無線自組網MAC及路由技術研究.pdf

1、無線自組網的無中心、自組織、多跳路由、動態(tài)拓撲、無線信道帶寬有限、節(jié)點能力受限等特點使得它面臨傳統(tǒng)因特網及無線網絡所沒有的巨大挑戰(zhàn)。為了適應這種獨特的組網方式，必須為無線自組網設計相應的協(xié)議。MAC層和網絡層是無線自組網協(xié)議棧最具特色的兩層。移動自組網和無線傳感器網絡是無線自組網的兩個重要應用分支，面向不同應用領域，具有不同特點。移動自組網主要面向“人與人”之間的移動通信。節(jié)點的自由移動導致網絡拓撲快速變化，如何適應動態(tài)拓撲是移動自組網

2、設計的主要挑戰(zhàn)。無線傳感器網絡主要面向“物與物、人與物”之間的信息交互。電池能量耗盡是傳感器節(jié)點失效的主要原因。如何高效使用能量是傳感器網絡面臨的主要挑戰(zhàn)。 本文研究工作面向無線自組網的兩個重要應用，圍繞MAC層和網絡層的關鍵問題展開，從無線自組網信道接入公平性、無線傳感器網絡低功耗MAC地址編碼、移動自組網路由動態(tài)拓撲適應性等方面進行了深入研究，取得以下創(chuàng)新性研究成果： (1)針對無線自組網信道接入公平性問題，提出了主

3、動退讓公平算法。 節(jié)點信道接入的公平性是評價無線自組網MAC協(xié)議性能的重要指標。IEEE802.1lMAC協(xié)議是無線自組網MAC層事實標準，采用二進制指數退避算法實現節(jié)點隨機接入。由于隱藏終端、位置競爭等因素影響，二進制指數退避算法在無線自組網存在節(jié)點接入不公平現象。針對該問題，本文提出了主動退讓公平算法。新算法采用主動退讓機制避免節(jié)點持續(xù)占用信道，改善公平性；利用數據突發(fā)機制減少信道接入退避等待時間，提高吞吐量。分析與仿真結果

4、表明：與二進制指數退避算法相比，主動退讓公平算法能夠有效改善公平性并維持吞吐量。新算法與IEEE802.11兼容，實現簡單。 (2)針對無線傳感器網絡MAC地址編碼低功耗問題，提出了混合地址編碼算法。 通信能量開銷是無線傳感器能量消耗的主要因素。無線傳感器網絡低功耗MAC地址編碼設計不僅要考慮地址通信能量開銷，而且要考慮地址編碼容量、不同地址類型支持、地址編碼公平性等因素。本文分析了現有無線傳感器網絡的定長地址編碼

5、和哈夫曼地址編碼的優(yōu)缺點，給出了地址編碼性能評估參數，提出了一種混合地址編碼算法。仿真結果表明新算法融合了兩種地址編碼的優(yōu)點，較好地滿足了無線傳感器網絡低功耗MAC地址編碼的設計要求。 (3)針對移動自組網路由動態(tài)拓撲適應性問題，提出了基于鄰居變化率的穩(wěn)定路徑選擇方法。 動態(tài)拓撲是移動自組網的主要特征。拓撲的動態(tài)變化導致移動自組網路由中斷頻繁，使得網絡性能下降，網絡規(guī)模擴展受限。尋找穩(wěn)定路徑是減少路由中斷、提高路由動態(tài)拓

6、撲適應性的有效手段?，F有穩(wěn)定路徑尋找方法存在以下局限：需要節(jié)點具有地理位置定位的硬件功能支持，或需要交叉層功能支持——MAC層將無線信號強度上傳到網絡層。為此本文提出了不需要特殊硬件支持、可獨立于底層協(xié)議工作、基于鄰居變化率的穩(wěn)定路徑選擇方法，新方法選擇轉發(fā)跳數少并且局部拓撲變化小的路徑進行數據轉發(fā)。本文結合新方法將AODV路由協(xié)議擴展為NCR-AODV路由協(xié)議。仿真結果表明與AODV路由協(xié)議相比，NCR-AODV路由協(xié)議能夠有效減小長