多信道多跳无线网络广播机制的研究

论文摘要

近年来,多跳无线网络比如ad hoc网络、传感器网络、mesh网络的研究成为人们关注的热点。在多跳无线网络中,节点通信需要竞争有限的共享频谱资源,并且随着路由跳数及网络密度的增加,这种竞争将更加明显并有可能导致网络容量不足以满足用户的需求,这是构建大规模多跳无线网络亟需解决的问题。使用多接口多信道技术,把节点的多个接口调制到不同的正交信道,节点在不同的信道下可以并行地进行收发操作,这样可以有效地提高网络容量。多接口多信道技术为网络协议的设计提出了全新的挑战广播是多跳无线网络的一种重要操作,它不仅是许多无线应用中的重要通信手段,还是单播路由协议中路由发现的基本方式以及维持多播路由的多播树和多播关系的有效工具。在单信道多跳无线网络中,关于广播问题已经有了很多研究,但在多信道多跳无线网络中,简单地使用已有的广播算法会造成额外的冗余、冲突。本文将在多信道网络环境下研究广播问题,分别针对减少广播冗余、消减传输冲突、提高广播容量提出了三种算法。通过将广播问题归结为接口扩展图中的最小强连通支配集问题,我们提供了一种自剪枝策略用于减少广播冗余。通过比较历史广播路径信息,我们使用邻居指定策略消除传输冲突。使用深度优先遍历的策略,我们通过构造一棵无冲突的广播树进行广播调度达到提高广播容量的目的。本文还对NS-2网络模拟器进行了扩展,增加了对多接口多信道模拟的支持。并在此基础上针对不同条件对本文算法进行模拟,模拟结果证明了算法的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 背景介绍
• 1.1.1 多跳无线网络简介
• 1.1.2 多信道技术的引入
• 1.1.3 多信道技术面临的问题
• 1.2 本文工作
• 1.3 论文结构
• 第二章 相关技术的研究
• 2.1 多信道MAC协议的研究
• 2.1.1 多信道环境下MAC协议的研究
• 2.1.2 多信道MAC协议研究现状
• 2.2 多信道路由技术的研究
• 2.2.1 跨层次的协议设计
• 2.2.2 路由标尺的设计
• 2.3 多信道广播技术的研究
• 2.3.1 单信道广播技术
• 2.3.2 多信道广播技术
• 2.4 小结
• 第三章 多信道广播算法
• 3.1 广播问题
• 3.1.1 本地广播问题
• 3.1.2 全局广播问题
• 3.2 减少冗余的自剪枝广播算法
• 3.2.1 问题的描述
• 3.2.2 接口扩展图的强连通支配集问题
• 3.2.3 具体算法
• 3.3 减少冲突的邻居指定广播算法
• 3.3.1 问题的描述
• 3.3.2 具体算法
• 3.3.3 冲突的衡量标准
• 3.3.4 示例
• 3.4 提高吞吐量的多信道广播调度算法
• 3.4.1 问题分析
• 3.4.2 具体算法
• 3.4.3 示例
• 3.5 性能模拟
• 3.6 小结
• 第四章 NS-2模拟环境的多接口扩展以及广播协议的实现
• 4.1 NS-2网络模拟器简介
• 4.2 NS-2模拟器的多接口扩展
• 4.2.1 单接口MobileNode的节点结构
• 4.2.2 多接口扩展的思路
• 4.2.3 多接口扩展的方法
• 4.3 广播策略的实现
• 4.3.1 模拟程序的设计
• 4.3.2 减少冗余的自剪枝策略的实现
• 4.3.3 减少冲突的邻居指定策略的实现
• 4.4 小结
• 第五章 性能评测
• 5.1 性能指标
• 5.2 性能分析
• 5.3 小结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文