商業(yè)領(lǐng)域的過程中，其規(guī)模和應(yīng)用范圍急劇擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)的任務(wù)種類愈來愈多，如何成功的對無線AdHoc網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行資源管理和控制，提高網(wǎng)絡(luò)的性能和服務(wù)質(zhì)量，保證信息的安全和可靠傳輸，已成為一項(xiàng)亟待解決的任務(wù)。為了實(shí)現(xiàn)資源的有效管理，本文就異構(gòu)骨干網(wǎng)結(jié)構(gòu)、聯(lián)合拓?fù)淇刂婆c路由，以及多速率感知的功率控制等三個(gè)重要問題展開了研究。首先

2、本文提出了一種可擴(kuò)展的多接口多信道異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了靈活的信道分配、功率控制以及路由聯(lián)合調(diào)整機(jī)制以進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，最后對多速率感知狀況下的最優(yōu)發(fā)射功率控制問題進(jìn)行了理論分析。本文的主要貢獻(xiàn)和創(chuàng)新點(diǎn)為： (1)提出了一種簡單可行的可擴(kuò)展多接口多信道異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，用于無線AdHoc網(wǎng)絡(luò)的骨干網(wǎng)部分，可改善無線網(wǎng)絡(luò)的吞吐量和擴(kuò)展性。無線介質(zhì)的廣播特性造成節(jié)點(diǎn)接入競爭和相互干擾，使得信道的容量大大降低。早期多

3、跳網(wǎng)絡(luò)理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明由于受數(shù)據(jù)報(bào)多次轉(zhuǎn)發(fā)的影響，網(wǎng)絡(luò)的吞吐量隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大而急劇降低，網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性較差。本文提出的可擴(kuò)展多接口多信道異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，賦予了超級節(jié)點(diǎn)和路由器節(jié)點(diǎn)不同的傳送能力，借助超級節(jié)點(diǎn)的長距離轉(zhuǎn)發(fā)來減少跳數(shù)，從而提高網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性；同時(shí)超級節(jié)點(diǎn)和路由器節(jié)點(diǎn)具有不同的網(wǎng)絡(luò)接口數(shù)和信道分配，多信道的使用大大緩解了強(qiáng)發(fā)射功率對周圍節(jié)點(diǎn)所產(chǎn)生的干擾以及不對稱鏈路引起的隱終端的影響，并進(jìn)一步提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。

4、 (2)提出位于MAC層和網(wǎng)絡(luò)層之間的聯(lián)合拓?fù)淇刂婆c路由協(xié)議，該協(xié)議根據(jù)信道狀況通過協(xié)調(diào)多個(gè)無線節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率、信道分配和路由選擇來降低節(jié)點(diǎn)之間的干擾，以達(dá)到提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量的目的。IEEE802.11提供的正交信道數(shù)畢竟有限，每個(gè)節(jié)點(diǎn)所配備的接口數(shù)目更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于可用信道數(shù)，再加上信道分配時(shí)節(jié)點(diǎn)之間信道依賴和連通性保證的影響，網(wǎng)絡(luò)吞吐量的改進(jìn)往往不能達(dá)到令人滿意的程度。本文側(cè)重于同時(shí)考慮信道多樣性和空間復(fù)用性，提出了聯(lián)合拓?fù)淇刂婆c路由

5、協(xié)議。該協(xié)議的特點(diǎn)是：基于兩跳內(nèi)鏈路負(fù)載和節(jié)點(diǎn)信道信息，根據(jù)性能指標(biāo)ECATM對各種可行的調(diào)整候選方案進(jìn)行量化，找出最優(yōu)方案，然后相應(yīng)的調(diào)整節(jié)點(diǎn)不同接口的發(fā)射功率、信道分配以及路由選擇以改善當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀況。 (3)對多速率感知狀況下的發(fā)射功率控制問題進(jìn)行分析并建立了理論模型，該模型揭示了空間復(fù)用和單條鏈路物理層數(shù)據(jù)傳輸速率之間的折衷關(guān)系，能得出最大化網(wǎng)絡(luò)吞吐量的節(jié)點(diǎn)最優(yōu)發(fā)射功率。現(xiàn)有工作著重考慮發(fā)射功率和跳數(shù)之間的折衷而忽略了多速

6、率對最優(yōu)發(fā)射功率影響，或是基于時(shí)分復(fù)用的MAC假設(shè)，其結(jié)論難以應(yīng)用到真正的AdHoc網(wǎng)絡(luò)。本文使用p-persistentCSMA，采用馬爾可夫鏈從理論上對基于IEEE802.11MAC的多速率感知發(fā)射功率控制問題進(jìn)行分析，對單跳數(shù)據(jù)流、多跳數(shù)據(jù)流、以及存在并發(fā)干擾和隱終端狀況下的吞吐量進(jìn)行了建模，揭示了多速率感知狀況下發(fā)射功率的最優(yōu)選擇。通過這些模型，可以得出不同發(fā)射功率下網(wǎng)絡(luò)的整體吞吐量，數(shù)據(jù)發(fā)送延遲等信息，最后通過數(shù)值計(jì)算分析了模